一种水介质脉冲形成线充电用Tesla变压器

为了给水介质脉冲形成线快速、高效地充电,研制了一种耦合系数为0.75的Tesla脉冲变压器。推导了开放磁芯结构Tesla变压器的初级和次级电感计算公式;根据研制的变压器几何尺寸,对该变压器的主要参数进行了理论计算并用PSpice软件对变压器给脉冲形成线充电过程进行了模拟计算。该脉冲变压器已应用于基于水介质螺旋脉冲形成线的脉冲调制器中,当变压器的初级输入50kV的脉冲电压时,次级输出脉冲电压给水介质螺旋脉冲形成线充电电压高达720kV,变压器能量效率为36%。理论和模拟结果与实验测量值基本一致,该脉冲变压器具有运行稳定、体积小、结构紧凑等特点。     

气体开关参数对调制器电压前沿的影响

脉冲调制器输出电压脉冲前沿时间大小是影响其运行特性的重要指标,为此用单同轴结构脉冲调制器在不同气体开关参数条件下实验研究了脉冲调制器输出电压的前沿特性。实验比较了在开关内气压相同,开关间距不同时,二极管电压的前沿;并在同样开关间距,开关内不同气压条件下(0.5、1、1.5、2MPa),比较了二极管电压的前沿特性;最后研究了不同种类气体开关(氢气、氮气、六氟化硫)的电压上升前沿特性。结果表明二极管电压的上升前沿随压强的增加、开关间距的减小而减小;采用氢气开关具有较快的前沿,其次是氮气、六氟化硫;理论分析与实验结果基本相符。     

基于脉冲形成线的脉冲方波电源设计

为研究某种高压氧化锌(ZnO)陶瓷压敏电阻的特性,设计了用于该电阻测试所需的高压脉冲方波电源。利用脉冲形成开关和高压脉冲形成线网络相结合的原理,采用固体半导体开关器件来产生触发脉冲信号。运用场畸变火花开关作为脉冲形成开关,去控制由脉冲形成线网络构建的储能单元进行放电。再通过应用脉冲变压器进行传输与能量变换后,最终在这种高压ZnO陶瓷压敏电阻负载上,实现输出电压幅度不大于40 kV、脉冲宽度不小于4μs、脉冲前沿不大于1μs的高压脉冲方波信号。     

一种Tesla型的螺旋脉冲形成线设计

设计了一种基于Tesla型的结构紧凑的高电压周期性纳秒脉冲发生器方案,其中一段通过内置高耦合Tesla变压器充电的螺旋脉冲形成线的结构参数为:外筒半径20cm、螺旋线导体半径18cm、螺旋角60°。采用PIC软件模拟分析考虑螺旋线导体厚度时横电磁波的传输过程,并讨论了Tesla内磁芯的引入及内磁芯的大小对波传输的影响,引入半径7.5cm的内磁芯后,慢波系数变化不大(约2.6),输出脉冲平顶波动10%。模拟结果表明,从波传输的角度而言,这种结构的脉冲发生器方案是可实现的。     

高储能密度脉冲电容器及固态脉冲形成线试验研究

基于玻璃-陶瓷材料PbO-SrO-Na_2O-Nb_2O_5-SiO_2(PSNNS)制作了脉冲电容器和固态脉冲形成线,其脉冲电容器在工作电压30 kV、放电电流2 kA、重复频率1 kHz下的短路放电寿命大于100万次,储能密度达到0.85 k J/L;制作的满银电极的固态脉冲形成线具有良好的矩形脉冲输出,输出电压脉冲半高宽为45ns。     

一种升压模式的可调极性高频Blumlein脉冲形成线功率调制模块

随着脉冲功率技术在新型粒子加速器、生物细胞实验仪器等领域拓展应用,对脉冲功率发生器高重复频率、短脉冲、脉冲参数灵活可调提出更高的要求.该文研究了一种新型的功率变换模块电路拓扑.这种电路拓扑由LC振荡升压单元和Blumlein形成线单元组成,利用多开关时序逻辑控制实现对输出波形参数的调整,相对于传统Blumlein线在保留其短脉冲成形优点的同时,能获得输出脉冲频率数倍于开关频率,输出电压幅值数倍于直流充电电压,输出脉冲的极性及间隔时间的灵活调整.同时,通过动态电路的时域分析和传输线波过程分析阐述该电路的工作原理,并通过电路仿真加以验证.此外,采用射频MOSFET开关和同轴电缆搭建一台原理样机,在负载匹配时,实现了在开关频率500kHz时输出脉冲频率1MHz、输出脉冲电压幅值4倍于直流电源电压20ns的短脉冲.     

