[其他]電感儲能式大功率高壓脈沖調制器

無效

• 申請號: 86100299
• 申請日: 1986-01-16
• 公開（公告）號: CN86100299A
• 公開（公告）日: 1987-07-22
• 發明（設計）人: 劉正之;郭祥玉;段澤民;潘永東;章元德;黃河;劉彥琴;王紹華;程濟昌;馮志
• 申請（專利權）人: 中國科學院高等離子體物理研究所
• 主分類號: H03K3/53
• 分類號: H03K3/53
• 代理公司: 中國科學院合肥專利事務所
• 代理人: 周國城

本發明屬于儲能，開關及脈沖功率調制技術。

公知的大功率高壓脈沖調制技術，一般使用電容器作為初級儲能電源，或者直接利用公用電網經高壓整流，輔以仿真線及反饋調整環節，經過調制，獲得符合一定波形要求的高壓脈沖輸出。前者，由于電容器儲能密度低，能量利用率差，體積大，造價高，僅適用于容量較小的裝置;而后者，由于脈沖功率直接取自公用電網，沖擊負荷大，一般還需進行補償，對地區電網的要求較高，初始投資較大。為了克服上述兩種方法的缺陷，我們采取了新的技術途徑。

本發明是利用電感儲能作為初級儲能電源，經無觸點大功率高壓直流快速開關切換電路，利用高能非線性電阻進行能量轉換，產生在規定脈寬內具有要求頂壓降落的大功率高壓脈沖。

關于電感儲能，由于儲能密度高，儲能量大，單位儲能的造價低，使用壽命長等優點，在儲能技術中占有相當重要的位置。但是由于能量轉換技術及器件的限制，現在應用還不普遍。在脈沖調制技術中，僅有用作脈沖電流發生器的，還沒有用作脈沖電壓調制器的先例。

高能非線性電阻，目前主要是高能氧化鋅非線性電阻，是近十多年來出現并迅速發展起來的新型電工元件。但主要在電力系統中用作無間隙避雷器及電路的過電壓保護。近年來，用于大型電機的滅磁保護及轉子過電壓保護也取得了進展。我們由于工作的需要，曾對非線性電阻用作電感儲能的能量轉換進行了分析研究，證明了在受控核聚變工程中用作絕熱壓縮試驗，是一種理想的換能元件。

而無觸點大功率高壓直流開關，由于其動作迅速、準確、可靠、壽命長、維護簡單，是一種理想的開關器件。目前僅有少數發達國家的研制取得了進展。它在電感儲能的能量轉換中有著重要的作用。

本發明，將以上三種先進技術結合起來，充分發揮它們各自的特點，實現了電感儲能的能量轉換與高壓脈沖的調制，構成了獨具特色的，與現有二種方法根本不同的大功率高壓脈沖調制器。

經過對迄今為止的專利文獻的檢索，以及有關學術文獻的查閱，目前國內外尚無同樣原理的設計或裝置。

本發明是根據本所受控核聚變工程中輔助加熱試驗的需要，借鑒并應用本所，本課題組長期以來在電感儲能，大功率高壓直流開關，非線性電阻等方面的研究成果與經驗，提出了電感儲能式大功率高壓脈沖調制器的方案設計，并進行了原理性試驗及關鍵部件試驗，均獲得成功。我們的目的，在于大幅度減小脈沖功率對所區變電所及地方電網的沖擊，降低大功率高壓脈沖電源的造價。

本發明的基本原理與主要結構如附圖1所示;由交流整流電源1，直流輸出開關2，續流二極管3，儲能電感4，主開關5，強迫換流回路6，反峰阻斷7，非線性電阻8，頂升或反饋調整環節9，負載或偽負載10，以及微機控制和保護系統11所組成。

工作過程如下：

交流整流電源1通過直流輸出開關2及主開關5，對儲能電感4充電。當電流達予期值后，直流輸出開關2關斷，電感中的電流通過續流二極管3續流。與此同時，應用強迫換流原理，使主開關5開斷，強迫電流經反峰阻斷7流向非線性電阻8及負載9，形成高壓脈沖。達予定脈寬后，主開關5閉合，高壓脈沖立即切除，從而在負載上得到一個具有要求頂壓降落的大功率高壓脈沖。典型波形如附圖2所示。圖中：

u_L，i_L為儲能電感的電壓與電流波形;

u_NR，i_NR為非線性電阻的電壓與電流波形

u_R，i_R為負載上的電壓與電流波形（此處為電阻性負載）

t_L為系統充電時間

t_d為系統恢復時間

t_m為高壓脈沖的寬度

U_m為高壓脈沖的幅值

U_e為交流整流電源的直流輸出電壓

Δ_u為高壓脈沖的頂壓降落

I_o為儲能電感的充電電流值