[发明专利]一种新型多级切换泄能装置

说明书

本发明公开了一种新型多级切换泄能装置，所述泄能装置包括多级泄能电路、控制开关和开关控制电路；工作线圈通过一个控制开关和工作电路连通，泄能装置通过晶闸管与工作线圈连通；所述泄能装置包括多级并联的泄能电路和一个总控制开关，多级并联的泄能电路通过总控制开关与晶闸管相连；每级泄能电路包括一个泄能电阻和一个控制开关，泄能电阻和控制开关串联；所有控制开关通过开关控制电路控制其通或断的时间点和时长。本发明的有益效果是：一种新型多级切换泄能装置具有体积较小、成本低、结构简单、易于实现和维护等优点，可实现短时大能量和高功率泄放。

技术领域

本发明涉及一种泄能电路，具体地说，涉及一种通过多级切换泄能的电路。

背景技术

脉冲功率源与脉冲工作方式广泛应用于国防建设与工业应用中，脉冲功率技术工作的实质是将脉冲能量在时间尺度上进行压缩，进而获得在极短时间内达到高峰值功率输出，或者在极短时间内将大电流或者高电压降为零从而实现能量泄放。在能量短时泄放领域，目前国内外研究的重点包括电容电场储能和电感磁场储能两种方式下大能量与高功率泄放两方面。

舰船消磁作业是通过专门的消磁设备进行实现的，由供电设备向工作线圈通以强大并逐次衰减的电流，使舰船钢板及内部设备的磁场状态发生变化，从而达到消除舰船磁场的目的。脉冲电流首脉冲幅值高达数千安培甚至更大，为了满足脉冲电流下降时间，仅依靠消磁工作线圈的自身电阻耗能是远不能满足要求的，因此必须采用专门的泄能装置。此种工作方式下，就是对工作线圈电感磁场储能实现短时大能量和高功率泄放。

目前能量回收利用方案主要有馈能型、储能型、耗能型三种。

(1)馈能型利用方案是指将能量回馈至高压/低压电网供其他用电设备使用；

(2)储能型利用方案是指采用储能装置将能量进行存储，在需要时再进行释放；

(3)耗能型利用方案是指采用耗能电阻将能量以热能的形式消耗掉。

馈能型方案经过能量回馈装置实现，主要由变压整流器或直流斩波器、逆变器等组成，负责将交流电或直流电变流后供给高压或低压电网使用。但用于高能量短时泄放时，各电力电子设备在应用时主要受到以下限制：一是功率与能量均很大(1s内最大能量与最大功率高达数兆焦或数兆瓦)，所需电力电子设备功率等级过高，控制复杂，价格非常昂贵，成本高经济性差；二是电力电子设备回馈的电能质量较低，会导致电网波形畸变明显，谐波污染严重；三是脉冲能量具有非线性、强冲击特点，影响电网其他负荷安全稳定运行。

目前主流的储能方式主要有电池储能型、飞轮储能型以及超级电容储能型。飞轮储能和超级电容储能只能作为辅助泄能方式，必须在下次储能前将已有能量消耗掉，明显不适用于高能量短时泄放场合。如将工作线圈的能量储存到系统储能电池，由于充电时需要稳压，而最严酷工况时工作线圈电流1s内由几千安培变为零，具有典型的强非线性特征，导致充电机的控制比较复杂。完成储能必须配备至少数兆瓦以上的充电机给电池充电，成本价格非常高，经济性差。同时，根据电池要求，其充电倍率不能过大，而充电机给电池充电的充电倍率较大，这会对电池的寿命可靠性和安全性造成不利影响。

耗能型其原理是利用耗能电阻将能量以热能的形式进行消耗。在高能量短时泄能装置中最常采用的是直接将需泄放的电能转化为热能，热能易于与外界进行能量交换，可不经过任何装置直接与外界进行换热，易于实现。一般转化为热能的核心器件为电阻，电阻在体积上相较于以上各种方式中的核心器件来说，具有体积较小、成本低、结构简单、易于维护等优点。其中还可引入必备的功率开关管、进行瞬时电压抑制的辅助泄能电容等。

综上所述，采用耗能电阻方式，不需使用任何昂贵的电力电子变换器，也不需要复杂的控制算法，并且易于实现。

发明内容

本发明正是为了解决上述技术问题而设计的一种新型多级切换泄能装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：