小型纳秒级方波脉冲电源的研制

采用飞行时间法测量原子氧束能谱时,要求离化源为纳秒级脉宽、能量均匀的脉冲电子束,以尽量降低离子收集器附近产生的等离子体鞘层电位对原子氧束能谱测量精度的影响。针对上述脉冲电子束的性能要求,研制了一款基于雪崩三极管Marx电路的小型方波脉冲源。首先介绍了雪崩三极管的工作特性、Marx电路的升压原理以及元器件的选取方法;然后结合脉冲形成线电压波反射原理,建立了同轴线缆充电时的电路方程;分析了方波脉冲成形机理和传输线阻抗对输出脉冲波形的影响,将同轴电缆传输线等效为分布式电感电容模拟网络,搭建了同轴电缆传输线仿真模型;设计制作了具体电路,在各级模拟网络充放电特性仿真结果的指导下,针对性地对同轴电缆传输线的姿态进行微调,改善了输出波形。实际电路产生了幅值±200～300 V、频率1～10 kHz可调、双快边沿纳秒方波脉冲。     

激光触发变压器型脉冲调制器的实验研究

本文设计了一台激光触发变压器型脉冲调制器并开展了单次及1Hz重频实验研究。该调制器由水介质同轴脉冲形成线、激光触发开关、脉冲变压器、假负载等组成。在调制器主开关导通电压为-795k V时,激光到达开关25ns后调制器主开关导通,在负载上得到了电压-402k V、电流26k A、脉冲宽度128ns的准方波高功率电脉冲。当调制器主开关分别为氮气、六氟化硫时对调制器激光触发气体开关的延时、抖动特性进行了实验研究,266nm激光触发时,氮气具有较小的延时和抖动;同时对自击穿和激光触发两种情况下负载电压的前沿特性进行了对比,最后对实验结果进行了分析。     

短路-锐化开关组合形成超宽带双极脉冲实验分析

为深入单周期脉冲技术的研究介绍了采用短路-锐化组合开关产生双极脉冲的高功率超宽带双极脉冲产生技术,双极脉冲形成线产生的双极脉冲电压峰-峰理想值等于入射脉冲峰值电压的2倍。在讨论了双开关形成双极脉冲的原理后通过数值模拟分析了影响双极脉冲形成的一些主要因素;介绍了进行研究的实验装置以及双极脉冲形成线的结构;分析了短路开关、锐化开关以及形成线的长度对形成的双极脉冲的影响。得到的比较理想的实验结果为:当输入的单极脉冲的电压值为855.5kV时,双极脉冲负峰电压为841.0kV,正峰电压为585.8kV,公共沿为740ps,双极脉冲峰-峰值电压是入射脉冲峰值电压的1.67倍。     

Blumlein型宽平顶长脉冲形成网络研究

介绍了 Blum lein型低阻抗脉冲形成网络并研究了网络元件标称值偏离真实值对输出脉冲的影响。研究和实验结果表明 ,采用 Blumlein结构脉冲形成网络 ,可获得输出电压幅度等于充电电压的脉冲输出 ,脉冲电流达数 k A,脉冲平顶纹波波动 <± 1% ;当元件的真实值偏离标称值 5 %以内时对脉冲平顶的影响可以忽略。     

利用DBD开关开展脉冲压缩技术研究

为输出1～2ns脉宽的脉冲,进行了利用脉冲形成线原理和DBD开关快速导通技术压缩SOS脉冲源输出波形的实验,结果表明:峰值功率450MW、脉宽6ns的脉冲输出可压缩为峰值功率约1GW、阻抗50Ω、脉宽1.8ns、脉冲前沿约0.9ns,运行重复频率2kHz。证明该脉冲压缩技术是实现高重复频率超宽谱源的有效方法。     

脉冲功率装置中电容分压器的设计和应用

为了测量脉冲功率装置形成线和传输线的电压,设计和标定了自积分电容分压器和V-dot探测器。在电容分压器结构设计中,重点叙述了降低结构电感、削弱局部高电场以及保持灵敏度一致的方法。电容分压器采用在线标定,标定用电阻分压器安装在电容分压器相对于轴线对称的位置,以减小对探头位置电场分布的影响。对阳加速器水传输线、脉冲形成线和PTS单路样机中储探测器的标定和实验结果表明:无论是自积分电容分压器还是V-dot探测器,只要取值合适,同时在结构设计中注意分布参数的控制,就都可以响应前沿为几十ns至接近μs量级的信号。     

