关于脉冲功率电源的介绍

关于脉冲功率电源的介绍

在全球化的发展环境下，各国为了提高自身的综合竞争力，均十分关注科学技术的应用。脉冲功率技术作为重要的技术之一，该技术的发展始于20世纪60年代，在多个领域均有着较为广泛的应用，其中在国防领域扮演着重要的角色。文章主要研究了脉冲功率电源的概况，并分析了其发展的技术阻碍，为了实现其快速的发展，要对其中存在的问题进行有效处理，在此基础上，脉冲功率技术的发展才能够更加稳定，同时，我国的国防竞争力也将不断增强。

标签：脉冲功率电源；电容器组；发电机系统；电池组；技术阻碍

当前，电源的相关问题得到了广泛的关注，其中最敏感的为小型化电源问题。在科学技术的支持下，电源的小型化得到了快速的发展，此类电源的应用是广泛的，其作用日益显著。但小型化电源的发展也存在不足，为了促进其发展，需要对先进的技术进行积极的、全面的运用。在此背景下，文章研究了脉冲功率电源，该电源是借助不同方式进行提供的，具体的方式有电容器组、发电机系统、电感储能系统与蓄电池组等。脉冲功率电源的应用满足了国防武器系统的电能需求，为我国国防工作的开展奠定了坚持的基础。

1 脉冲功率电源的概况

1.1 电容器组

目前，在工业、军事等领域对电容器的应用具有一定的普遍性，其中在电磁炮中的应用取得了良好的效果。随着电磁炮的快速发展，对电容器组的要求不断提高，在脉冲形状控制方面，利用了闭合开关；在能量存储密度方面，利用了新的介电材料，在此基础上，电容器组得到了进一步的发展，进而适应了实际应用的需求[1]。

对于脉冲功率电源而言，作为电源的电容器组存在一定的不足，主要为偏低的转化效率，同时，其充电状态未能保持长期性。为了有效解决此问题，需要借助高功率的大型充电设备，以此保证充电的快速与便捷，与此同时，工作电压也将得到控制。在此基础上，电容器组拥有较大的体积，但在军事领域对于武器系统的体积有着严格的要求。因此，在轨道炮系统中，电容器组的应用缺少针对性与时效性，此时的电源未能适应军事发展的需要。

在对电容器组展开设计过程中，要关注其热量的控制。对于电容器的介电材料而言，通常情况，均属于电绝缘体与热绝缘体。在炮弹发射时，电容器内部的热量将不断升高，为了保证电容器组的安全性，要对其给予高度的重视[2]。

1.2 发电机系统

关于电磁炮发电机的研究，其应用的类型较多，主要有单极脉冲发电机、补

偿型脉冲交流发电机和高温超导体发电机。

单极脉冲发电机产生电流的原理为：将超导体线圈浸泡在液氮中，在超导的作用下，将出现高强励磁磁场，并且借助转子的旋转促进了电流的出现。此时的转子可以为铜圆盘。电流的输出可以借助液体金属钠实现，其引出的路径为圆盘中心或者周围，此时发电机的输出电流为105A，再利用高速的机械或电磁制动，使转子在短时间内刹车，在此基础上，便实现了直流脉冲电流的获取。但此时的电流未能满足坦克车载电源的要求。

补偿型脉冲交流脉冲发电机也可以称之为CPA，它的研究与应用弥补了单机脉冲发电机的不足，作为同步发电机，它保证了短回路电流的高效输出。通过持续的研究，CPA的存储密度满足了电磁炮电源的需求[3]。

超导体发电机的出现，使发电机系统实现了革新，它作为大功率发电机系统，拥有良好的能量存储系统，作为同步发电机，对其设计主要体现在以下两方面：一方面，超导体材料作为转子线圈，而定子则选用普通的材料。此设计的优点为偏低的交流损耗与较高的效率，但缺点为受技术的制约，制冷设备在与定子保持隔离时，与转子的连接缺少合理性。另一方面，转子与定子均使用超导体材料，此时要求运行过程中，要全部制冷。此设计的优点为便捷的制冷，但缺点为交流损耗相对较大。

