專利名稱：串級補償脈沖發(fā)電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明串級補償脈沖發(fā)電機屬強脈沖功率源工程技術領域。
現(xiàn)代高技術的許多領域，其發(fā)展日益依賴于強脈沖功率技術，從衡量某一脈沖功率源的幾項最主要的技術指標，(比儲能、比功率和脈沖重復率)來看，補償式脈沖發(fā)電機具有明顯的綜合優(yōu)勢。
補償式脈沖發(fā)電機將慣性儲能，機電能量轉(zhuǎn)換和脈沖成形三者融為一體。通過磁通的交替壓縮與膨脹，實現(xiàn)部分機電能量的可逆轉(zhuǎn)換。這既可省去大電流高重復率的放電開關，又能大大提高脈沖功率源的能量利用率。這些優(yōu)良性能是其它類型的脈沖功率源所無法比擬的。
自1978年研制成第一臺演示性的補償脈沖發(fā)電機原型機以來，已經(jīng)發(fā)展了兩種類型的補償脈沖發(fā)電機，即主動補償型和被動補償型，前者主要針對大功率固體激光器的應用，后者主要針對電磁發(fā)射應用。在強脈沖功率技術領域，對于脈沖功率數(shù)兆(106)瓦至數(shù)吉(109)瓦，半高脈寬數(shù)百微秒的輸出要求，主動式補償電機是目前最具競爭力的。迄今為止，主動式補償電機都是單機運行方式，主機通過外接電容器勵磁。這樣，脈沖輸出的重復頻率最快也要數(shù)分鐘一次，并且需要附加的勵磁充電電源。這不僅限制了電源系統(tǒng)的靈活性和機動性，更不利于遠離市電環(huán)境的作業(yè)(如用激光武器野戰(zhàn))。另外，單機的功率放大倍數(shù)和能量放大倍數(shù)也很有限，特別是當電機功率達到數(shù)吉瓦時，需要的勵磁電容器將非常可觀。例如美國Texas University的機電研究中心設計的一臺13.4吉瓦(GW)的主動式補償電機，用于驅(qū)動固體激光器氙燈，能量增益是10.6倍，功率增益7.16倍，需勵磁電容器22千伏(KV)3.33毫法(mF)電容器通過高壓充電機充電，因此電機不能連續(xù)輸出。
為了實現(xiàn)小型化的重復脈沖功率源，使輸出-輸入(起勵)的電流增益、能量增益以及功率增益足夠大;為了滿足機動性脈沖功率源(例如野戰(zhàn)用激光武器驅(qū)動功率源)，在沒有市電的條件下能夠可靠地自激起勵，特作出本發(fā)明-串級補償式脈沖發(fā)電機。
本發(fā)明是用兩臺一大一小的主動補償脈沖發(fā)電機串級而成。在機械上二機的定子線圈按磁軸彼此錯開一個在160°-200°范圍內(nèi)的某一固定角度，通過聯(lián)軸器聯(lián)接起來，并由同一原動機驅(qū)動。在電氣上，大機的起始勵磁由小機提供，小機的起始勵磁由外直流電源或者由能被大機反饋充電的電容提供。兩機之間大機對小機具有很強的正反饋、為了實現(xiàn)自激，初始起勵還利用了電機的剩磁。為了抑制正反饋過強保證穩(wěn)定自激，在二機端口之間串接一減耦電阻，通過調(diào)節(jié)這一電阻改變輸出功率。
本發(fā)如附

圖1、2所示圖中1是小電機，2是大電機，3是原動機，4是聯(lián)軸器，5是直流電源，6是電容器，7是減耦電阻，8是軛流電感，9是負載，10、11、12是2極管，13、14是電阻，15是檢測器，16是快速開關。
附圖1中的小機1的起勵電流是由外直流電源5供給的，隨著機組轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)到使小機1的磁通壓縮時，小機1的電流增大形成一電流脈沖輸出。由于小機1的起勵支路串有一大的軛流電感8，小機1的輸出電流絕大部分流向大機2，給大機2提供起始勵磁電流。隨著轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，使電機2的磁通壓縮，大機2的電流增長形成一輸出電流脈沖，其中大部分經(jīng)2級管10供給負載9，小部分通過2級管11反饋回小機1，加強小機的起勵電流。
附圖2中，小機的勵磁電流由脈沖電容器6供給。與附圖1所示的不同之處在于，小機1起勵是通過觸發(fā)可控硅開關16，使電容器6放電來形成的，觸發(fā)時刻應與小機1的轉(zhuǎn)子族轉(zhuǎn)到電感最大位置附近的時刻相同步，這是通過拾取轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸位置信號的相位檢測器15來實現(xiàn)的。脈沖電容器6的補充充電則由大機2輸出時通過2極管11、12及電阻13形成的通路來實現(xiàn)。脈沖電容器6的初始充電由電機的剩磁電壓提供。
權(quán)利要求
1.一種串級補償式脈沖發(fā)電機，其特征在于，將兩臺脈沖發(fā)電機在機械上實現(xiàn)同軸，在電氣上實現(xiàn)并聯(lián)。
2.如權(quán)利要求1所述的串級補償式脈沖發(fā)電機，其特征在于，兩臺同軸補償式脈沖發(fā)電機是一大一小的轉(zhuǎn)機，并且二機的定子線圈按磁軸彼此錯開一個在160°-200°范圍內(nèi)的某一固定角度，通過聯(lián)軸器聯(lián)接，由同一原動機驅(qū)動;在二機端口之間串接一減耦電阻和二極管;在接負載的線路上串接一個二極管;在接直流電源的線路上串一個大軛流電感和電阻。
3.如權(quán)利要求2所述的串級補償式脈沖發(fā)電機，其特征在于，當使用電容器作電源時，要串接一個與電阻、2極管并聯(lián)的與相位檢測器相連的快速開關。
全文摘要
本發(fā)明串級補償脈沖發(fā)電機通過將兩臺補償式脈沖發(fā)電機在機械上同軸、在電氣上并聯(lián)，從而提高了這種強脈沖電源系統(tǒng)的功率增益和能量增益。這種電源系統(tǒng)可以在沒有外部電源的情況下依靠剩磁的作用自激勵磁。本發(fā)明適用于驅(qū)動大功率重復脈沖的固體激光器的功率源，尤其適合于對機動性有特殊要求的應用。
文檔編號H02P9/00GK1063384SQ9110327
公開日1992年8月5日 申請日期1991年5月15日 優(yōu)先權(quán)日1991年5月15日
發(fā)明者潘垣, 劉寶華, 黃河, 張延彪, 李格, 秦濤 申請人:中國科學院等離子體物理研究所