隨著脈沖功率技術(shù)在日常生產(chǎn)生活中的日益普及，其能量儲存技術(shù)亦受到越來越多的重視。下面本文主要根據(jù)現(xiàn)今脈沖功率技術(shù)中主要的電容儲能、電感儲能、化學(xué)儲能、機械儲能等儲能方式，介紹其相關(guān)特點及應(yīng)用原理。

一電容儲能

　　電容儲能是被研究最早的一種儲能方式，也是目前應(yīng)用最廣的儲能方式。其技術(shù)成熟，可用于毫秒、微妙、納秒量級的脈沖功率裝置中。作為儲能器件，具有容量大、內(nèi)部電感極小、耐壓高的特性，儲能達數(shù)千焦耳至數(shù)兆焦耳，缺點是儲能密度低，在10^7J以上的裝置上使用不夠經(jīng)濟。模塊化電容儲能脈沖功率源系統(tǒng)主要由三個部分組成：

　　● 電容充電裝置；

　　● 脈沖成形網(wǎng)絡(luò)模塊；

　　● 測控系統(tǒng)。

　　電容儲能脈沖功率源工作原理可以下圖來說明

圖示1：單模塊脈沖功率電源電路

　　電容儲能式功率脈沖電路包括高壓充電電源U、儲能電容C、阻尼二極管D1、主開關(guān)K1、調(diào)波電感L和負載R幾部分。開關(guān)采用真空觸發(fā)開關(guān)，應(yīng)具有極高的di/dt性能。調(diào)波電感用來調(diào)整負載電流的幅度和脈寬。阻尼二極管的作用是防止反向電壓對電容反向充電，避免損壞電容器。負載R包括軌道阻抗和電樞阻抗。假設(shè)開關(guān)是理想的，當開關(guān)K2閉合時，電容向負載放電，同時向電感充電，此階段為電流上升階段，二極管D1，反偏截止；當電流上升到最大值時，二極管D1正偏導(dǎo)通，阻止電流對電容反向充電，此時電感中積蓄的能量經(jīng)二極管DI、D2繼續(xù)向負載供應(yīng)，此階段為電流下降階段。整個過程可用如下函數(shù)來表示

……1

　　式1中：

　　由電路理論可知，當負載電阻很小時，有：

；……2

　　式2中，I0為電流最大值；T為電流脈沖底寬。放電電流曲線見下圖3。t＜t0負載電流呈正弦變化；t≥t0負載電流呈指數(shù)變化。

圖2：放電電流曲線

二電感儲能

　　相比電容儲能，電感儲能的儲能密度高,系統(tǒng)體積小、重量輕、造價降低，因此應(yīng)用電感儲能有潛力得到更高的能量利用率和脈沖功率，并且電感儲能系統(tǒng)的絕緣問題相對容易解決。目前被廣泛應(yīng)用于等離子體物理、強激光、電磁輻射等研究領(lǐng)域。

　　電感儲能可有如下原理圖說明：

圖3：電感儲能原理圖

　　一般的電感儲能脈沖電源，包含儲能電感器L、給L充電的初級電源P和斷路開關(guān)OS組成（如上圖所示），有時還需在負載ZL和L間串接閉合開關(guān)cs。當L被充電后斷開os時，能產(chǎn)生一個較高的感應(yīng)電壓L（di/dt）。在這種裝置中?？蓛δ?0~100MJ，借助os可把能量脈沖“壓縮”到充電時間的1/5—1/10或更小，能把脈沖功率放大到10^14—10^15W。其中初級電源P常為marx發(fā)生器、蓄電池等。

三化學(xué)儲能

　　化學(xué)儲能實際上就是利用儲能材料相接觸時發(fā)生化學(xué)反應(yīng),而通過熱能與化學(xué)能的轉(zhuǎn)換儲存能量儲存起來。它具有很高的儲能密度（例如ＴＮＴ炸藥儲能密度為5.25*10^3J/cm3。并且它們又能快速脈沖地釋放和轉(zhuǎn)換成電脈沖，所以現(xiàn)代脈沖功率技術(shù)常采用化學(xué)能的脈沖發(fā)電裝置，除高儲能密度的電化學(xué)電源（如蓄電池）外，常用的還有各種形式的磁通壓縮發(fā)生器（發(fā)電機）、脈沖磁流體發(fā)電機和磁流體電容器等。

　　蓄電池作為一種化學(xué)儲能裝置，其原理是使用時先充電，將電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能存儲起來，工作時，將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能對負載釋放電能。這個過程可以重復(fù)多次。在脈沖功率裝置中使用的蓄電池分為兩大類：秒級放電的普通型和毫秒級放電的脈沖型。

　　暴磁壓縮發(fā)生器是利用磁通φ在良導(dǎo)體回路內(nèi)守恒原理即電感 L 與電流i之間的關(guān)系φ＝Li，通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的機械力做功，壓縮回路磁通和減少電感 L，則使i增大（因φ守恒）。即將炸藥所含的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電磁能，原理及其典型電路如下圖所示：

圖4：化學(xué)儲能原理圖

四機械儲能

　　機械儲能裝置最常見的是脈沖發(fā)電機和單機發(fā)電機，并且多是先用透平機或電動機把大質(zhì)量飛輪驅(qū)動起來旋轉(zhuǎn)到高速度，使飛輪慣性地儲存動能，然后突然轉(zhuǎn)接到脈沖發(fā)電機的轉(zhuǎn)子軸上，使其產(chǎn)生電脈沖輸出，同時飛輪因釋能而被減速或停轉(zhuǎn)。

　　飛輪的結(jié)構(gòu)如下圖所示，主要包括5個基本組成部分：

　　1)采用高強度玻璃纖維(或碳纖維)復(fù)合材料的飛輪本體；

　　2)懸浮飛輪的電磁軸承及機械保護軸承；

　　3)電動/發(fā)電互逆式電機；

　　4)電機控制與電力轉(zhuǎn)換器；

　　5)高真空及安全保護罩。

圖5：飛輪系統(tǒng)組成圖

　　飛輪儲能系統(tǒng)的工作原理為：系統(tǒng)儲能時，電機作為電動機運行，由電網(wǎng)提供電能經(jīng)功率電子變換器驅(qū)動電機加速，電機拖動飛輪加速儲能，能量以動能形式儲存在高速旋轉(zhuǎn)的飛輪中；當飛輪達到設(shè)定的最大轉(zhuǎn)速以后，系統(tǒng)處于能量保持狀態(tài)，直到接收到一個釋放能量的控制信號，系統(tǒng)釋放能量，高速旋轉(zhuǎn)的飛輪利用其慣性作用拖動電機減速發(fā)電，經(jīng)功率變換器輸出適用于負載要求的電能，從而完成動能到電能的轉(zhuǎn)換。由此，整個飛輪儲能系統(tǒng)實現(xiàn)了電能的輸入、儲存和輸出控制。

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