超导体发电机与传统的发电机相比，前者的优势是显著的，它的重量较轻、机械效率较高、成本偏低，同时污染相对较少。在超导体发电机中，其应用的超导体材料主要为铋锶铜氧（BSCCO）陶瓷与钇钡铜氧材丰葺（YBCO），两种材料相比，后者的交流损耗相对较低，同时其抗磁性能与抗应变能力等均相对较高。在此类发电机不断发展过程中，低温制冷技术为其发展奠定了坚实的技术基础，如：YBCO导体中的机械制冷设备，此设备不仅体积小，其制冷效果十分明显。

1.3 电感储能系统

该系统的优点较为显著，主要为较高的能量密度、较长的使用时间与较低的成本，同时，它具有较高的安全性与可靠性。在实际应用过程中，该系统最凸显的优势为较快的充电速度，基本在5s内便可以结束充电。当前，在轨道炮系统中对中型电感储能系统进行了应用，但此时的应用仍处于实验阶段，主要是由于电感储能技术具有滞后性，未能满足实际应用的需求。该系统的缺点体现在以下两方面，一方面为高功率电池的商业化水平偏低，另一方面为高电流开关未能实现重复使用，并且未能达到小型化的要求[4]。

1.4 蓄电池组

在电磁炮的能量存储系统中对蓄电池组进行了应用，此时的电池为高能密度锂离子电池，它的使用具有一定的安全性与高效性。高能密度锂离子电池能够提供100kJ的能量，此时其重量为5kg，与此同时，在2s内，其电流为2kA，因此，其储能系统满足了电磁炮的要求。

2 脉冲功率电源发展的技术阻碍

现阶段，电源的发展有着较快的速度，它为国防提供了可靠的电能，但与发达国家相比，我国的小型化电源发展水平偏低，未能适应高机动作战使用的需求，此时的电源技术影响着电磁炮作用的发挥。电磁炮对于电源技术有着较高的要求，不仅要保持小型化，还要具备轻质的特点。在未来战场上，高机动作战过程中，电磁炮的作用是显著的，主要是由于它具有较大的威力、较远的射程与丰富的功能。因此，为了促进电磁炮作用的发挥，要进一步研究小型化电源，使其发展水平不断提高，进而满足军事应用的需要。

当前，脉冲功率电源发展受到了技术的制约，它与电磁炮的实际需求存在一定的差距。为了有效解决小型化电源的问题，对其技术要进行深入的研究，同时要采取具有针对性的措施，具体的改进方法如下：对新型的储能材料进行应用，并且要提高储能密度，同时还要不断丰富新型储能方法，最后对发射装置所需能量进行改进[5]。

3 结束语

综上所述，在世界范围内，各个国家均十分注重国防竞争力水平的提升，但国力的提高受诸多因素的影响，其中最为关键的便是科学技术的发展水平，在高科技的支持下，国家才能够获得良好的发展，其经济发展力、国防战斗力等也均将获得大幅度的提高。文章主要阐述脉冲功率技术电源，它作为小型化的电源，为国防的发展提供了可靠的电源。相信，在小型化电源相关技术的持续发展下，我国的国力将不断增强，进而社会经济的发展也将更加稳定。

参考文献

[1]曹荣刚，邹军，袁建生.脉冲功率电源辐射电磁场测量与分析[J].强激光与粒子束，2009，9：1426-1430.

[2]汪金山.正弦激励下的脉冲功率电源的研究[J].黄冈职业技术学院学报，2014，4：44-46.

[3]王晓明，邹勇，孙兆冲，等.一种电容式调压脉冲功率电源设计和工作分析[J].高电压技术，2012，6：25-29.

[4]曹荣刚，李军.脉冲功率电源辐射电磁场屏蔽测量与分析[J].高电压技术，2014，4：1159-1164.

[5]崔东明，董建年，黄新华.一种用于高功率脉冲电源的闭合开关[J].南京理工大学学报，2013，4：33-36.