[发明专利]一种舰用超级电容消磁机

说明书

本发明是关于一种舰用超级电容消磁机，是采用超级电容储能的方法，减 少了现场实时电源容量，主要用于舰用消磁。属于军事装备。

现有舰用消磁机全部采用现场的实时电源，经整流后以恒流方式向缠绕在 舰体上的消磁线圈提供方向交替变化和逐步递减的程控电流，其容量根据需要 电压从几十到几百伏特，电流从几十到几万安培，瞬间功率达到兆瓦级，对现 场电源需求功率较大，给使用和战时带来很多不便。

本发明是提供一种采用超级电容储能的方法，通过事前和工作间隙给超级 电容补充电能，由超级电容与现场电源一起向消磁线圈提供电能，达到减少现 场的实时功率目的。

图1是它的电气原理图。它由隔离变压器TB、变压器状态检测和控制单元 TBCE、恒流单元POW、恒流检测和控制单元POCE、超级电容组单元CAP、超级电 容组检测和控制单元CAPCE、电流换向电流控制单元IGBTS、IBGT驱动检测和控 制单元IGBTCE、控制单元CTR和计算机COMP等十个单元电路组成。

它的工作原理是：由变电站或发电机来的交流电源，送入隔离变压器TB， 输出给恒流单元POW，该单元输出合适的电压和电流，并联在超级电容单元CAP 上，再由IGBT构成的H桥单元IGBTS，实现输出电流换向，同时以斩波的方式控 制电流大小，输出给消磁线圈，达到舰体消磁的目的。

控制单元CTR根据需要和工作流程分别控制各个单元的工作状态，也对每个 单元的状态进行保护和监控。控制单元CTR通过RS485接口与工业控制计算机 COMP相接。控制单元对电路中的各个单元进行控制和监控，保证整套设备的安 全运行，同时通过RS485接口将各个单元及整套的状态，在工业控制计算机COMP 上显示。工业计算机也要对发电机POWER实时监测和控制。

图2是本发明的一个具体实现电路的功率回路。HENYALIU框内表示恒流电 路单元，它是典型的可控硅恒流电路，由可控硅、触发和控制电路组成。C1和 C2表示超级电容组，通过多只超级电容串并联，达到额定电压和额定电容量， 满足储能要求。H桥由IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、DE1、DE2、DE3和 DE4组成，H桥实现输出电流的换向和控制输出电流大小，L1为续流电感。恒流 HENYALIU单元经过二极管D1与H桥单元相连接。

为获得较大的输出电流，在实际的舰用超级电容消磁机中，输出是由若干 个同样的H桥并联而成，每个H桥通过二极管与恒流HENYALIU单元相连接，二 极管可以对每个H桥之间进行回路隔离。每个H桥输出通过输出串接的电感L 再并联输出大电流。

控制单元CTR以美国TI公司320系列的DSP为控制芯片，通过隔离变压器测量 监控单元电路TBCE，对隔离变压器TB测量、控制和保护；通过恒流测量监控单 元POCE，对恒流单元POW测量、控制和保护；通过超级电容测量监控单元CAPCE， 对超级电容单元CAP测量、控制和保护；通过H桥测量和监控单元IGBTCE，对IGBT 构成的H桥单元测量、控制和保护。

控制H桥的四个IGBT管，输出持续时间可调正负交替的脉冲；以斩波方式， 控制脉冲输出电流的大小；每个输出脉冲间的间隔时间可调；通过控制各个H桥 的依次工作时间，控制总输出电流的上升沿和下降沿的时间，降低总输出电流 的di/dt，保护超级电容消磁机的功率器件安全。

利用超级电容可以减少现场实时功率，以现在常用的600伏特4000安培消 磁电源为例，不采用超级电容的现有产品，它现场需要2400千瓦功率。如果采 用超级电容方案，输出正负脉冲持续时间为4～7秒，间隔时间为9～17秒，每 个脉冲相对前一个脉冲降低9～19％，脉冲总个数为60个，则采用合理的超级 容量，现场只需要原功率的1/3～1/5，即为800～480千瓦。利用消磁前30分 钟和输出脉冲的间隔时间对超级电容充电，可以实现输出脉冲的多次循环。

本发明的另一个具体应用是增加超级电容的容量，直接利用军舰自身的发 电机，小功率长时间对超级电容充电储能，进一步减少实时功率需求，输出大 电流对军舰自身消磁，这就构成了专用于舰载消磁机，可以用于军舰和潜艇。

本发明涉及的超级电容消磁机和舰载消磁机在军事上有着非常重要的战略 意义。