專利名稱：大電感儲(chǔ)能及能量釋放電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于脈沖大電流技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電感儲(chǔ)能及能量釋放電路。
背景技術(shù)：
脈沖大電流技術(shù)用于電磁成型裝置、放電成形裝置、脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)發(fā)生裝置(如充退磁電源設(shè)備)、以及核聚變研究設(shè)備等場(chǎng)合。這些大電流要從配電線上直接獲取是困難的，一般是以小功率輸入存儲(chǔ)到能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中，然后讓它瞬間釋放出來，從而得到脈沖大電流。用于這種目的的能量存儲(chǔ)方法主要有靜電能量存儲(chǔ)和電磁能量存儲(chǔ)，其中靜電能量存儲(chǔ)是利用電容器存儲(chǔ)能量，電磁能量存儲(chǔ)是利用電感存儲(chǔ)能量。目前普遍使用的充退磁設(shè)備中，絕大部分采用電容儲(chǔ)能方式。電容器的儲(chǔ)能存在能量密度低、能量利用率差、裝置體積大和造價(jià)高的缺點(diǎn)。電感儲(chǔ)能具有儲(chǔ)能密度高、儲(chǔ)能量大、單位儲(chǔ)能造價(jià)低和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，儲(chǔ)能電源的體積小，制造成本比電容儲(chǔ)能電源低得多。但由于電感儲(chǔ)能方式中能量轉(zhuǎn)換釋放輸出器件的限制，目前應(yīng)用效果不理想。一個(gè)典型的電感儲(chǔ)能及能量釋放原理電路如圖8所示，其動(dòng)作原理如下開關(guān)K閉合，在流經(jīng)儲(chǔ)能電感L1的電流達(dá)到預(yù)定值時(shí)，將開關(guān)K打開，由于維持磁通的關(guān)系，負(fù)載電感L2中產(chǎn)生急劇上升的電流，使得通過斷路操作向電感L2輸出、釋放能量。在釋放能量的瞬間，斷路開關(guān)器件K將承受極高的電壓，往往產(chǎn)生電弧，大部分能量轉(zhuǎn)換焦耳熱，既造成能量的浪費(fèi)，又容易損傷斷路開關(guān)器件K。對(duì)于大能量的電感儲(chǔ)能釋放裝置，往往采用熔斷絲作為斷開開關(guān)，典型的有大電流熔斷型和爆炸斷開型，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，但熔斷絲一旦熔斷后就不能再利用，每動(dòng)作一次就必須換一次，不適合用于高重復(fù)動(dòng)作的場(chǎng)合，而且熔斷絲熔斷時(shí)會(huì)消耗大部分能量，儲(chǔ)能轉(zhuǎn)換效率低。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種大電感儲(chǔ)能及能量釋放電路，以克服現(xiàn)有的電感儲(chǔ)能方式輸出、釋放能量時(shí)，斷路開關(guān)器件K承受極高的電壓以及往往產(chǎn)生電弧的缺陷。它包含直流電流源，它還包含互感線圈、主開關(guān)、短路開關(guān)和外部磁場(chǎng)線圈，互感線圈由初級(jí)線圈和次級(jí)線圈繞制在一起而成，直流電流源的一個(gè)輸出端連接主開關(guān)的一端，主開關(guān)的另一端連接初級(jí)線圈的一端和短路開關(guān)的一端，短路開關(guān)的另一端連接直流電流源的另一端和初級(jí)線圈的另一端，次級(jí)線圈的首末端分別連接作為負(fù)載的外部磁場(chǎng)線圈的兩端。本實(shí)用新型工作時(shí)主開關(guān)閉合，直流電流源向初級(jí)線圈充電，電流逐漸上升，完成了能量的儲(chǔ)存過程。當(dāng)電流達(dá)到給定值后，短路開關(guān)閉合，流經(jīng)初級(jí)線圈中的穩(wěn)態(tài)電流由于短路開關(guān)的突然閉合而迅速按指數(shù)規(guī)律減小，產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，該變化的磁場(chǎng)在互感線圈的次級(jí)線圈中感生脈沖電流輸出給作為負(fù)載的外部磁場(chǎng)線圈，在外部磁場(chǎng)線圈中產(chǎn)生脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)，從而完成能量的輸出、釋放。由于在短路開關(guān)閉合的過程中不會(huì)在兩端產(chǎn)生高電壓和電弧，儲(chǔ)能釋放轉(zhuǎn)換效率高，不會(huì)浪費(fèi)能源，也不會(huì)造成電路器件的損傷。