1MV/100kA快脉冲直线型变压器驱动源装置设计

快脉冲直线型变压器驱动源(LTD)技术是一种可以直接获得<100ns脉冲上升时间的新型脉冲功率技术,在Z箍缩、闪光照相和高功率微波等领域具有重要的应用前景。为了掌握LTD装置设计技术,基于已经研制完成的100kV/100kA快脉冲LTD原型模块,设计了输出电压/电流分别为1 MV/100kA的快脉冲LTD装置。装置由10级LTD模块串联而成,系统总储能为20kJ,次级采用真空磁绝缘传输线结构。装置直径约1.5m,长度约2.2m。根据10级LTD模块串联装置系统电路分析和数值模拟,结果表明在10Ω负载上的输出电压约为1.08MV,上升时间约51ns,脉宽为168ns。同时还针对磁绝缘传输线锥形和直筒形阴极结构建立了简化模型,采用PIC粒子模拟编码对其进行粒子模拟,结果表明,2种结构在负载端的输出电压均约为1MV,输出阻抗接近10Ω,同轴传输线间隙的电子流能够实现磁绝缘。     

中物院快脉冲直线型变压器驱动源技术研究进展

快脉冲直线型变压器驱动源(LTD)是一种可以直接获得小于100 ns脉冲上升时间的新型脉冲功率技术,在Z箍缩、闪光照相和高功率微波等领域具有重要应用。为此,介绍了近年来以流体物理研究所为代表的中国工程物理研究院在快脉冲LTD模块关键单元技术(如多间隙气体开关、触发系统和磁芯等)、单LTD模块以及多级LTD模块串联装置等方面的研究进展。研究结果表明,LTD具有结构紧凑、参数调整灵活、能量效率高等优点,是未来强流脉冲驱动器设计的优选技术路线。     

200kV多级多通道火花开关

模块化直线型脉冲变压器(LTD)是脉冲功率技术中的一种新型初级储能装置,开关是其关键部件之一,多极多通道闭合开关工作时能够形成多通道放电,具有电感小的优势。为了研究用于电流上升时间约100ns、电流峰值约100kA的LTD模块设计了一种标称电压为200kV(±100kV)多极多通道气体开关。通过对开关的电场数值计算,对开关设计进行了验证和优化,并对开关的静态特性和动态特性进行了初步的实验研究,结果证明,开关电感<30nH,并且具有工作范围宽,触发特性好,工作稳定等特点,初步实验表明能够满足模块的要求。     

基于固态LTD的大容量脉冲功率电源

固态直线变压器驱动源(LTD)是新型的脉冲功率电路方法之一.其工作原理基于大量功率半导体器件的同步控制,因此它在电路结构和工作特性方面与传统的脉冲功率电源有很大不同.在此通过实验,首先验证了LTD的基本工作原理,进而试制了一台采用650个功率MOSFET的LTD系统.实验结果分别给出了超过20 kV的最高输出电压和超过3.2 kA的最高输出电流,上升时间(10％～90％)小于20 ns.在此基础上还采用少量的模块验证了双极性LTD的可行性.实验结果同时也显示了开关的导通电阻对LTD输出参数的影响和由此带来的技术问题.     

基于SiC MOSFET的新型直线变压器驱动源设计

采用新一代半导体开关器件碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET),通过新型平面式布局升压技术和优化同步触发电路,设计出一种可获得快上升沿、短脉冲的直线变压器驱动源(LTD)。该驱动源由8级LTD串联而成。此处在阐明LTD工作原理的基础上,详细分析LTD主电路参数的设计,以及8级串联结构的设计,并结合Pspice软件仿真与具体实验,充分验证了该驱动源设计的可行性。实验结果表明,该驱动源在200Ω负载上,可获得峰值电压约3.8 kV,上升沿约25 ns,下降沿约30 ns,整个脉冲宽度约100 ns输出,并实现在一定范围内输出脉宽可调。     

