高功率脈沖電源

本詞條由“科普中國”科學(xué)百科詞條編寫與應(yīng)用工作項(xiàng)目 審核 。

粒子束、強(qiáng)激光、受控核聚變、電磁發(fā)射(電磁炮)、雷電電磁脈沖模擬、高速輻射攝影、電磁成形、電磁沖擊、大功率微波、核爆炸效應(yīng)模擬、炸藥起爆研究等諸多領(lǐng)域都涉及到強(qiáng)脈沖技術(shù)，形成了一個(gè)脈沖功率技術(shù)學(xué)科。脈沖功率技術(shù)學(xué)科所用的各種電源，其主要特點(diǎn)是先以較低功率緩慢積聚能量，再瞬時(shí)集中釋放高功率和大能量，具有高電壓、大電流、高功率、高能量和短脈沖及高品質(zhì)波形等顯著特點(diǎn)。脈沖時(shí)間可以是微秒級、毫秒級，也可以是秒級，功率可以達(dá)到千瓦或兆瓦級，甚至達(dá)到吉瓦級，最高能量也可以達(dá)到吉焦耳。其所涉及的技術(shù)自然形成了高功率脈沖電源技術(shù)。高功率脈沖電源技術(shù)主要包括儲能技術(shù)、能量轉(zhuǎn)換和功率放大、高功率開關(guān)技術(shù)、高壓絕緣技術(shù)和控制技術(shù)等，是一門新型交叉學(xué)科。用于受控核聚變裝置的脈沖電源采用脈沖發(fā)電機(jī)組技術(shù)實(shí)現(xiàn)能量儲存、轉(zhuǎn)換和功率放大，再經(jīng)過電力電子技術(shù)進(jìn)行電能轉(zhuǎn)換，通過現(xiàn)代控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)裝置線圈所需要的電流波形控制，從而產(chǎn)生等離子體物理研究所需要的約束磁場。

電化學(xué)電容器以其大容量、高能量密度、大電流充放電和長循環(huán)壽命等特點(diǎn)，在國防、航天航空、汽車工業(yè)、消費(fèi)電子、通信、電力和鐵路等領(lǐng)域得到成功的應(yīng)用，并且其應(yīng)用范圍還在不斷拓展。根據(jù)電容量、放電時(shí)間和放電量的大小，電化學(xué)電容器主要可以用作輔助電源、備用電源、主電源和替換電源。

1．輔助電源

電化學(xué)電容器自問世以來，在軍事方面的應(yīng)用就受到極大關(guān)注。由電化學(xué)電容器和電池組成的“致密型超高功率脈沖電源”能為微波武器與激光武器提供兆瓦級的特大運(yùn)行功率。此外，由電池和電化學(xué)電容器組成的復(fù)合電源系統(tǒng)可以保證軍用載重卡車和裝甲車輛在惡劣條件下的啟動(dòng)，還可用于軍隊(duì)和武警部隊(duì)的武器、通信設(shè)備和防護(hù)系統(tǒng)的數(shù)字化裝備，大大降低每個(gè)士兵的負(fù)擔(dān)。

2．備用電源

如今電化學(xué)電容器的主要市場是用作消費(fèi)電子產(chǎn)品的備用電源，在這類應(yīng)用中，電化學(xué)電容器的價(jià)格比二次電池低，循環(huán)使用壽命也比二次電池長得多，并且具有充電快、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)以及報(bào)廢時(shí)無環(huán)境污染等特點(diǎn)。這方面的應(yīng)用主要包括視頻錄像機(jī)、電視衛(wèi)星接收器、汽車視頻系統(tǒng)、出租車計(jì)程器和計(jì)價(jià)器、計(jì)算控制器、家庭烤箱、光學(xué)或電子照相機(jī)、可編程計(jì)算器、電子臺歷和移動(dòng)電話等。

3．主電源

在這類應(yīng)用中，電化學(xué)電容器能提供幾毫秒到幾秒的大電流脈沖，隨后又被其他電源小功率充電。例如電動(dòng)玩具，采用電化學(xué)電容器作為電源，可以在一兩分鐘內(nèi)完成充電，重新投入使用，而且電化學(xué)電容器具有極長的循環(huán)壽命，比采用電池更合算。其他家用電器，如數(shù)字鐘、照相機(jī)、錄音機(jī)、便攜式攝像機(jī)等均可采用電化學(xué)電容器來取代電池作為電源，甚至手機(jī)、便攜式電腦等的電池也可用電化學(xué)電容器來取代，市場前景十分廣闊。

4．替換電源

電化學(xué)電容器具有使用壽命長、循環(huán)效率高、使用溫度范圍寬、自放電率低和免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，故很適合與太陽能電池、發(fā)光二極管結(jié)合，用于太陽能手表、太陽能燈、路標(biāo)燈、公交站時(shí)刻表燈、交通警示燈等。 2100433B

脈沖發(fā)電機(jī)既具有儲能密度大和功率密度高的綜合特性，又具有體積小、重量輕、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化、連續(xù)運(yùn)行可靠、可調(diào)幅度大等優(yōu)點(diǎn)。因此，它是高功率脈沖電源實(shí)現(xiàn)小型化的較好的解決方案。但是在高速、高儲能的脈沖交流發(fā)電機(jī)中，隨著轉(zhuǎn)速的升高和功率的加大，電刷滑環(huán)也成為脈沖發(fā)電機(jī)的一個(gè)瓶頸問題，不僅要承受高轉(zhuǎn)速、高線速度，還要傳導(dǎo)大的電流和功率，并且還會因?yàn)殡娝⑴c滑環(huán)的摩擦帶來嚴(yán)重的發(fā)熱和功率損耗，消耗轉(zhuǎn)子儲存的動(dòng)能，也不經(jīng)濟(jì)。因此，本文將脈沖電機(jī)的運(yùn)行方式與繞線式無刷雙饋電機(jī)的特點(diǎn)相結(jié)合，提出了一種新型的無電刷結(jié)構(gòu)的脈沖發(fā)電機(jī)--繞線式無刷雙饋脈沖發(fā)電機(jī)。該電機(jī)在無刷的基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)變速下的主繞組輸出電能的恒壓恒頻，在連發(fā)脈沖時(shí)波形具有良好的一致性。本質(zhì)問題是要研究繞線式無刷雙饋電機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立一套根據(jù)脈沖負(fù)載要求設(shè)計(jì)配套的電機(jī)的理論，通過模型的仿真和樣機(jī)的試驗(yàn)研究，來驗(yàn)證理論研究的結(jié)果。