脈沖電抗器之國外脈沖功率源研究的四方面

      脈沖功率源技術(shù)作為一個高新技術(shù)，其應用前景受到各國科技人員的關(guān)注。目前，國外對脈沖功率源的研究主要集中在以下四方面：
 
      1、脈沖能源系統(tǒng)
      脈沖能源系統(tǒng)是電磁發(fā)射系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，其特點是輸出功率大，工作電壓高，輸出脈沖電流大。隨著儲能器件儲能密度的提高，高儲能脈沖功率源在體積、重量方面已基本滿足武器系統(tǒng)發(fā)展的需要。從目前的研究進展來看，研究的重點主要集中在電容器儲能脈沖電源、單極發(fā)電機和補償交流脈沖發(fā)電機等方面。在電容儲能脈沖功率源的研究中，由于材料和器件的發(fā)展，脈沖電容器的儲能密度得到進一步提高，目前美國Maxwell公司的大功率脈沖電容器的儲能密度已達3．0MJ／m’，使用壽命達10000次15J。

      英國研究的單級發(fā)電機，儲能達到6．7MJ，改進目標為25MJ。美國CEM．UT的單極發(fā)電機，可儲能6．2MJ。西屋電氣公司在已有的15MJ單極發(fā)電機的基礎上，正在研制儲能55MJ，用以發(fā)射動能為2．64MJ(3009，4．2km／s)彈丸的單極發(fā)電機。

      美國德克斯大學機電中心研制的補償脈沖發(fā)電機，脈沖輸出功率13．3MW，脈沖輸出能量8．5MJ，能以每秒60發(fā)的射頻為電炮持續(xù)供電171。各種不同儲能設備脈沖功率電源有其不同的特點，電容器儲能雖然功率放大倍數(shù)大，但儲能密度低：電感儲能雖儲能密度大，且如用超導磁體儲能(其制動電阻為零)，可大大降低輸入級的輸入功率，如果磁體的耐壓水平高，其功率放大倍數(shù)可達電容器儲能的水平，但功率輸出難于控制；機械儲能雖功率放大倍數(shù)相對小，但儲能密度高，易于進行功率輸出調(diào)節(jié)，是聚變研究最常用和最理想的脈沖功率電源系統(tǒng)。

      2、脈沖功率開關(guān)技術(shù)
      開關(guān)元件在脈沖功率系統(tǒng)中占有特殊的地位，這是因為開關(guān)元件的參數(shù)和特性對脈沖的上升時間、幅值等會產(chǎn)生最直接、最敏感的影響。一個脈沖功率系統(tǒng)即使各個組成部分都具有良好的性能，而唯獨開關(guān)元件的性能欠佳，最終還是不能獲得符合要求的輸出脈沖。另外，開關(guān)在高電壓、大電流下工作，工作條件十分惡劣，開關(guān)中的擊穿現(xiàn)象和開關(guān)電極上的放電物理過程十分復雜。因此，研制具有開關(guān)電極材料在擊穿時延時短而分散性小；電感和制動電阻小；電極燒損少以及能在重復脈沖下穩(wěn)定工作等特點的各種類型開關(guān)元件是脈沖功率技術(shù)中又一倍受重視的研究課題⋯。

      美國空軍武器科學家認為，目前大功率開關(guān)技術(shù)包括以下四個方面：一是短脈沖技術(shù)；二是同步技術(shù)；三是高重復率技術(shù)；四是長壽命。其中，難點在于大功率、長壽命和高重復率的開關(guān)技術(shù)[Ill。要解決好這些問題，應該研究開關(guān)擊穿過程、電極損耗過程及開關(guān)電壓的恢復過程等物理現(xiàn)象，而基礎則是等離子體物理、材料學和流體動力學等方面的理論。

      在開關(guān)技術(shù)的研究中，為了解決開關(guān)重復率和使用壽命，還研發(fā)出一種新的開關(guān)技術(shù)，即磁開關(guān)，其效率與脈沖能量無關(guān)，不產(chǎn)生噪聲，重復率預計可達10兆赫級。美國等國家已經(jīng)將其用于感應加速器和磁脈沖壓縮器方面，但從其結(jié)構(gòu)及原理來看，這類開關(guān)由于受到以下幾項關(guān)鍵技術(shù)的制約：一是鐵芯材料的磁特性和物理性能；二是線圈繞組間的絕緣；三是與上升時間有關(guān)的鐵芯級數(shù)和形狀㈣。因此，短期內(nèi)難以在電熟化學炮系統(tǒng)中得到應用。

      3、小型化脈沖成形網(wǎng)絡模塊技術(shù)
      脈沖成形網(wǎng)絡是高功率脈沖電源的核心。體積小、重量輕、功率可調(diào)的脈沖能源系統(tǒng)是基礎條件川。近年來，許多學者在能源系統(tǒng)小型化和提高電源效率技術(shù)措施等方面作了深入研究，在大功率固體開關(guān)技術(shù)，新型大功率傳輸電纜和新型電化學化合物電池等方面取得了很大的進展。

       4、脈沖電抗器技術(shù)
       在以電容器為儲能器件的能源系統(tǒng)中，電抗器作為中間儲能元件，用于控制脈沖電流的大小，要求其磁場集中、高能量密度、低內(nèi)阻。國外對大功率電抗器的結(jié)構(gòu)設計和電磁屏蔽技術(shù)方面的研究工作包括：減小電抗器能量損耗，提高功率密度，改進屏蔽技術(shù)減小電抗器對外界的干擾，高壓絕緣技術(shù)和強電磁力環(huán)境下的電抗器設計。其中，強電磁力環(huán)境下的電抗器設計包括引出電極方式和導體變截面處的電動力問題。

      此外，與之相關(guān)的其它技術(shù)如專門為脈沖電源充電使用的發(fā)電機，用于脈沖電源系統(tǒng)的大功率晶體管等技術(shù)都在發(fā)展之中。國內(nèi)脈沖功率源研究工作自開展以來，進步很快，并取得了一些成果。