關(guān)于脈沖功率電源的介紹

摘 要：在全球化的發(fā)展環(huán)境下，各國(guó)為了提高自身的綜合競(jìng)爭(zhēng)力，均十分關(guān)注科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用。脈沖功率技術(shù)作為重要的技術(shù)之一，該技術(shù)的發(fā)展始于20世紀(jì)60年代，在多個(gè)領(lǐng)域均有著較為廣泛的應(yīng)用，其中在國(guó)防領(lǐng)域扮演著重要的角色。文章主要研究了脈沖功率電源的概況，并分析了其發(fā)展的技術(shù)阻礙，為了實(shí)現(xiàn)其快速的發(fā)展，要對(duì)其中存在的問題進(jìn)行有效處理，在此基礎(chǔ)上，脈沖功率技術(shù)的發(fā)展才能夠更加穩(wěn)定，同時(shí)，我國(guó)的國(guó)防競(jìng)爭(zhēng)力也將不斷增強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：脈沖功率電源；電容器組；發(fā)電機(jī)系統(tǒng)；電池組；技術(shù)阻礙

當(dāng)前，電源的相關(guān)問題得到了廣泛的關(guān)注，其中最敏感的為小型化電源問題。在科學(xué)技術(shù)的支持下，電源的小型化得到了快速的發(fā)展，此類電源的應(yīng)用是廣泛的，其作用日益顯著。但小型化電源的發(fā)展也存在不足，為了促進(jìn)其發(fā)展，需要對(duì)先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行積極的、全面的運(yùn)用。在此背景下，文章研究了脈沖功率電源，該電源是借助不同方式進(jìn)行提供的，具體的方式有電容器組、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、電感儲(chǔ)能系統(tǒng)與蓄電池組等。脈沖功率電源的應(yīng)用滿足了國(guó)防武器系統(tǒng)的電能需求，為我國(guó)國(guó)防工作的開展奠定了堅(jiān)持的基礎(chǔ)。

1 脈沖功率電源的概況

1.1 電容器組

目前，在工業(yè)、軍事等領(lǐng)域?qū)﹄娙萜鞯膽?yīng)用具有一定的普遍性，其中在電磁炮中的應(yīng)用取得了良好的效果。隨著電磁炮的快速發(fā)展，對(duì)電容器組的要求不斷提高，在脈沖形狀控制方面，利用了閉合開關(guān)；在能量存儲(chǔ)密度方面，利用了新的介電材料，在此基礎(chǔ)上，電容器組得到了進(jìn)一步的發(fā)展，進(jìn)而適應(yīng)了實(shí)際應(yīng)用的需求[1]。

對(duì)于脈沖功率電源而言，作為電源的電容器組存在一定的不足，主要為偏低的轉(zhuǎn)化效率，同時(shí)，其充電狀態(tài)未能保持長(zhǎng)期性。為了有效解決此問題，需要借助高功率的大型充電設(shè)備，以此保證充電的快速與便捷，與此同時(shí)，工作電壓也將得到控制。在此基礎(chǔ)上，電容器組擁有較大的體積，但在軍事領(lǐng)域?qū)τ谖淦飨到y(tǒng)的體積有著嚴(yán)格的要求。因此，在軌道炮系統(tǒng)中，電容器組的應(yīng)用缺少針對(duì)性與時(shí)效性，此時(shí)的電源未能適應(yīng)軍事發(fā)展的需要。

在對(duì)電容器組展開設(shè)計(jì)過程中，要關(guān)注其熱量的控制。對(duì)于電容器的介電材料而言，通常情況，均屬于電絕緣體與熱絕緣體。在炮彈發(fā)射時(shí)，電容器內(nèi)部的熱量將不斷升高，為了保證電容器組的安全性，要對(duì)其給予高度的重視[2]。

1.2 發(fā)電機(jī)系統(tǒng)

