大電感儲能及能量釋放電路的製作方法

2023-10-05 18:47:59

專利名稱：大電感儲能及能量釋放電路的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於脈衝大電流技術領域，具體涉及一種電感儲能及能量釋放電路。
背景技術：
脈衝大電流技術用於電磁成型裝置、放電成形裝置、脈衝強磁場發生裝置(如充退磁電源設備)、以及核聚變研究設備等場合。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到能量存儲系統中，然後讓它瞬間釋放出來，從而得到脈衝大電流。用於這種目的的能量存儲方法主要有靜電能量存儲和電磁能量存儲，其中靜電能量存儲是利用電容器存儲能量，電磁能量存儲是利用電感存儲能量。目前普遍使用的充退磁設備中，絕大部分採用電容儲能方式。電容器的儲能存在能量密度低、能量利用率差、裝置體積大和造價高的缺點。電感儲能具有儲能密度高、儲能量大、單位儲能造價低和使用壽命長等優點，儲能電源的體積小，製造成本比電容儲能電源低得多。但由於電感儲能方式中能量轉換釋放輸出器件的限制，目前應用效果不理想。一個典型的電感儲能及能量釋放原理電路如圖8所示，其動作原理如下開關K閉合，在流經儲能電感L1的電流達到預定值時，將開關K打開，由於維持磁通的關係，負載電感L2中產生急劇上升的電流，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，斷路開關器件K將承受極高的電壓，往往產生電弧，大部分能量轉換焦耳熱，既造成能量的浪費，又容易損傷斷路開關器件K。對於大能量的電感儲能釋放裝置，往往採用熔斷絲作為斷開開關，典型的有大電流熔斷型和爆炸斷開型，雖然結構簡單，價格便宜，但熔斷絲一旦熔斷後就不能再利用，每動作一次就必須換一次，不適合用於高重複動作的場合，而且熔斷絲熔斷時會消耗大部分能量，儲能轉換效率低。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種大電感儲能及能量釋放電路，以克服現有的電感儲能方式輸出、釋放能量時，斷路開關器件K承受極高的電壓以及往往產生電弧的缺陷。它包含直流電流源，它還包含互感線圈、主開關、短路開關和外部磁場線圈，互感線圈由初級線圈和次級線圈繞制在一起而成，直流電流源的一個輸出端連接主開關的一端，主開關的另一端連接初級線圈的一端和短路開關的一端，短路開關的另一端連接直流電流源的另一端和初級線圈的另一端，次級線圈的首末端分別連接作為負載的外部磁場線圈的兩端。本實用新型工作時主開關閉合，直流電流源向初級線圈充電，電流逐漸上升，完成了能量的儲存過程。當電流達到給定值後，短路開關閉合，流經初級線圈中的穩態電流由於短路開關的突然閉合而迅速按指數規律減小，產生變化的磁場，該變化的磁場在互感線圈的次級線圈中感生脈衝電流輸出給作為負載的外部磁場線圈，在外部磁場線圈中產生脈衝強磁場，從而完成能量的輸出、釋放。由於在短路開關閉合的過程中不會在兩端產生高電壓和電弧，儲能釋放轉換效率高，不會浪費能源，也不會造成電路器件的損傷。本實用新型利用互感線圈的初級作為電感儲能線圈，採用短路方式釋放能量，初級線圈由於突然短路形成的磁場變化在互感線圈的次級感生高壓脈衝輸出。本實用新型解決了現有電感儲能裝置能量轉換輸出釋放中斷路開關器件的難題。它具有結構簡單、工作可靠的優點，具有較大的推廣應用價值。該裝置可作為脈衝強磁場發生裝置、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能和能量釋放裝置等用途。
