21 4脉冲功率储能技术 惯性.pptVIP

储能技术—惯性储能 常用惯性储能 直流 　换向直流脉冲发电机 　单极脉冲发电机 交流 　同步发电机 　补偿脉冲发电机 单极脉冲发电机（HPG） 几种常见HPG 自激式单极脉冲发电机 自激放电过程 电压方程： 可推导出： 补偿脉冲发电机 被动补偿脉冲发电机 (PCPA) 选择被动补偿脉冲发电机 （SPCPA） 主动补偿脉冲发电机 （ACPA） 被动补偿脉冲发电机 选择被动补偿脉冲发电机（在固定位置补偿绕组短路） 初始电感 L0 ，电流 I0， 磁通 ?＝L0I0 磁通压缩后：电流 I， 电感 L=LA＋LB-2M 磁通守恒：I*L=I0* L0 磁通守恒原理 主动补偿脉冲发电机 (补偿绕组与电枢绕组串联) 电感 主动补偿电机电压、电流、电感变化 电感 L=constant * 惯性储能是依靠物体运动来储存能量的方法。 储存在旋转机械和飞轮中的动能是旋转机械能，不仅储能密度高，而且提取方便。 　　一般使用较小功率的拖动机构，以相对长的时间把一定质量的转子或飞轮慢慢地加速使其转动起来，使其储存足够的动能，然后利用其转动惯性脉冲地驱动合适地发电设备，把机械能转变成电磁能。 　　法拉第电磁感应定律 优势： 储能密度高，结构紧凑，体积小，成本低，可移动。 应用于： 　　近代同步加速器，托卡马克聚变装置，等离子体θ箍缩，大型风洞装置，大截面金属对头焊接，加热钢坯，泵浦大功率激光，作重复发射的粒子束武器的电源和电磁发射器的电源，烧结金属粉末，电磁喷涂，模拟地震脉冲，脉冲金属成型等。　 10-6 10-3 1 103 106 储能密度与能量释放时间比较 概述 254 3000 415 100 储能时间 s 100 71 6000 10-4-10-3 250 3.8 补偿交流发电机 30 6 6900 71 0.7 1.3 同步发电机 150 2000 100 0.1-0.5 70 8.5 单极发电机 20 1 1800 1 0.3 0.32 直流发电机 体比能密度 MJ/m3 短路电流 kA 典型电压 V 典型脉宽 s 功率密度 kW/kg 能量密度 kJ/kg 类型 惯性储能机械的典型分类和性能 直流发电机 直流发电机由激磁磁场，转子电枢和端部换向器组成，从电刷引出直流电压。 为了获得更高能量的脉冲，应当使用飞轮惯性储能。发电机转子和更大质量的飞轮常用异步机拖动，使它们逐渐储存大量的动能。当达到额定转速后，再向发电机提供激磁电流以建立激磁磁场，于是发电机便产生空载电压。使电动机与电网脱离，同时接通外电路负载，负载便获得电流。发电机开始减速，储存于转子和飞轮中的机械能被脉冲地转变成电磁能，完成一个脉冲的工作。 发电机在空载启动和加速飞轮过程中必须切断激磁绕组。 可以单台独立运行，也可多台串并联运行。 单极脉冲发电机（HPG） 惯性储能： W=1/2 *IM?r2 =1/2* GD2/4* ?r2 (J) V=1/2*r2*B* ?r (V) W=1/2 *(4IM/r4B2)*V2 Ceq= 4IM/r4B2 导电的圆盘（转子）本身就可储能，它在外加的轴向磁场中旋转。由于圆盘切割磁力线，所以在圆盘的外缘和轴之间产生感应电动势，并用电刷将它引出，供外电路负载用。 这个感应电压U与磁感应强度B，转子半径r，旋转角速度ω(边缘线速度Ｖp)有关。 通常所说的ＨＰＧ储能，是指ＨＰＧ转子惯性储存的动能，由于ＨＰＧ使用的转子即是储能体又是感应电势所用的单匝线圈，所以ＨＰＧ的输出电压较低，一般在几十伏到几百伏之间。 由于ＨＰＧ的内阻较低（10u?），弥补了电压低的缺点。 HPG特别适合作脉冲电源用，特别是所需的储能达几十至几百兆焦耳时。ＨＰＧ所用的激磁的场线圈异常简单，且转子无绕组，所以转子很快能被加速到高速度，并且能以毫秒时间把惯性储存的动能转变成电能。 　　恒流激磁时，ＨＰＧ可以被看成一个大容量低压等效电容Cef。这个等效电容很大，可以达几千法拉。为了有效地传递能量，ＨＰＧ与电感负载配合将不方便。 Cef=2Ek/U2 Ek是储存在转子中的动能 Cef=2Ek/U2=4π2J/Φ2=2πρh/B2 ρ是转子的材料密度，h是转子的厚度。 减小Cef，可能通过改变相关参量（ρ,h,B），但要考虑相应的制约因素。 第一，过分减小转子材料密度，难于保障转子的机械强度和电导率。此外，如果使用非铁磁材料时，ρ减