關(guān)于電磁炮發(fā)電機(jī)的研究，其應(yīng)用的類型較多，主要有單極脈沖發(fā)電機(jī)、補(bǔ)償型脈沖交流發(fā)電機(jī)和高溫超導(dǎo)體發(fā)電機(jī)。

單極脈沖發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電流的原理為：將超導(dǎo)體線圈浸泡在液氮中，在超導(dǎo)的作用下，將出現(xiàn)高強(qiáng)勵(lì)磁磁場(chǎng)，并且借助轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)促進(jìn)了電流的出現(xiàn)。此時(shí)的轉(zhuǎn)子可以為銅圓盤。電流的輸出可以借助液體金屬鈉實(shí)現(xiàn)，其引出的路徑為圓盤中心或者周圍，此時(shí)發(fā)電機(jī)的輸出電流為105A，再利用高速的機(jī)械或電磁制動(dòng)，使轉(zhuǎn)子在短時(shí)間內(nèi)剎車，在此基礎(chǔ)上，便實(shí)現(xiàn)了直流脈沖電流的獲取。但此時(shí)的電流未能滿足坦克車載電源的要求。

補(bǔ)償型脈沖交流脈沖發(fā)電機(jī)也可以稱之為CPA，它的研究與應(yīng)用彌補(bǔ)了單機(jī)脈沖發(fā)電機(jī)的不足，作為同步發(fā)電機(jī)，它保證了短回路電流的高效輸出。通過持續(xù)的研究，CPA的存儲(chǔ)密度滿足了電磁炮電源的需求[3]。

超導(dǎo)體發(fā)電機(jī)的出現(xiàn)，使發(fā)電機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了革新，它作為大功率發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，擁有良好的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，作為同步發(fā)電機(jī)，對(duì)其設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在以下兩方面：一方面，超導(dǎo)體材料作為轉(zhuǎn)子線圈，而定子則選用普通的材料。此設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)為偏低的交流損耗與較高的效率，但缺點(diǎn)為受技術(shù)的制約，制冷設(shè)備在與定子保持隔離時(shí)，與轉(zhuǎn)子的連接缺少合理性。另一方面，轉(zhuǎn)子與定子均使用超導(dǎo)體材料，此時(shí)要求運(yùn)行過程中，要全部制冷。此設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)為便捷的制冷，但缺點(diǎn)為交流損耗相對(duì)較大。

超導(dǎo)體發(fā)電機(jī)與傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)相比，前者的優(yōu)勢(shì)是顯著的，它的重量較輕、機(jī)械效率較高、成本偏低，同時(shí)污染相對(duì)較少。在超導(dǎo)體發(fā)電機(jī)中，其應(yīng)用的超導(dǎo)體材料主要為鉍鍶銅氧（BSCCO）陶瓷與釔鋇銅氧材豐葺（YBCO），兩種材料相比，后者的交流損耗相對(duì)較低，同時(shí)其抗磁性能與抗應(yīng)變能力等均相對(duì)較高。在此類發(fā)電機(jī)不斷發(fā)展過程中，低溫制冷技術(shù)為其發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，如：YBCO導(dǎo)體中的機(jī)械制冷設(shè)備，此設(shè)備不僅體積小，其制冷效果十分明顯。

1.3 電感儲(chǔ)能系統(tǒng)

該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)較為顯著，主要為較高的能量密度、較長(zhǎng)的使用時(shí)間與較低的成本，同時(shí)，它具有較高的安全性與可靠性。在實(shí)際應(yīng)用過程中，該系統(tǒng)最凸顯的優(yōu)勢(shì)為較快的充電速度，基本在5s內(nèi)便可以結(jié)束充電。當(dāng)前，在軌道炮系統(tǒng)中對(duì)中型電感儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行了應(yīng)用，但此時(shí)的應(yīng)用仍處于實(shí)驗(yàn)階段，主要是由于電感儲(chǔ)能技術(shù)具有滯后性，未能滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。該系統(tǒng)的缺點(diǎn)體現(xiàn)在以下兩方面，一方面為高功率電池的商業(yè)化水平偏低，另一方面為高電流開關(guān)未能實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用，并且未能達(dá)到小型化的要求[4]。

