[发明专利]一种用于电磁发射的电感储能型脉冲电源

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电磁发射的电感储能型脉冲电源，属于电磁发射技术领域。

背景技术

电磁发射是依据电磁力定律，即当载流物体通过磁场时受到与磁场和电流方向垂直的电磁力而将物体加速推射出去的一项新兴技术。与传统的发射技术相比，电磁发射具有更高的能量转化效率和控制精度，且不会产生强大的电磁波和弥漫的烟雾等优良性能。由于电磁发射明显的优势和良好的应用前景，随着相关科学技术的不断发展与完善，特别是计算机控制技术和电力电子技术的进一步发展，加速了电磁发射技术走向了实用化的进程。

电磁发射装置一般由发射器本体、被发射组件和高功率脉冲电源组成。其中高功率脉冲电源是基础，在很大程度上决定着电磁发射技术的研究进展和应用潜能，因而成为研究重点。电磁发射时一般在几毫秒时间内需要几十或者上百兆焦的高脉冲电能量，这是普通电源所不能提供的，因此用于电磁发射的脉冲电源一般由初级电源、中间储能系统和脉冲形成网络三部分组成。首先初级电源在一个相对较长的时间内将电能提供给中间储能系统，通过开关控制，中间储能系统将电能传至脉冲形成网络进行快速压缩转换，最后有效释放给负载。

由于电磁发射技术特殊的应用领域，对装置体积和重量的要求是非常高的。脉冲功率电源在整个电磁发射装置体积和重量上占最大份额。而在电源系统中储能设备的体积和质量占整个电源装置的约80％。中间储能系统主要有电容储能、电感储能和旋转机械储能三种形式，理论上，电容、电感、旋转机械的储能密度比为1:10:1000。

电容储能是目前应用最广泛，并且技术成熟的一种中间储能方式，其优点在于所需要的充电功率低，只要由直流初级电源充电，就可以保证电容电压的线性上升，控制简单。主要缺点是能量密度低，这也限制了其在实战系统中的应用，通常只作为实验室研究电源。

对于旋转机械储能方式，由于储能密度大，很早就引起了不少的关注，但由于其非静止储能，冷却困难且需一次性存储多次发射的能量，这种方式的致命缺陷是结构非常复杂难以实施。

电感储能系统相比于电容储能具有高一个数量级的储能密度；相比于旋转机械储能由于其以静止磁场的形式储能，易于冷却且只需存储一次发射的能量即可。这些优势使电感储能型脉冲功率电源成为近年来诸多学者研究的热点之一。

电感储能也具有一些缺点，比如高线圈损耗和换流困难。线圈损耗可以通过减小充电时间和选用超导体解决。在切断大电感电流时，由于电流的突变和充电回路中的漏磁场能量，使得在关断开关两端产生很大的电压应力而超出半导体开关所能处理的能力，因而关断开关成为电感储能型脉冲电源的关键因素。

围绕着克服电感储能的缺点，充分发挥其多方面的优势，国内外学者和研究机构开展了对电感储能型脉冲电源的相关研究，其中知名机构主要有美国高新技术研究所和德法圣路易斯联合实验室。