补偿脉冲发电机.pdfVIP

· 综述和述评 · 补 偿 脉 冲 发 电机 徐善纲 张适昌 史黎明 摘 要 本 文介绍 1近年来 新发展起 来的补偿脉 冲发 电机。它具有能量 密度 大，有 “自 一 开关”特性，能连续运行 ，快速发 出重复脉冲，价格低等优 点。文 中叙述 了该 发 电机 的基本 原理 、结构，讨论 了有关设计的 问题。并指 出该电机 可硐作激光聚变 系 统 中闪光灯、电磁炮、托克马克等装置的脉冲功率源，也可硐作高 电压、短脉宽 系 统的初级 电源 。 一 、 前 言 近年来高技术的迅速发展，及其在军事和民用上不断地得到应用，促使强脉冲功率技术 也随着有很大进展。在 自由电子激光、准分子激光、核聚变、电磁炮、粒子束和激光武器、 材料表面处理以及半导体离子注入等方面，脉冲功率技术都是其关键技术之一。 一 般来说，对于脉冲功率源的要求是以如下的特性参数来表征的：能量、电压、电流、 脉宽及脉冲重复率。当脉冲间隔时间比脉宽大若干倍时，减小脉冲功率系统的初始功率源， 变得非常重要。在当前，贮能系统有静 电、磁场、惯性 以及 电化学等四种形式。表 1示出了 这四种贮能系统的特性…。目前广泛采用的电容器贮能系统，贮能密度低，体积、重量大， 价格 昂贵，同时要实现连续脉冲 比较田难，系统 中需要要求很高的重复使用的大功率开关。 最近十几年来，利用旋转 电机作为脉冲功率源的可能性已经得到证明。在托克马克、激 光 闪光灯 、电磁炮等装置上成功地利用了旋转 电机作为脉冲功率 电源 旋转电机用于脉冲功 率源有如下优点：(1)直接与初始功率源耦台j (2)高贮能密度，(3)阻抗及脉冲波形可与 负载匹配；(4)适台于快速、多次重复运行} (5)低价。 当然，并不是在所有场合 ，旋转 电机作为脉冲功率源都是合适 的。例如它不能直接用于 非常高电压 (兆伏级)、短脉宽 (微秒级)的场合。但在这样场合，可利用补偿脉冲 电机作 为脉冲形成阿络的初级功率源 。对于相当大的能量 (n兆焦)或者需要移动的场合，旋转脉 冲 电机是很合适的。利用惯性贮能的旋转 电机有着高的能量密度以及供给大电流的能力 (电 源 电压对 内阻抗之 比)。 用于脉冲功率源的旋转 电机主要是单极发 电机和补偿脉冲发电机。前者贮能密度大，但 输 出电压低，实现重复脉冲困难，在 电路中需要大功率开关。而后者虽然 比单极发 电机贮能 密度较低一些，但具有 “自一开关”特性，很容易实现快速连续多次运行，不需要大功率开关 装置 。本文主要介绍补偿脉冲发电机 ·16 · 电I电能新技术 丧 1 目前贮能系统的祷{生 … 术 装置 j 能k{量U密kg度)jll功k(w率-密／度)JjI典型脉宽Jll电V()压jj!电源Q(阻)抗JII短路k(A电)啻}c_j贮l能(时)间 电 场 电容器 15kJ i 0．2 lBD00 0．1—0．5m 10D00 0．212 50 1000 磁 场 电感 (常温) 5MJ 1．3 824 1～5(m ) 3000 0．002 』500 0．45 (低温) 3MJ 3，1 1000 1--100(m~) 5ODO 0．DD5 1000 1．2 (超导) 0肚 ， l 2．2 50 1m 1O00O 3 102 惯 性 飞轮 (单极机) BM 105 j T0 0．1—0． 10D 10— 2}{00 415 (补偿脉冲 200MJJ 3．B J 5 0．1—2ms- 6DD0 0．084 T1 25,1 发电机) 电化学 电池 5M]I200 『0． 3 1s 【 12 0．02 0．5