[发明专利]一种用于脉冲电容器组的限流吸能保护电感及储能单元

说明书

本发明公开了一种限流吸能保护电感及利用该保护电感的储能单元，该保护电感包括：均为空心圆柱的内侧柱状绝缘筒和外侧柱状绝缘筒、不锈钢线圈、环氧垫片、环氧及两个电缆转接头；内侧柱状绝缘筒的外侧面和外侧柱状绝缘筒的内侧面包裹不锈钢线圈，并在间隙空间中填充环氧；两个电缆转接头分别置于保护电感的两端，不锈钢线圈的第一端与第一电缆转接头连接，不锈钢线圈的第二端与第二电缆转接头连接；环氧垫片放置在不锈钢线圈的每匝之间。本发明的不锈钢线圈在储能单元中能够同时起到电阻的吸能作用和电感的阻尼作用，从而实现多个电气参数集中化设计，简化保护电感结构，提升散热性能、减小接线头应力与产生火花的概率，提升工作可靠性。

技术领域

本发明属于脉冲功率电源技术领域中的一种电感器件，更具体地，涉及一种大电容量、高电压的脉冲储能电容器组的故障限流吸能保护电感及储能单元。

背景技术

脉冲电容器是脉冲功率电源领域一种重要的储能装置，在高能物理、电磁发射、激光技术等装置的电源系统中有广泛应用。当脉冲电容器具有一定储能时，通过回路中的通流开关控制导通，极短时间内大量能量涌入放电回路，瞬时功率极大的能量迅速施加在负载上，形成高功率脉冲放电，实现负载所需的各种光、电、磁物理效应。

在脉冲电源的实际应用中，单台电容器的储能无法满足电源的能量需求，需要将多台高压电容器并联组成电容器组，并联之后的总电容量随着并联电容器数量而增加。理论上，增加并联电容器的数量，同时调整二阶电路中的电阻、电感参数，可以满足负载能量需求。要想提高总储能和储能密度，脉冲电容器需要工作在高电压下，电容器内部存在极高的电场强度。但是，高电压、高场强的极端电磁环境下，电容器储能材料的性能可能发生劣化或不可控漂移，脉冲电容器存在电极断路、内部短路、参数下降等故障风险。

基于大电容量、高电压脉冲电容器储能的脉冲功率电源，所储存的能量可达到数百千焦耳(kJ)乃至数兆焦耳(MJ)。对于大电容量、高电压的脉冲储能电容器组，任何一台电容器的内部短路故障一旦发生，由于所有电容器相并联，会造成其他电容器两端直接向故障电容器“倒灌”能量，且放电时间常数极小，因此可能导致该故障电容器爆炸、并危及脉冲功率电源内其它设备和器件，造成“二次损坏”。这在脉冲储能电容器所有的故障类型中，是最危险的一种故障。

降低或避免这种电容器内部短路故障主要有两种方法，一是用阻性器件吸收电容器的能量，将电容器的能量转变为热能，防止短时间能量积聚在不可控通路中转变为爆炸冲击波；二是用感性器件阻止电流突变，将瞬时放电的能量转变为磁场能，减缓高陡度冲击电流的劣化后果。但是目前，传统的保护器件难以满足更高能量脉冲电源的需求，会出现设计电阻随温度上升大幅度变化、接线处电流过大产生电火花、长期使用的接线头松动或断裂的情况，需要研制出适用于高储能脉冲电容器组的吸能保护器件。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于脉冲电容器组的限流吸能保护电感及储能单元，由此解决传统的保护器件难以满足大容量高压电容储能需求的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于脉冲电容器组的限流吸能保护电感，包括：内侧柱状绝缘筒、外侧柱状绝缘筒、不锈钢线圈、环氧垫片、环氧及两个电缆转接头；

所述内侧柱状绝缘筒和所述外侧柱状绝缘筒均为空心圆柱，所述内侧柱状绝缘筒的外侧面和所述外侧柱状绝缘筒的内侧面包裹所述不锈钢线圈，并在间隙空间中填充所述环氧；

两个所述电缆转接头分别置于所述保护电感的两端，所述不锈钢线圈的第一端与第一所述电缆转接头连接，所述不锈钢线圈的第二端与第二所述电缆转接头连接；所述环氧垫片放置在所述不锈钢线圈的每匝之间。

优选地，所述不锈钢线圈是各匝半径一致的环形线圈，且每一匝线圈的高度相同。