本實用新型還提供了另一種大電感儲能及能量釋放電路，可產生自由衰減振蕩。它包含直流電流源，它還包含互感線圈、主開關、短路開關和電容器，互感線圈由初級線圈和次級線圈繞制在一起而成的空心互感線圈，直流電流源的一個輸出端連接主開關的一端，主開關的另一端連接初級線圈的一端和短路開關的一端，短路開關的另一端連接直流電流源的另一端和初級線圈的另一端，次級線圈的首末端分別連接電容器的兩端。次級線圈與電容器構成一個自由衰減振蕩電路，能給放置在次級線圈中的磁體退磁。除具有第一種方案的優點外，它利用電感儲能及能量釋放原理製作的退磁裝置取代了電容儲能式退磁裝置，具有結構簡單，易維護，成本低的特點。


圖1是本實用新型實施方式一的結構示意圖，圖2是實施方式二的結構示意圖，圖3是實施方式三的結構示意圖，圖4是實施方式四的結構示意圖，圖5是實施方式五的結構示意圖，圖6是是實施方式六的結構示意圖，圖7是實施方式七的結構示意圖，圖8是現有技術電感儲能裝置採用斷路方式轉換、釋放能量的原理示意圖。
具體實施方式
具體實施方式
一下面結合圖1具體說明本實施方式。它由直流電流源1、互感線圈2、主開關K1、短路開關K2和外部磁場線圈3組成，互感線圈2由初級線圈2-1和次級線圈2-2繞制在一起而成，直流電流源1的一個輸出端連接主開關K1的一端，主開關K1的另一端連接初級線圈2-1的一端和短路開關K2的一端，短路開關K2的另一端連接直流電流源的另一端和初級線圈2-1的另一端，次級線圈2-2的首末端分別連接外部磁場線圈3的兩端。作為負載的外部磁場線圈3可以是螺線管或是包括多極充磁座在內的各種形式結構的充磁座和線圈。本實施方式可使放入外部磁場線圈3中的永磁體得以充磁。主開關K1在K2閉合後可以斷開也可以繼續保持接通狀態，完全視工作性質的需要確定。
具體實施方式
二下面結合圖2具體說明本實施方式。它由直流電流源1、互感線圈2、主開關K1、短路開關K2和電容器13組成，互感線圈2是由初級線圈2-1和次級線圈2-2繞制在一起而成的空心互感線圈，直流電流源1的一個輸出端連接主開關K1的一端，主開關K1的另一端連接初級線圈2-1的一端和短路開關K2的一端，短路開關K2的另一端連接直流電流源的另一端和初級線圈2-1的另一端，次級線圈2-2的首末端分別連接電容器13的兩端。開關K2優選為如晶閘管可控矽等無觸點電子開關，該開關觸發放電結束後可自行關斷。本實施方式中的直流電流源1的特性應具有較大的內阻，由於其內阻較大，當可控矽無觸點電子開關關斷後不因電源迴路的等效電阻小而影響次級迴路的自由衰減振蕩。由於電容器13的存在使得次級迴路在K2觸發接通後產生一個自由衰減振蕩，並在互感線圈2中形成自由衰減振蕩磁場，利用該自由衰減振蕩磁場可使放入互感線圈2中的永磁體及需退磁的工件材料得以理想退磁。本實施方式中優選的可控矽無觸點電子開關可以在放電結束後迅速關斷，從而不會由於初級放電迴路的閉合通過互感影響到次級迴路的自由衰減振蕩，從而使效果達到最佳。同樣的，主開關K1在K2接通後可以斷開也可以繼續保持接通狀態，完全視工作性質的需要確定。
具體實施方式
三下面結合圖3具體說明本實施方式。本實施方式與實施方式一的不同點是它還包括導磁芯2-3，導磁芯2-3設置在初級線圈2-1和次級線圈2-2的中心；其它組成和連接關係與具體實施方式
一相同。導磁芯2-3選擇的是鐵芯或是其它軟磁材料導磁體。導磁芯2-3結構可以是閉合的或有間隙的形式，如此設置可減少漏磁損失。
具體實施方式
四下面結合圖4具體說明本實施方式。本實施方式與實施方式二的不同之處是它還包括外部磁場線圈3，外部磁場線圈3並聯在電容器13的兩端；本實施方式可使放入外部磁場線圈3中的永磁體以及需退磁的工件材料得以理想退磁。其它組成和連接關係與具體實施方式
二相同。
具體實施方式
五下面結合圖5具體說明本實施方式。本實施方式與具體實施方式
四的不同點是它還包括導磁芯2-3，導磁芯2-3設置在初級線圈2-1和次級線圈2-2的中心；導磁芯2-3結構可以是閉合的或有間隙的形式，其它組成和連接關係與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
六下面結合圖6具體說明本實施方式。本實施方式與具體實施方式