带磁芯的罗柯夫斯基线圈及其应用

介绍带磁芯的罗柯夫斯基线圈(以下简称罗氏线圈)的研究结果及其一些典型的应用,研究表明,带磁芯的罗氏线圈的频带为20Hz～100MHz,灵敏度可在1V/A～1V/kA范围内选择,方波响应上升时间可达1ns左右。     

单级长脉冲LTD模块的设计及分析

为了解直线型变压器驱动源(LTD)的工作特点,掌握LTD对百ns方波脉冲的响应情况,设计了一台可输出电压峰值>20 kV,脉冲半高宽约150 ns的单级长脉冲LTD模块。对整个装置的各个单元的设计进行了详细介绍,通过理论分析进行优化,给出了合理的参数,该LTD模块采用两路并联馈电。每路馈电脉冲由30 kV高压电缆绕制而成的脉冲形成线产生,且为减小回路杂散电感的影响,设计制作了一个低电感、较小抖动的三电极触发开关。初步的实验结果表明,初、次级间电压吻合的很好,验证了理论分析及装置设计。最后针对以上工作中的不足提出了今后的工作重点,包括对磁芯非线性磁导率和损耗的研究,提出更加符合实际的变压器模型,对LTD以及馈电装置的布局研究等,为将来优化设计并多级串联,实现更高电压输出奠定了基础。     

一种全固态多匝直线型变压器驱动源的研制

针对脉冲电磁场生物医学应用中高电压大电流宽范围脉冲的应用需求,设计了一种多匝直线型变压器驱动源(LTD)。该LTD脉冲发生器的磁心采用多匝绕制的方式,可输出宽脉宽的脉冲。设计了各级LTD模块同向绕制的驱动供电及储能充电隔离方式,各级磁心隔离电压为LTD模块的工作电压。多匝LTD脉冲发生器共由10级LTD模块组成,各级LTD模块由18个储能电容及MOSFET放电开关并联,并设计了其同步驱动电路。通过对各主要器件的型号进行分析筛选,研制了模块化紧凑型多匝LTD全固态脉冲源样机,可输出脉冲参数为:电压幅值0～5kV,输出脉冲电流高达500A,脉冲宽度200ns～5μs,上升沿30ns,下降沿16ns,其脉冲宽度、幅值等参数均灵活可调,并且可通过增加LTD模块的数量,实现更高电压的脉冲输出。     

测量ns级脉冲大电流的同轴分流器

介绍了一种测量脉冲电流小于40kA、结构紧凑的同轴分流器,经定标其方波上升时间为3ns、动态电阻为2.8mΩ,分流器已用于测量大功率重复运行开关和电容器放电回路的脉冲大电流。     

多级多通道气体火花开关的同步放电特性

具有广阔应用前景的气体开关是快脉冲直线型变压器(LTD)这种新型初级储能脉冲功率源的关键部件,为提高其工作性能,对多级多通道气体开关多路同步放电特性进行了初步的实验研究。在优化设计标称电压200kV多级多通道气体火花开关的电极支撑结构后采用绝缘子内抠槽平面支撑结构,使用圆环形凸面结构电极代替圆环形平面电极。利用电磁场分析软件计算开关的电场分布表明:直流高压作用下,开关各间隙电压分布较均匀;触发脉冲作用下触发间隙电场畸变明显。10只开关的同步放电实验研究结果表明,10只气体开关的自击穿特性和触发特性有一定个体差异,其中5只开关并联放电同步性能良好,输出电流脉冲能有效叠加;工作气体为0.14MPa氮气,正负充电60kV,5只开关并联放电,能够产生上升沿约100ns,峰值约100kA的电流脉冲。     

一种应用于光伏系统的反激辅助电源设计

针对光伏系统中高压输入的情况,提出一种改进型的电路,即采用2个反激电路串联来解决单管耐压问题,进而解决系统成本高、频率低、功率密度低等问题。首先,给出了主电路和主要参数计算,设计了一款主输出24 V的串联反激电路,控制部分采用电流型脉宽调制芯片UC2844。然后通过实验测出了开关管电压波形和输出电压波形。实验结果表明,该电路能很好地解决单管耐压和低频等问题。     

