2电磁储能系统原理电磁线圈通过充电从电网中获取能量, 然后通过放电释放储能, 给定超导线圈电感L , 通过线的电流为工, 则储存能量E 为:F 一必。2在放电时, 假设电磁储能装置在特定时间￡ ; 内为恒功率P 。 放电, 由能量守恒, 可知在任意放电时刻￡ < f , ,线圈巾的能量E ( ￡)为:E ( f )一E 一尸o f( 2)当￡一z; 时, 此时线圈中的电流I, 为:DJ。 一业( 3) 7 9 0仪器仪表学报第2 8 卷口为线圈放电时的电压。 当j< J, , 系统将不能再以恒功率P o 放电, 其放电功率减小的程度取决于放电深度系数A , A 定义为输出能量E 与存储能量E 跚的比值, 即:A 一鲁一警由方程( 1)和方程( 3)可知在任意放电时刻线圈中( 4 )的电流为:m , = 荔利・一砖“幻2荆卜A 寺方程( 2)和方程( 4 )可得任意时刻f 线圈中的能量为:( 5)∞)由此可知, 线圈电流取决于A 和线圈运行电压口, 由鼬, 一E 一导t= 挚( , 一磅)㈣3功率电感储能控制释放设计方案的提出由于电感是储能元件, 其能量的释放若不加控制将呈指数衰减, 并不能有效的得到利用。 本文提出了一种对电感能量的释放过程进行控制的方法, 从而使电感能量得到较平稳而均匀的释放。 其基本原理框图如图1所示。 根据图1可看出, 整个系统需要2个控制系统, 一个控制开关动作的时序, 一个能量分流控制, 其基本电路原理图如图2所示。 在图2中, 开关K 。 、 K 。 先闭合, K : 断开, 电源给电感充电, 一段时问后, 闭合K z, 再打开K 。 、K 。 , 电感就通过二极管、 电容放电。 若电感电流在释放过程中不加控制, 其能量将呈指数形式迅速衰减, 因此,在放电回路中加入了一个由M o sF E T 构成的分流支路,当电感电流大的时候, 支路分流也大, 当电流小时, 分流也小, 这样就保持流过负载的电流在一段时间内保持在一定值, 使电感能量均匀平稳的在负载上释放。图1基本原理框图t4 系统的实现及仿真4 . 1开关控制系统的实现电感充放电之问的切换要通过开关来控制, 如图3所示, 电感充电时, K l、 K 3闭合, K 2断开, 电感与电源、电阻构成回路。 放电时, K 1、 K 3断开, K 2闭合, 电感与图2基本电路图极电源断开, 电感与二极管、 M - 0 S F E 丁、 电容、 负载构成放电回路。 在充放电的切换时, 须保证K 2先闭合后K 1、K 3才能断开, 因为若先断开K 1、 K 3, 后闭合K 2, 电感会产生瞬问的高压, 可能会击穿开关, 产生电火花, 造成危险。 所以, 开关动作的时序必须是K 2先闭合, K 1、 K 3后断开。 在K 2闭合后, 利用时序电路产生一个延时使K 1、 K 3的断开。 利用N E 555定时器即可构成一个延时器。 具体电路如图3所示:图3开控制原理图在本实验中开关采用的是电磁式继电器。 当按下按钮开关S 2时, K 2闭合, N E 555的2脚与V C C 相连变为高, 这时电源通过电容器C 3、 电阻器R 7 至“地” , 对C 3进行充电, 随着c3上的电压升高, N E 555的6 脚的电压越来越往下降, 当此电压下降至2/3Ⅵf 时, N E 555的3脚输出由高电平跳变为低电平, 这时继电器将得电而工作, 则其控制触点吸合, K 1、 K 3断开, 完成了开关的延时动作, 其动作时序如图4 所示。K l图4 开关动作时序图 第8 期增刊张长明等: 功率电感的能量吸收与释放控制技术7 9 14 . 2能量分流控制的实现能量分流控制电路主要采用的芯片是T L 4 9 4 。T L 4 9 4 是美国德州仪器公司生产的一种电压驱动型脉宽调制控制集成电路, 主要应用在各种开关电源中。 根据T L 4 9 4 的工作原理以及本实验的要求, 须将T L 4 9 4 构成闭环控制系统以满足实验要求。 具体电路如图5所示。