带并联短路支节的超宽谱双极脉冲转换器研究

研制了一个带并联短路支节的超宽谱双极脉冲转换器并给出其工作原理和波过程分析。输入脉宽 6ns和2ns的电压脉冲得到了电压峰—峰值接近输入电压峰值的双极性脉冲。研究表明 ,通过改变短路线的长度和特性阻抗可调节双极脉冲的相对位置和幅值比率 ,双极脉冲波形的稳定性完全取决于输入的单极性脉冲稳定性     

用于产生非平衡等离子体的纳秒级脉冲电源研制

为了给非平衡等离子体相关实验提供ns级高压脉冲,研制了一台基于传输线变压器(transmission linetransformer,TLT)原理的高压重频ns脉冲电源,通过在传输线外套加磁环增加二次阻抗,提高TLT的输出电压和能量传输效率。同时设计了一种电容-开关-传输线的紧凑化同轴结构。实验表明,在连接匹配负载条件下,电源输出脉冲电压峰值可以达到26kV,脉宽100ns,上升时间25ns,可在500Hz频率下稳定运行。同时成功地将其应用于大气压氩气等离子射流实验,发现与正弦电压相比,相同电压峰值下,脉冲电源作用下的等离子体射流长度更长,但2种电源作用下的射流长度均出现饱和现象,同时电源频率对射流长度无明显影响。     

适用于脉冲电声法的ns级超窄高压脉冲发生器的研制

对于电声脉冲法空间电荷测试系统中的高压脉冲电源,论文提出了采用脉冲形成线及振荡电路原理来实现超窄高压脉冲。论文在对脉冲发生原理及形成线的参数对波形影响进行了详细论述与分析的基础上,对超窄高压脉冲电源进行了制作和测试。从测试的结果可以看出,基于脉冲形成线原理的高压脉冲发生器能够形成稳定的超窄高压脉冲(ns级),其脉冲宽度随脉冲形成线的长度增加而线性增加,可适用于不同空间分辨率的电声脉冲法空间电荷测量系统。     

High-Voltage Pulse Generation in Nonlinear Transmission Line with Ceramic Capacitors

Usual axial cables and aerial lines are distributed constant linear transmission lines which can transmit a pulse without changing its initial shape. On the other hand, a nonlinear transmission line consisting of nonlinear capacitors can sharpen the front of a propagating pulse. In this study, a transmission line with commercially available ferroelectric BaTiO₃ ceramic capacitors is constructed to obtain high-voltage pulses with short rise-time. Strong dependence of their capacitance on the applied voltage has been found. The rise-time of the input pulse with 300 V in amplitude was shortened from 60 ns after propagating through the line.     

冲击磁铁脉冲发生器技术分析

为了配合合肥光源的满能量注入系统升级,分析了传输线型,简化PFN(脉冲形成网络)型和固态感应叠加型等几种用于冲击磁铁的高压大电流脉冲发生器技术和升级需要的冲击磁铁参数。建立了几种脉冲发生技术相应的的基本电路模型,并利用通用电路仿真软件Pspice仿真计算了相关参数,比较分析了各自的技术特点。重点介绍了新型的磁耦合固态感应叠加型脉冲发生器,建立了基于IGBT开关的感应叠加脉冲发生器样机,给出了实验波形。结果表明,感应叠加型脉冲发生器可以满足升级改造的要求,并具有脉冲上升下降时间较快,脉宽可调的特点。     

超导电感储能高功率脉冲技术及其仿真研究

提出了利用超导磁储能系统(SMES)来提高电力系统稳定性、提供紧急备用电源和实现新概念武器脉冲电源的“一机三职”功能的基础上,研究了一种基于超导电感储能系统和超导开关的脉冲功率成形技术,探讨了超导脉冲功率技术需要解决的重要基础问题;并根据超导电感储能系统及超导开关特性,提出了超导磁体和超导开关的理想结构,设计了一种脉冲成形网络模型;通过控制外加电流触发超导开关失超来控制超导开关断路,实现高密度无损耗储能、可控脉冲整形,并在电阻负载下,进行了脉冲成形回路放电仿真实验,得到了较理想的脉冲功率输出。     

脉冲变压器紧凑型脉冲功率源设计

该紧凑型脉冲功率源以脉冲电容器为初始储能装置,通过脉冲变压器实现电压峰值的提升,并对形成线充电,由形成线来实现脉冲整形,形成线充电后通过自击穿开关对负载放电,在负载上获得较快前沿的高电压脉冲波形.脉冲变压器采用带开路磁芯的带绕式结构,其耦合系数大,能量传递效率高;形成线采用螺旋型Blumlein形成线,中筒为带绕式螺旋...