脉冲电抗器之国外脉冲功率源研究的四方面

      脉冲功率源技术作为一个高新技术，其应用前景受到各国科技人员的关注。目前，国外对脉冲功率源的研究主要集中在以下四方面：
 
      1、脉冲能源系统
      脉冲能源系统是电磁发射系统的关键部分，其特点是输出功率大，工作电压高，输出脉冲电流大。随着储能器件储能密度的提高，高储能脉冲功率源在体积、重量方面已基本满足武器系统发展的需要。从目前的研究进展来看，研究的重点主要集中在电容器储能脉冲电源、单极发电机和补偿交流脉冲发电机等方面。在电容储能脉冲功率源的研究中，由于材料和器件的发展，脉冲电容器的储能密度得到进一步提高，目前美国Maxwell公司的大功率脉冲电容器的储能密度已达3．0MJ／m’，使用寿命达10000次15J。

      英国研究的单级发电机，储能达到6．7MJ，改进目标为25MJ。美国CEM．UT的单极发电机，可储能6．2MJ。西屋电气公司在已有的15MJ单极发电机的基础上，正在研制储能55MJ，用以发射动能为2．64MJ(3009，4．2km／s)弹丸的单极发电机。

      美国德克斯大学机电中心研制的补偿脉冲发电机，脉冲输出功率13．3MW，脉冲输出能量8．5MJ，能以每秒60发的射频为电炮持续供电171。各种不同储能设备脉冲功率电源有其不同的特点，电容器储能虽然功率放大倍数大，但储能密度低：电感储能虽储能密度大，且如用超导磁体储能(其制动电阻为零)，可大大降低输入级的输入功率，如果磁体的耐压水平高，其功率放大倍数可达电容器储能的水平，但功率输出难于控制；机械储能虽功率放大倍数相对小，但储能密度高，易于进行功率输出调节，是聚变研究最常用和最理想的脉冲功率电源系统。

      2、脉冲功率开关技术
      开关元件在脉冲功率系统中占有特殊的地位，这是因为开关元件的参数和特性对脉冲的上升时间、幅值等会产生最直接、最敏感的影响。一个脉冲功率系统即使各个组成部分都具有良好的性能，而唯独开关元件的性能欠佳，最终还是不能获得符合要求的输出脉冲。另外，开关在高电压、大电流下工作，工作条件十分恶劣，开关中的击穿现象和开关电极上的放电物理过程十分复杂。因此，研制具有开关电极材料在击穿时延时短而分散性小；电感和制动电阻小；电极烧损少以及能在重复脉冲下稳定工作等特点的各种类型开关元件是脉冲功率技术中又一倍受重视的研究课题⋯。

      美国空军武器科学家认为，目前大功率开关技术包括以下四个方面：一是短脉冲技术；二是同步技术；三是高重复率技术；四是长寿命。其中，难点在于大功率、长寿命和高重复率的开关技术[Ill。要解决好这些问题，应该研究开关击穿过程、电极损耗过程及开关电压的恢复过程等物理现象，而基础则是等离子体物理、材料学和流体动力学等方面的理论。

      在开关技术的研究中，为了解决开关重复率和使用寿命，还研发出一种新的开关技术，即磁开关，其效率与脉冲能量无关，不产生噪声，重复率预计可达10兆赫级。美国等国家已经将其用于感应加速器和磁脉冲压缩器方面，但从其结构及原理来看，这类开关由于受到以下几项关键技术的制约：一是铁芯材料的磁特性和物理性能；二是线圈绕组间的绝缘；三是与上升时间有关的铁芯级数和形状㈣。因此，短期内难以在电熟化学炮系统中得到应用。

      3、小型化脉冲成形网络模块技术
      脉冲成形网络是高功率脉冲电源的核心。体积小、重量轻、功率可调的脉冲能源系统是基础条件川。近年来，许多学者在能源系统小型化和提高电源效率技术措施等方面作了深入研究，在大功率固体开关技术，新型大功率传输电缆和新型电化学化合物电池等方面取得了很大的进展。

       4、脉冲电抗器技术
       在以电容器为储能器件的能源系统中，电抗器作为中间储能元件，用于控制脉冲电流的大小，要求其磁场集中、高能量密度、低内阻。国外对大功率电抗器的结构设计和电磁屏蔽技术方面的研究工作包括：减小电抗器能量损耗，提高功率密度，改进屏蔽技术减小电抗器对外界的干扰，高压绝缘技术和强电磁力环境下的电抗器设计。其中，强电磁力环境下的电抗器设计包括引出电极方式和导体变截面处的电动力问题。

      此外，与之相关的其它技术如专门为脉冲电源充电使用的发电机，用于脉冲电源系统的大功率晶体管等技术都在发展之中。国内脉冲功率源研究工作自开展以来，进步很快，并取得了一些成果。