[实用新型]一种带能量回馈的超导磁体开关电源

说明书

本实用新型公开了一种带能量回馈的超导磁体开关电源，包括高压侧母线电容Cbus、充电用逆变桥单元、充电用高频变压器T1、开关管Q1、Q2、Qinv、滤波电感Lf、滤波电容Cf和超导磁体线圈Lcoil组成磁体的充电回路；Lcoil、Lf、Cf、Q1、Q2、Qinv、第一二极管D17、低压侧母线电容Cbus1、放电用逆变桥单元、放电用高频变压器T2、放电用整流单元和高压侧母线电容Cbus组成磁体的放电回路。本实用新型所述的一种带能量回馈的超导磁体开关电源，采用充放电分离的拓扑结构，实现超导磁体储能与电网间能量的双向流动，采用高频变压器隔离，省去了前端工频变压器；采用软开关控制，并在低压大电流的超导磁体线圈侧使用较少的整流管，降低了开关管的损耗。

技术领域

本实用新型涉及超导磁体领域，特别涉及一种带能量回馈的超导磁体开关电源。

背景技术

超导磁体因其极低的电损耗、高磁场和高稳定性等特性广泛应用于医疗、电力、工业、科研等领域，超导线圈需要一个能实现磁体能量与电网能量相交换的DC/DC电源装置，早期的超导磁体电源采用基于工频变压器隔离的可控硅整流电路，如论文“双反星型整流电路并联运行环流分析”所述的电源结构，由于该结构电路存在低频纹波，其滤波装置体积较大，现仅用于大功率超导磁体装置中；

现在的DC/DC超导磁体电源装置一般在低压侧采用桥式电路、滤波电容和直流斩波电路组成的能量双向流动拓扑结构，如美国专利US004695932“超导储能电路”和中国专利CN102222983“一种超导储能磁体输入输出一体变流器”，该类型的电路存在以下缺点：(1)若采用工频变压器隔离，则整机体积大；若采用高频变压器隔离，则低压侧的桥式电路和直流斩波电路所需的开关管多，低压侧管压降大，整机效率低；(2)难以实现软开关灵活控制，为此，我们提出一种带能量回馈的超导磁体开关电源。

实用新型内容

高效率、小型化是电能变换装置的一个重要的发展趋势。针对现有DC/DC 超导电源装置的不足，本实用新型设计一种基于高频变压器隔离的超导电源 DC/DC装置，其低压侧管数量少、压降小、支持软开关控制。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种带能量回馈的超导磁体开关电源，包括磁体储能及斩波单元、充电用逆变桥单元、放电用逆变桥单元与放电用整流单元；

磁体储能及斩波单元由充电用高频变压器、第一开关管、第二开关管、第一二极管、超导磁体线圈、滤波电容、滤波电感、开关管和第二二极管组成，充电用高频变压器上端输出口和下端输出口分别连接第一开关管反并列二极管的正极和第二开关管反并联二极管的正极，滤波电容的一端与超导磁体线圈的一端均与充电用高频变压器的中间输出口相连，第一开关管和第二开关管的负极均与开关管反并联第二二极管的负极及第一二极管的阳极相连，开关管反并联第二二极管的阳极与低压侧直流母线电容负极及滤波电感的一端相连，滤波电感的另一端与滤波电容一端及超导磁体线圈的一端相连，第一二极管的负极与低压第一直流母线电容正极连接；

充电用逆变桥单元的直流侧正极连接高压侧直流母线电容的正极，充电用逆变桥单元直流侧负极连接高压侧直流母线电容的负极，充电用逆变桥单元交流侧输出端连接充电用高频变压器原边；

放电用逆变桥单元直流侧正极输入端与低压第一直流母线电容正极相连，放电用逆变桥单元直流侧负极输入端与低压第一直流母线电容负极相连，放电用逆变桥单元交流输出端与放电用高频变压器原边相连；

放电用高频变压器高压侧连接放电用整流单元的交流侧，放电用整流单元的直流侧正极与高压侧直流母线电容的正极相连，放电用整流单元的直流侧负极与高压侧直流母线电容的负极相连。

优选的，所述充电用逆变桥单元和放电用逆变桥单元中的桥式电路均选用全控型器件，且其控制均采用软开关控制。