回路工作原理如下: 被控信号即电感的放电电流送给T L 4 9 4 的误差放大器I的IN + 同相输入端( 1脚), 设定输入信号是由T U 9 4 的5 V 基准电压源( 14 脚)经电位器分压后接入T L 4 9 4 的误差放大器I的工N 一反相输入端( 2脚)。 反馈信号和设定信号通过T L 4 9 4 的误差放大器I进行比较放大, 进而控制内部晶体管产生相应的脉冲宽度, 输出一个与脉冲宽度成正比的、 变化范围为o ~V c C 的直流电压, 以控制M o sF E T 的导通或截止, 及时调整被控制量, 使被控制量始终与设定值保持一致, 形成闭环单回路控制, 从而满足试验要求。在具体试验中, 该系统起到了很好的分流控制作用, 当放电电流大的时候, 产生的脉冲宽度大, M O S F E T导通时间长; 当放电电流减小的时候, 脉冲宽度也随之减小, M o S F E T 导通时间变短, 甚至截至, 很好的满足了保持流过负载的电流在一段时间内保持在一定值的要求。图5能量分流控制电路4 . 3仿真分析图6 是储能电感无控制自然放电曲线示意图。 设定电感放电电流为10 A , 可以看出, 在无控制的情况下, 电感在放电瞬间的电压高达30 0 V , 但仅维持时问极短, 仅o . 17s。 在相同条件下, 若对电感放电加以控制, 如图7所示, 放电电压可在相当长的一段时间内保持在一个稳定的值, 可达18 s左右。5能量损耗分析由于整个电路都存在阻抗, 所以电路不可避免的有能量损耗, 假定整个电路电流为5 A , 试验所用电感线圈电感量为27 0 m H , 则电感产生的能量为E —L i2/2—3. 37 5J, 电感自身电阻R L 大小为3 w , 其损耗为P L 一图6 储能电感无控制自然放电曲线示意图R L i2 —7 5w , 保护电阻阻值为O . 1 w , 其损耗为P R —R i2—2. 5 W , 二极管自身有o . 7 V 的压降, 所以P D 一3. 5W , M O S F E T 的漏源导通电阻为10 m W , 其损耗为P M 葛肿一尺隅j2一o. 25 W , 但是由于M O S F E T 分流电流OOO0OO0OO+++++++++FFFK 卜EFE卜∞∞∞∞卯∞∞∞∞3322l●505之簧碰. 7 9 2仪器仪表学报第2 8 卷图7 储能电感有控制自然放电曲线示意图小于5 A , 且不是一直处于导通状态, 所以其损耗是小于0 . 25W 的。 试验所采用负载为发光二极管, 发光二极管工作电流仅为几个毫安, 由于T M 9 4 的2脚的设定输入信号为2 V , 所以负载上电压维持在2 V 左右, 发光二极管的损耗仅为毫瓦级, 限流电阻大小为1. 5 K , 其损耗为P 一22/1. 5K Q 一2 . 7m w , 整个电路损耗大约为8 2 Q w 。由上述分析可看出, 整个电路最大的能量损耗来自电感线圈自身, 占到整个电路损耗的9 2%左右, 其次是二极管自身压降的能星损耗和保护电阻的损耗, 占总损耗的7 . 3%, 也就是说, 仅有不到1%的能量加到负载上, 大部分的能量都被电感线圈自身内阻所消耗了。6 引入超导线圈的意义由于大部分的能量是被电感线圈自身内阻所消耗的, 若能减小电感内阻, 则能量的利用率将提高, 所以引入超导线圈的优势是十分明显的。 用超导线圈储能有以下优点‘1‘2|:( 1)在超导闭合回路中没有直流电阻, 电流能长期无损耗地保存下来;( 2)储能密度高可达到( 10 7 ~10 8 )J/m 3;( 3)如果允许较长时间充电的话, 可以使用小型低电压电源充电;( 4 )因为电流是储存在超导线圈内的, 因而只有急速放电时, 才会出现高压。