本實(shí)用新型利用互感線圈的初級(jí)作為電感儲(chǔ)能線圈，采用短路方式釋放能量，初級(jí)線圈由于突然短路形成的磁場(chǎng)變化在互感線圈的次級(jí)感生高壓脈沖輸出。本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有電感儲(chǔ)能裝置能量轉(zhuǎn)換輸出釋放中斷路開關(guān)器件的難題。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠的優(yōu)點(diǎn)，具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。該裝置可作為脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)發(fā)生裝置、充退磁電源裝置、放電成形裝置、電磁成型裝置、以及作為核聚變研究裝置及其他大功率電感儲(chǔ)能和能量釋放裝置等用途。
本實(shí)用新型還提供了另一種大電感儲(chǔ)能及能量釋放電路，可產(chǎn)生自由衰減振蕩。它包含直流電流源，它還包含互感線圈、主開關(guān)、短路開關(guān)和電容器，互感線圈由初級(jí)線圈和次級(jí)線圈繞制在一起而成的空心互感線圈，直流電流源的一個(gè)輸出端連接主開關(guān)的一端，主開關(guān)的另一端連接初級(jí)線圈的一端和短路開關(guān)的一端，短路開關(guān)的另一端連接直流電流源的另一端和初級(jí)線圈的另一端，次級(jí)線圈的首末端分別連接電容器的兩端。次級(jí)線圈與電容器構(gòu)成一個(gè)自由衰減振蕩電路，能給放置在次級(jí)線圈中的磁體退磁。除具有第一種方案的優(yōu)點(diǎn)外，它利用電感儲(chǔ)能及能量釋放原理制作的退磁裝置取代了電容儲(chǔ)能式退磁裝置，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易維護(hù)，成本低的特點(diǎn)。


圖1是本實(shí)用新型實(shí)施方式一的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是實(shí)施方式二的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是實(shí)施方式三的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是實(shí)施方式四的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是實(shí)施方式五的結(jié)構(gòu)示意圖，圖6是是實(shí)施方式六的結(jié)構(gòu)示意圖，圖7是實(shí)施方式七的結(jié)構(gòu)示意圖，圖8是現(xiàn)有技術(shù)電感儲(chǔ)能裝置采用斷路方式轉(zhuǎn)換、釋放能量的原理示意圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖1具體說明本實(shí)施方式。它由直流電流源1、互感線圈2、主開關(guān)K1、短路開關(guān)K2和外部磁場(chǎng)線圈3組成，互感線圈2由初級(jí)線圈2-1和次級(jí)線圈2-2繞制在一起而成，直流電流源1的一個(gè)輸出端連接主開關(guān)K1的一端，主開關(guān)K1的另一端連接初級(jí)線圈2-1的一端和短路開關(guān)K2的一端，短路開關(guān)K2的另一端連接直流電流源的另一端和初級(jí)線圈2-1的另一端，次級(jí)線圈2-2的首末端分別連接外部磁場(chǎng)線圈3的兩端。作為負(fù)載的外部磁場(chǎng)線圈3可以是螺線管或是包括多極充磁座在內(nèi)的各種形式結(jié)構(gòu)的充磁座和線圈。本實(shí)施方式可使放入外部磁場(chǎng)線圈3中的永磁體得以充磁。主開關(guān)K1在K2閉合后可以斷開也可以繼續(xù)保持接通狀態(tài)，完全視工作性質(zhì)的需要確定。
具體實(shí)施方式