开关管高压放电检测仪的研制

由可调直流高压电源、放电检测器、控制器、触发器等构成高压放电检测仪,调节直流高压电源给储能器充电,当高压开关管在加高电压和等待工作过程中发生自击穿或受到高压脉冲触发导通时,放电检测器检测出开关管高压放电信号使放电指示和计数器工作。所研制的触发器检测开关管和高压放电检测仪,能确保开关管的高压放电不误检和漏检。     

应用平面磁芯结构的高功率密度整流变压器设计

为解决高压绝缘致使高频大功率开关电源中整流变压器功率密度不高的问题,通过分析常规结构整流变压器电位分布的不合理因素,提出一种新的变压器磁芯结构。它采用平面磁芯并联磁路构成变压器单元,由不同单元串级连接、层叠布局形成整个变压器磁芯。设计实例分析表明,该串级式层叠平面磁芯变压器的电位分布有利于提高整流变压器的功率密度,且比常规结构整流变压器的功率密度有显著提高。     

回龙抽水蓄能电站水泵水轮机

本文简要介绍了引进关键技术,自主设计制造国内首台高水头高转速水泵水轮机的特点及运行情况.     

坪石电厂红粘土的特性分析

以土工试验及原位测试的数据为依据 ,分析红粘土的特性及对工程的影响。     

卫星天线指向机构控制系统的设计与实现

卫星天线指向机构是通讯卫星和中继卫星等航天器的关键部件之一.为了达到卫星天线指向机构的高精度大力矩控制,设计了一种基于DSPC31+ FPGA数字控制器的控制系统实现方案.该系统以分离器件搭建的轴角解码系统获取旋转变压器的位置信号,并采用矢量控制的方法驱动永磁同步电机.实验结果表明,本控制系统最大输出力矩可达到50 Nm.在带50 kgm2转动惯量的模拟负载时,定位误差小于±28″且运动过程平稳,实现了指向机构高精度大力矩控制,对于卫星综合性能的提高具有重要的意义与应用价值.     

新型高功率高重复频率脉冲电源研制

介绍了一台适用于某强流电子束加速器的高功率、高重复频率脉冲电源,其基本电路采用三相半波整流构成直流电源,利用LRC直流谐振充电原理实现脉冲电源的重复频率运行。     

集成耦合电感升压-反激变换器的性能研究

集成升压-反激变换器(Integrated Boost-flyback Converter——IBFC)可在较小占空比条件下实现高电压增益,与传统升压电路相比,避免了因占空比处于极限状态而对电路造成较高功率损耗。在此基础上本文提出新型集成耦合电感升压-反激变换器(Intergrated Coupled-inductor Boost-flyback Converter——ICBFC)通过引入耦合电感代替IBFC中的储能电感,可有效抑制二极管反向恢复电流,减小反向恢复损耗并减小输出电容电压纹波,提高功率器件可靠性。本文着重研究了ICBFC中寄生参数、电路工作效率间的影响,并对两种拓扑进行比较。相同升压环境下,ICBFC效率更高,器件承受电流应力更小。在理论研究的基础上,用两台25 W实验样机验证了该拓扑的优点及理论分析的正确性。     

电力系统通信的不中断供电电源

通过对电力系统通信电源的特点，现状和问题的分析，提出了采用“交流单母线分段”和“直流双母线分段”的接线方式，按“N－1）的稳定规则”配置系统的功能单元，以“（1＋1）双回路”对通信设备供电的方案，并介绍了电力系统通信不中断供电电源成套设备的原理，元器件选择，组屏及组屏工艺。     

静电除尘用大功率直流高压电源的电磁兼容性设计

带高频环节的静电除尘用大功率直流高压电源的du/dt、di/dt和静电除尘器的工作方式(电晕、火花)所引起的电磁干扰对控制电路是一个严峻的挑战。为解决此问题,从电磁兼容的角度优化了控制系统的设计,并对功率电路的主要干扰源采取措施。通过在一台输出功率60 kW、输出电压60 kV、逆变频率20 kHz电源中的成功运用,证明此电磁兼容性设计方案实用、有效。