[实用新型]一种超导储能脉冲功率电源

说明书

所属技术领域

本实用新型属于脉冲功率技术领域，它特别涉及基于超导脉冲功率变压器储能放电的脉冲功率电源。

背景技术

脉冲功率技术是近几十年内迅速发展起来的一门新兴学科，是指在相对较长的时间里把能量储存起来，经过快速压缩、转换，然后有效释放给负载的技术，也称为高功率脉冲技术。早期的核聚变研究给它创造了成长的环境，国防基础科研的需求为它提供了发展的动力。一般来说，脉冲功率装置包括初级能源、中间储能和脉冲成形系统、转换系统以及负载。中间储能元件是脉冲功率技术中的基础元件，是脉冲功率技术的关键部件。现代新概念武器的应用尤其空间应用的特点要求脉冲功率电源的体积尽可能的小，提供的电流尽可能的大。近年来，脉冲功率技术在新概念武器、化工、废水和烟雾处理、半导体、集成电路等方面的应用日益广泛。

现有的脉冲功率电源中的储能元件大多采用电容器。但是存在以下缺点：1.电容器的储能密度不高，很难降低脉冲功率电源的体积；2.并且电容器不能长时间储能，储能效果也不好。

超导储能电感的储能密度与电容储能相比要高的多，其零电阻特性很好的解决了普通电感由于受电阻的限制而不能够长期储能的问题，而且超导储能电感的低损耗对初始充电电源的功率要求大大降低。传统的基于超导储能的脉冲功率电源实施模式主要有两种：一种是超导储能电感串联充电并联放电模式；一种是基于超导脉冲功率变压器储能的感应放电模式。

超导储能电感串联充电并联放电模式，主要是以超导储能电感模块的叠加来实现输出脉冲电流的增大。它存在的问题是如果要得到幅值非常高的脉冲电流，则需要叠加的超导储能电感非常多，使系统的规模非常大。这不利于脉冲功率电源体积的减小和结构的简化。

传统的利用超导脉冲功率变压器储能的感应放电模式(如附图1所示)，主要是以超导脉冲功率变压器的原边绕组作为储能电感来储能。它通过触发超导储能电感(脉冲变压器的原边绕组)失超，使超导储能电感中电流快速衰减，从而在脉冲变压器次边绕组感应出脉冲电流。它存在的问题是：1.反复利用超导储能电感失超会使超导储能电感的使用寿命减小；2.若通过增加脉冲变压器的变比来输出大脉冲电流，则需要增大脉冲变压器的原边绕组，这不利于变压器耦合系数的提高，也会使电源的输出效率降低；3.若要在变比较大的情况下获得大脉冲电流输出，则需要非常大的失超电阻，这对超导的材料特性和失超触发技术提出了较高的要求；

当前的相关文献中，提出了以超导储能电感串联充电并联放电为主，再辅以脉冲变压器对超导储能电感输出的脉冲电流放大的模式。这种模式也存在一个突出的问题就是超导储能电感对脉冲变压器放电时，会产生很高的脉冲电压，对断路开关的要求非常高，而且该电路模式的输出效率较低。

实用新型内容

鉴于现有技术的以上缺点，本实用新型的目的是提供一种新的超导储能脉冲功率电源电路模式，与同类电路模式相比具有结构简单、体积小、输出脉冲电流大、超导储能电感的放电端电压小、对断路开关要求低、模块化等特点。

本实用新型的目的是通过如下的手段实现的。

一种超导储能脉冲功率电源，包括初始充电电源、电源开关、续流开关，超导储能电感的失超触发装置模块及负载；所述超导储能电感的失超触发装置模块由多个并联设置的电源电路模块组成；各电源电路模块模块内包含：一个充放电开关与一非线性放电电阻并联设置在一个超导脉冲功率变压器的原边绕组回路中，功率二极管连接在所述超导脉冲功率变压器的次边绕组回路中。

采用本实用新型的手段，基于超导脉冲功率变压器储能的感应放电原理，利用非线性电阻的稳压特性，使超导储能电感在近似恒压的条件下放电，从而实现较大脉冲电流的输出；再结合超导电感串联充电并联放电模式，使超导储能电感串联充电，使超导脉冲功率变压器次边绕组并联放电，从而在简化电路结构的同时，使输出的较大脉冲电流进一步叠加成更大的脉冲电流。