高功率脉冲电源

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粒子束、强激光、受控核聚变、电磁发射(电磁炮)、雷电电磁脉冲模拟、高速辐射摄影、电磁成形、电磁冲击、大功率微波、核爆炸效应模拟、炸药起爆研究等诸多领域都涉及到强脉冲技术，形成了一个脉冲功率技术学科。脉冲功率技术学科所用的各种电源，其主要特点是先以较低功率缓慢积聚能量，再瞬时集中释放高功率和大能量，具有高电压、大电流、高功率、高能量和短脉冲及高品质波形等显著特点。脉冲时间可以是微秒级、毫秒级，也可以是秒级，功率可以达到千瓦或兆瓦级，甚至达到吉瓦级，最高能量也可以达到吉焦耳。其所涉及的技术自然形成了高功率脉冲电源技术。高功率脉冲电源技术主要包括储能技术、能量转换和功率放大、高功率开关技术、高压绝缘技术和控制技术等，是一门新型交叉学科。用于受控核聚变装置的脉冲电源采用脉冲发电机组技术实现能量储存、转换和功率放大，再经过电力电子技术进行电能转换，通过现代控制技术实现装置线圈所需要的电流波形控制，从而产生等离子体物理研究所需要的约束磁场。

电化学电容器以其大容量、高能量密度、大电流充放电和长循环寿命等特点，在国防、航天航空、汽车工业、消费电子、通信、电力和铁路等领域得到成功的应用，并且其应用范围还在不断拓展。根据电容量、放电时间和放电量的大小，电化学电容器主要可以用作辅助电源、备用电源、主电源和替换电源。

1．辅助电源

电化学电容器自问世以来，在军事方面的应用就受到极大关注。由电化学电容器和电池组成的“致密型超高功率脉冲电源”能为微波武器与激光武器提供兆瓦级的特大运行功率。此外，由电池和电化学电容器组成的复合电源系统可以保证军用载重卡车和装甲车辆在恶劣条件下的启动，还可用于军队和武警部队的武器、通信设备和防护系统的数字化装备，大大降低每个士兵的负担。

2．备用电源

如今电化学电容器的主要市场是用作消费电子产品的备用电源，在这类应用中，电化学电容器的价格比二次电池低，循环使用寿命也比二次电池长得多，并且具有充电快、环境适应性强以及报废时无环境污染等特点。这方面的应用主要包括视频录像机、电视卫星接收器、汽车视频系统、出租车计程器和计价器、计算控制器、家庭烤箱、光学或电子照相机、可编程计算器、电子台历和移动电话等。

3．主电源

在这类应用中，电化学电容器能提供几毫秒到几秒的大电流脉冲，随后又被其他电源小功率充电。例如电动玩具，采用电化学电容器作为电源，可以在一两分钟内完成充电，重新投入使用，而且电化学电容器具有极长的循环寿命，比采用电池更合算。其他家用电器，如数字钟、照相机、录音机、便携式摄像机等均可采用电化学电容器来取代电池作为电源，甚至手机、便携式电脑等的电池也可用电化学电容器来取代，市场前景十分广阔。

4．替换电源

电化学电容器具有使用寿命长、循环效率高、使用温度范围宽、自放电率低和免维护等优点，故很适合与太阳能电池、发光二极管结合，用于太阳能手表、太阳能灯、路标灯、公交站时刻表灯、交通警示灯等。 2100433B

脉冲发电机既具有储能密度大和功率密度高的综合特性，又具有体积小、重量轻、系统结构简化、连续运行可靠、可调幅度大等优点。因此，它是高功率脉冲电源实现小型化的较好的解决方案。但是在高速、高储能的脉冲交流发电机中，随着转速的升高和功率的加大，电刷滑环也成为脉冲发电机的一个瓶颈问题，不仅要承受高转速、高线速度，还要传导大的电流和功率，并且还会因为电刷与滑环的摩擦带来严重的发热和功率损耗，消耗转子储存的动能，也不经济。因此，本文将脉冲电机的运行方式与绕线式无刷双馈电机的特点相结合，提出了一种新型的无电刷结构的脉冲发电机--绕线式无刷双馈脉冲发电机。该电机在无刷的基础上可以实现变速下的主绕组输出电能的恒压恒频，在连发脉冲时波形具有良好的一致性。本质问题是要研究绕线式无刷双馈电机的原理和结构特点，建立一套根据脉冲负载要求设计配套的电机的理论，通过模型的仿真和样机的试验研究，来验证理论研究的结果。