[发明专利]一种用于炮口消弧的新型电感储能脉冲功率电源

说明书

本发明公开了一种用于炮口消弧的新型电感储能脉冲功率电源，属于电磁发射技术领域，包括初级储能模块、中间储能模块、逆流回路模块、负载电流关断模块和能量自恢复模块；初级储能模块对中间储能模块充电并在充电电流达到预设值时关断充电回路；逆流回路模块用于当充电电流达到预设值时对中间储能模块施加逆流脉冲以提高中间储能模块对负载放电时的电流峰值；负载电流关断模块在负载电流脉宽达到预期值时施加逆流脉冲以关断负载电流一阶放电回路，从而使负载电流迅速关断；能量自恢复模块用于使电容电压恢复至预充电压。本发明具有充放电迅速、储能密度高、负载电流脉宽易调整、结构简单、可扩展性强等优点。

技术领域

本发明属于电磁发射技术领域，更具体地，涉及一种用于炮口消弧的新型电感储能脉冲功率电源。

背景技术

电磁发射技术利用物理学中载流导体或运动电荷在磁场中受到洛伦兹力作用的基本原理来加速弹丸，具有发射速度快、打击精度高、隐蔽性好、可控性强等优点，一般由脉冲功率电源、发射器和被发射体组成。由于电磁发射是采用脉冲动力方式，其推动力一般比火药的推动力大一个数量级，可将弹丸加速度到每秒几千到几十千米。在军事领域中，依靠电磁炮的高射速和高精度等性能，可将其应用于反装甲及防空，同时电磁炮适合安装于水面舰艇，作为战略防御对付反舰导弹的利器。在民用和科研方面，电磁发射技术可应用于高压物理实验，研究材料的状态方程，以及金属成型与焊接；除此之外，可以使用电磁发射器射出特高速小弹丸撞击热核燃料靶进行核聚变碰撞研究。

脉冲功率电源可借助不同形式的能量在毫秒级别内产生几十千安至几百千安的脉冲大电流。脉冲功率电源一般由初级能源，中间储能环节和脉冲成形网络三部分构成。初级能源在相对较长时间内将能量传递至中间储能环节进行储存，中间储能环节在较短时间内将能量传递至脉冲成形网络，脉冲成形网络将这些能量在时间或空间上压缩转换并快速释放给负载。现阶段，脉冲功率电源在国防科研中的应用日益显著，可为国防武器系统提供稳定可靠的脉冲大电流，越来越适应未来军事发展的需求。

脉冲功率电源的初级储能通常有电网供电、蓄电池组、柴油发电机等。电网供电的功率受限于输电线路，无法直接用于脉冲功率。蓄电池组储能是将能量储存在化合物中，储能相对稳定且损耗较小，但其能量转换效率较低，难以满足大功率系统的需求。柴油发电机输出功率也不高。因此，必须使用中间储能环节，才能大幅提升输出功率。按照中间储能环节的储能方式，脉冲功率电源可分为电容储能型，电感储能型，旋转机械储能型等。电容储能型是将能量储存在电场中，其形式相对简单，且对充电装置要求不高。但其储能密度不高，体积和重量往往过于庞大，增加了脉冲功率装置的造价。电感储能型是将能量储存在磁场中，相对于电容储能具有高储能密度的特点，但其受到开关和换流技术的限制，仍处于发展阶段。旋转机械储能是将能量储存在运动中的物体，通过使其急剧减速进而释放能量，具有建设周期短、有效寿命较长、充电快速、环保等优势，但系统运维成本高，且不易控制。一般大规模的储能系统通常会综合以上几种储能方法，合理搭配不同储能形式，以满足不同系统的性能需求。

电感储能型脉冲功率电源因较高的储能密度、静止储能相对安全，操控性好等优点，是脉冲功率电源系统的研究热点之一。电感储能型电源的电路拓扑结构主要分为MeatGrinder和XRAM两种类型，分别为美国德克萨斯大学高技术研究所(Institute forAdvanced Technology，简称IAT)和欧洲圣路易斯法德联合研究所(French-GermanResearch Institute of Saint-Louis，简称ISL)的主要研究对象。