二的不同之處是它還包括外部磁場線圈3，外部磁場線圈3的一端連接次級線圈2-2的一端，外部磁場線圈3的另一端連接電容器13的一端，電容器13的另一端連接次級線圈2-2的另一端；其它組成和連接關係與具體實施方式
二相同。本實施方式中，電容器13與次級線圈2-2、外部磁場線圈3構成一個自由衰減振蕩電路，通過外部磁場線圈4給磁體退磁。
具體實施方式
七下面結合圖7具體說明本實施方式。本實施方式與具體實施方式
六的不同點是它還包括導磁芯2-3，導磁芯2-3設置在初級線圈2-1和次級線圈2-2的中心；導磁芯2-3結構可以是閉合的或有間隙的形式，其它組成和連接關係與具體實施方式
六相同。
權利要求1.大電感儲能及能量釋放電路，它包含直流電流源(1)，其特徵在於它還包含互感線圈(2)、主開關(K1)、短路開關(K2)和外部磁場線圈(3)，互感線圈(2)由初級線圈(2-1)和次級線圈(2-2)繞制在一起而成，直流電流源(1)的一個輸出端連接主開關(K1)的一端，主開關(K1)的另一端連接初級線圈(2-1)的一端和短路開關(K2)的一端，短路開關(K2)的另一端連接直流電流源的另一端和初級線圈(2-1)的另一端，次級線圈(2-2)的首末端分別連接外部磁場線圈(3)的兩端。
2.根據權利要求1所述的大電感儲能及能量釋放電路，其特徵在於它還包括導磁芯(2-3)，導磁芯(2-3)設置在初級線圈(2-1)和次級線圈(2-2)的中心。
3.根據權利要求1或2所述的大電感儲能及能量釋放電路，其特徵在於短路開關(K2)是可控矽。
4.大電感儲能及能量釋放電路，它包含直流電流源(1)，其特徵在於它還包含互感線圈(2)、主開關(K1)、短路開關(K2)和電容器(13)，互感線圈(2)是由初級線圈(2-1)和次級線圈(2-2)繞制在一起而成的空心互感線圈，直流電流源(1)的一個輸出端連接主開關(K1)的一端，主開關(K1)的另一端連接初級線圈(2-1)的一端和短路開關(K2)的一端，短路開關(K2)的另一端連接直流電流源的另一端和初級線圈(2-1)的另一端，次級線圈(2-2)的首末端分別連接電容器(13)的兩端。
5.根據權利要求4所述的大電感儲能及能量釋放電路，其特徵在於它還包括外部磁場線圈(3)，外部磁場線圈(3)並聯在電容器(13)的兩端。
6.根據權利要求5所述的大電感儲能及能量釋放電路，其特徵在於它還包括導磁芯(2-3)，導磁芯(2-3)設置在初級線圈(2-1)和次級線圈(2-2)的中心。
7.根據權利要求4所述的大電感儲能及能量釋放電路，其特徵在於它還包括外部磁場線圈(3)，外部磁場線圈(3)的一端連接次級線圈(2-2)的一端，外部磁場線圈(3)的另一端連接電容器(13)的一端，電容器(13)的另一端連接次級線圈(2-2)的另一端。
8.根據權利要求7所述的大電感儲能及能量釋放電路，其特徵在於它還包括導磁芯(2-3)，導磁芯(2-3)設置在初級線圈(2-1)和次級線圈(2-2)的中心。
9.根據權利要求4、5、6、7或8所述的大電感儲能及能量釋放電路，其特徵在於短路開關(K2)是可控矽。
專利摘要大電感儲能及能量釋放電路，本實用新型屬於脈衝大電流技術領域，具體涉及一種電感儲能及能量釋放電路。它解決了現有電感儲能裝置能量轉換輸出釋放中斷路開關器件的難題。它包含直流電流源1、互感線圈2、主開關K1、短路開關K2和外部磁場線圈3，2由初級線圈2－1和次級線圈2－2繞制在一起而成，1的一個輸出端連接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。本實用新型利用互感線圈的初級作為電感儲能線圈，採用短路方式釋放能量，具有結構簡單，易維護，成本低的特點。
文檔編號H02J15/00GK2829187SQ200520021828
公開日2006年10月18日 申請日期2005年10月26日 優先權日2005年10月26日
發明者李志平, 李志宏 申請人:李志平