二下面結(jié)合圖2具體說明本實(shí)施方式。它由直流電流源1、互感線圈2、主開關(guān)K1、短路開關(guān)K2和電容器13組成，互感線圈2是由初級(jí)線圈2-1和次級(jí)線圈2-2繞制在一起而成的空心互感線圈，直流電流源1的一個(gè)輸出端連接主開關(guān)K1的一端，主開關(guān)K1的另一端連接初級(jí)線圈2-1的一端和短路開關(guān)K2的一端，短路開關(guān)K2的另一端連接直流電流源的另一端和初級(jí)線圈2-1的另一端，次級(jí)線圈2-2的首末端分別連接電容器13的兩端。開關(guān)K2優(yōu)選為如晶閘管可控硅等無觸點(diǎn)電子開關(guān)，該開關(guān)觸發(fā)放電結(jié)束后可自行關(guān)斷。本實(shí)施方式中的直流電流源1的特性應(yīng)具有較大的內(nèi)阻，由于其內(nèi)阻較大，當(dāng)可控硅無觸點(diǎn)電子開關(guān)關(guān)斷后不因電源回路的等效電阻小而影響次級(jí)回路的自由衰減振蕩。由于電容器13的存在使得次級(jí)回路在K2觸發(fā)接通后產(chǎn)生一個(gè)自由衰減振蕩，并在互感線圈2中形成自由衰減振蕩磁場(chǎng)，利用該自由衰減振蕩磁場(chǎng)可使放入互感線圈2中的永磁體及需退磁的工件材料得以理想退磁。本實(shí)施方式中優(yōu)選的可控硅無觸點(diǎn)電子開關(guān)可以在放電結(jié)束后迅速關(guān)斷，從而不會(huì)由于初級(jí)放電回路的閉合通過互感影響到次級(jí)回路的自由衰減振蕩，從而使效果達(dá)到最佳。同樣的，主開關(guān)K1在K2接通后可以斷開也可以繼續(xù)保持接通狀態(tài)，完全視工作性質(zhì)的需要確定。
具體實(shí)施方式
三下面結(jié)合圖3具體說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是它還包括導(dǎo)磁芯2-3，導(dǎo)磁芯2-3設(shè)置在初級(jí)線圈2-1和次級(jí)線圈2-2的中心；其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。導(dǎo)磁芯2-3選擇的是鐵芯或是其它軟磁材料導(dǎo)磁體。導(dǎo)磁芯2-3結(jié)構(gòu)可以是閉合的或有間隙的形式，如此設(shè)置可減少漏磁損失。
具體實(shí)施方式
四下面結(jié)合圖4具體說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與實(shí)施方式二的不同之處是它還包括外部磁場(chǎng)線圈3，外部磁場(chǎng)線圈3并聯(lián)在電容器13的兩端；本實(shí)施方式可使放入外部磁場(chǎng)線圈3中的永磁體以及需退磁的工件材料得以理想退磁。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
二相同。
具體實(shí)施方式
五下面結(jié)合圖5具體說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四的不同點(diǎn)是它還包括導(dǎo)磁芯2-3，導(dǎo)磁芯2-3設(shè)置在初級(jí)線圈2-1和次級(jí)線圈2-2的中心；導(dǎo)磁芯2-3結(jié)構(gòu)可以是閉合的或有間隙的形式，其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
四相同。
具體實(shí)施方式
六下面結(jié)合圖6具體說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
二的不同之處是它還包括外部磁場(chǎng)線圈3，外部磁場(chǎng)線圈3的一端連接次級(jí)線圈2-2的一端，外部磁場(chǎng)線圈3的另一端連接電容器13的一端，電容器13的另一端連接次級(jí)線圈2-2的另一端；其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
二相同。本實(shí)施方式中，電容器13與次級(jí)線圈2-2、外部磁場(chǎng)線圈3構(gòu)成一個(gè)自由衰減振蕩電路，通過外部磁場(chǎng)線圈4給磁體退磁。
具體實(shí)施方式
七下面結(jié)合圖7具體說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六的不同點(diǎn)是它還包括導(dǎo)磁芯2-3，導(dǎo)磁芯2-3設(shè)置在初級(jí)線圈2-1和次級(jí)線圈2-2的中心；導(dǎo)磁芯2-3結(jié)構(gòu)可以是閉合的或有間隙的形式，其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
六相同。