1.4 蓄電池組

在電磁炮的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中對(duì)蓄電池組進(jìn)行了應(yīng)用，此時(shí)的電池為高能密度鋰離子電池，它的使用具有一定的安全性與高效性。高能密度鋰離子電池能夠提供100kJ的能量，此時(shí)其重量為5kg，與此同時(shí)，在2s內(nèi)，其電流為2kA，因此，其儲(chǔ)能系統(tǒng)滿足了電磁炮的要求。

2 脈沖功率電源發(fā)展的技術(shù)阻礙

現(xiàn)階段，電源的發(fā)展有著較快的速度，它為國(guó)防提供了可靠的電能，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的小型化電源發(fā)展水平偏低，未能適應(yīng)高機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)使用的需求，此時(shí)的電源技術(shù)影響著電磁炮作用的發(fā)揮。電磁炮對(duì)于電源技術(shù)有著較高的要求，不僅要保持小型化，還要具備輕質(zhì)的特點(diǎn)。在未來戰(zhàn)場(chǎng)上，高機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)過程中，電磁炮的作用是顯著的，主要是由于它具有較大的威力、較遠(yuǎn)的射程與豐富的功能。因此，為了促進(jìn)電磁炮作用的發(fā)揮，要進(jìn)一步研究小型化電源，使其發(fā)展水平不斷提高，進(jìn)而滿足軍事應(yīng)用的需要。

當(dāng)前，脈沖功率電源發(fā)展受到了技術(shù)的制約，它與電磁炮的實(shí)際需求存在一定的差距。為了有效解決小型化電源的問題，對(duì)其技術(shù)要進(jìn)行深入的研究，同時(shí)要采取具有針對(duì)性的措施，具體的改進(jìn)方法如下：對(duì)新型的儲(chǔ)能材料進(jìn)行應(yīng)用，并且要提高儲(chǔ)能密度，同時(shí)還要不斷豐富新型儲(chǔ)能方法，最后對(duì)發(fā)射裝置所需能量進(jìn)行改進(jìn)[5]。

3 結(jié)束語

綜上所述，在世界范圍內(nèi)，各個(gè)國(guó)家均十分注重國(guó)防競(jìng)爭(zhēng)力水平的提升，但國(guó)力的提高受諸多因素的影響，其中最為關(guān)鍵的便是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平，在高科技的支持下，國(guó)家才能夠獲得良好的發(fā)展，其經(jīng)濟(jì)發(fā)展力、國(guó)防戰(zhàn)斗力等也均將獲得大幅度的提高。文章主要闡述脈沖功率技術(shù)電源，它作為小型化的電源，為國(guó)防的發(fā)展提供了可靠的電源。相信，在小型化電源相關(guān)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展下，我國(guó)的國(guó)力將不斷增強(qiáng)，進(jìn)而社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也將更加穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

[1]曹榮剛，鄒軍，袁建生.脈沖功率電源輻射電磁場(chǎng)測(cè)量與分析[J].強(qiáng)激光與粒子束，2009，9：1426-1430.

[2]汪金山.正弦激勵(lì)下的脈沖功率電源的研究[J].黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，4：44-46.

[3]王曉明，鄒勇，孫兆沖，等.一種電容式調(diào)壓脈沖功率電源設(shè)計(jì)和工作分析[J].高電壓技術(shù)，2012，6：25-29.

[4]曹榮剛，李軍.脈沖功率電源輻射電磁場(chǎng)屏蔽測(cè)量與分析[J].高電壓技術(shù)，2014，4：1159-1164.

[5]崔東明，董建年，黃新華.一種用于高功率脈沖電源的閉合開關(guān)[J].南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，4：33-36.