權(quán)利要求1.大電感儲(chǔ)能及能量釋放電路，它包含直流電流源(1)，其特征在于它還包含互感線圈(2)、主開關(guān)(K1)、短路開關(guān)(K2)和外部磁場(chǎng)線圈(3)，互感線圈(2)由初級(jí)線圈(2-1)和次級(jí)線圈(2-2)繞制在一起而成，直流電流源(1)的一個(gè)輸出端連接主開關(guān)(K1)的一端，主開關(guān)(K1)的另一端連接初級(jí)線圈(2-1)的一端和短路開關(guān)(K2)的一端，短路開關(guān)(K2)的另一端連接直流電流源的另一端和初級(jí)線圈(2-1)的另一端，次級(jí)線圈(2-2)的首末端分別連接外部磁場(chǎng)線圈(3)的兩端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大電感儲(chǔ)能及能量釋放電路，其特征在于它還包括導(dǎo)磁芯(2-3)，導(dǎo)磁芯(2-3)設(shè)置在初級(jí)線圈(2-1)和次級(jí)線圈(2-2)的中心。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大電感儲(chǔ)能及能量釋放電路，其特征在于短路開關(guān)(K2)是可控硅。
4.大電感儲(chǔ)能及能量釋放電路，它包含直流電流源(1)，其特征在于它還包含互感線圈(2)、主開關(guān)(K1)、短路開關(guān)(K2)和電容器(13)，互感線圈(2)是由初級(jí)線圈(2-1)和次級(jí)線圈(2-2)繞制在一起而成的空心互感線圈，直流電流源(1)的一個(gè)輸出端連接主開關(guān)(K1)的一端，主開關(guān)(K1)的另一端連接初級(jí)線圈(2-1)的一端和短路開關(guān)(K2)的一端，短路開關(guān)(K2)的另一端連接直流電流源的另一端和初級(jí)線圈(2-1)的另一端，次級(jí)線圈(2-2)的首末端分別連接電容器(13)的兩端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大電感儲(chǔ)能及能量釋放電路，其特征在于它還包括外部磁場(chǎng)線圈(3)，外部磁場(chǎng)線圈(3)并聯(lián)在電容器(13)的兩端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大電感儲(chǔ)能及能量釋放電路，其特征在于它還包括導(dǎo)磁芯(2-3)，導(dǎo)磁芯(2-3)設(shè)置在初級(jí)線圈(2-1)和次級(jí)線圈(2-2)的中心。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大電感儲(chǔ)能及能量釋放電路，其特征在于它還包括外部磁場(chǎng)線圈(3)，外部磁場(chǎng)線圈(3)的一端連接次級(jí)線圈(2-2)的一端，外部磁場(chǎng)線圈(3)的另一端連接電容器(13)的一端，電容器(13)的另一端連接次級(jí)線圈(2-2)的另一端。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的大電感儲(chǔ)能及能量釋放電路，其特征在于它還包括導(dǎo)磁芯(2-3)，導(dǎo)磁芯(2-3)設(shè)置在初級(jí)線圈(2-1)和次級(jí)線圈(2-2)的中心。
9.根據(jù)權(quán)利要求4、5、6、7或8所述的大電感儲(chǔ)能及能量釋放電路，其特征在于短路開關(guān)(K2)是可控硅。
專利摘要大電感儲(chǔ)能及能量釋放電路，本實(shí)用新型屬于脈沖大電流技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電感儲(chǔ)能及能量釋放電路。它解決了現(xiàn)有電感儲(chǔ)能裝置能量轉(zhuǎn)換輸出釋放中斷路開關(guān)器件的難題。它包含直流電流源1、互感線圈2、主開關(guān)K1、短路開關(guān)K2和外部磁場(chǎng)線圈3，2由初級(jí)線圈2－1和次級(jí)線圈2－2繞制在一起而成，1的一個(gè)輸出端連接K1的一端，K1的另一端連接2－1的一端和K2的一端，K2的另一端連接1的另一端和2－1的另一端，2－2的首末端分別連接3的兩端。另一種方案是把3替換為電容器。本實(shí)用新型利用互感線圈的初級(jí)作為電感儲(chǔ)能線圈，采用短路方式釋放能量，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易維護(hù)，成本低的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02J15/00GK2829187SQ200520021828
公開日2006年10月18日 申請(qǐng)日期2005年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月26日
發(fā)明者李志平, 李志宏 申請(qǐng)人:李志平