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。     

不同气压和电极间距对开关绝缘恢复的影响

为缩短脉冲加速器多脉冲运行时脉冲间隔以及提高重频运行时重复频率,利用多脉冲调制器研究了气体开关的重复频率特性以及在相同电极间距、不同气压下(0.5、1、1.5、2MPa)氮气气体开关的绝缘恢复特性。实验表明,随着气体压强的增加,气体的绝缘恢复时间变长,击穿电压恢复>90%的间隔时间,从50ms增加到78ms;开关间距的改变对绝缘恢复时间影响有限,不同间距(7.3,27.4mm)下其击穿电压恢复>90%时间约为50ms。最后针对相关文献给出的结果,对压强、电极间距对绝缘恢复的影响进行了分析讨论。     

一种10 kV方波电压发生器

为了对高电压分压器进行实验标定,研制了一台最高输出电压为10 kV的方波发生器。它由直流高压源、脉冲形成线、高气压气体火花开关和脉冲传输线构成,以波阻抗为50Ω的聚乙烯高频同轴电缆作为脉冲形成线和脉冲传输线,并采用紧凑型氮气火花开关,改变脉冲形成线的长度和开关的气压可分别改变方波脉宽和幅值(3~10 kV)。实验中脉冲形成线的长度为10 m,对应的方波脉宽为100 ns。开关中氮气为0.2~0.7 MPa时,输出方波前沿的上升时间为14.1~1.5 ns,随气压的上升而急剧下降,且上升时间和气压的关系式不同于由J.C.Mar-tin公式推导的结果。0.7 MPa时间隙静态击穿场强高达500 kV/cm,为输出方波上升时间大大减小的根本原因。由上述实验知:该方波发生器完全适合于高电压分压器的实验标定。     

无磁芯复位电路的磁脉冲压缩系统的研制

为减小磁开关的体积、提高磁脉冲压缩的能量传递效率和频率,分析了基于省去磁芯复位电路的磁脉冲压缩系统的工作原理,结合磁开关的工作特性,设计出一种新型的单级磁脉冲压缩拓扑结构,它省去了磁芯复位电路且结构上更加简单、紧凑;并详细介绍了磁脉冲压缩装置的工作原理,通过理论计算给出了此装置关键元件的参数;最后结合理论分析,实验研究了两种特性的磁脉冲压缩装置的不同特性;两种装置可以分别输出幅值为4.8kV、脉冲上升沿0.5μs和幅值为3.6kV、脉冲上升沿10μs的脉冲电压波形;实验结果分析表明:由于磁开关的特性,可使主回路气体开关实现零电流开通,有效减小了气体间隙的损耗,有利于提高气体开关的工作频率。     

用于标定分压器的高电压毫微秒脉冲发生器

研制了一台高电压毫微秒脉冲发生器,它将用于标定快响应的分压器.该发生器由直流高电压电源、50欧姆脉冲形成线、紧凑型气体火花开关、50欧姆脉冲传输线构成,可输出脉宽100ns、幅值5～10kV的准矩形电压脉冲.当开关中为1个大气压空气时,其输出脉冲的上升时间约13ns;若希望得到更短的脉冲的上升时间,可将气体开关的气压增大.     

基于可饱和脉冲变压器谐振充电的快脉冲功率源研究

基于可饱和脉冲变压器建立1种新型谐振充电装置，将脉冲变压器提升电压作用与磁开关陡化脉冲作用相结合大幅度提高输出电压的前沿。通过分析新型谐振充电装置的工作模式，确定面向快丝阵Z箍缩早期行为研究需求的谐振充电装置的参数。新型谐振充电装置驱动气体火花开关自击穿时延抖动比采用传统谐振充电装置降低50%以上。初始充电电压19kV、电极间距5.5mm、1.01325×105Pa气压下自击穿时延抖动降低至13ns。在高气压下气体火花开关的击穿电压稳定性也有大幅度的提高。利用新型谐振充电装置改进应用气体火花开关陡化脉冲变压器输出电压前沿的脉冲功率源的技术方案，建立的小型脉冲功率源可以极低的时延抖动和较高的击穿电压稳定性输出快Z箍缩预脉冲水平的脉冲电流。低时延抖动的脉冲功率源有助于对金属丝电爆炸等丝阵Z箍缩早期行为开展精确的高时空分辨率的同步诊断。     

高重复频率的ns气体火花开关

针对气体火花开关工作频率低的缺点,以μs级上升时间和脉宽的单极性高压脉冲作为初级脉冲,通过ns火花开关的作用,得到频率为几千Hz、脉宽和上升时间都为ns级的重复脉冲。分别改变开关的工作气压、气体成分及直流偏置等工作条件,在不同的原始脉冲的间隔时间(200～1000μs)下,测量了两个连续脉冲的幅值和作用时间,进而研究了不同频率下开关工作条件对电压恢复特性的影响,并根据残余电荷的运动及分布,对其进行了讨论。结果表明:提高开关工作气压、掺入适量的SF6及施加合适的偏置直流电压都将改善开关的电压恢复特性。     

纳秒快脉冲下气体开关的过电压击穿

纳秒快脉冲过电压击穿方式适合应用于长寿命高同步两电极气体开关.基于过电压击穿型气体开关的工作机制,建立了气体间隙在脉冲过电压击穿模式下击穿电压和时延的统计数学模型,该模型证明电极表面微观场强、间隙气压、初始电流大小、触发电压上升陡度等关键电气参数对间隙击穿分散性有重要影响.提出了纳秒快脉冲下气体开关过电压击穿参数的等效计算方法.实验证明,对于一般工况条件下的石墨电极气体开关,随着气压间距乘积值的增大和脉冲变化梯度超过一定门限值,纳秒快脉冲过电压击穿过程会逐渐由经典流注理论向快电子击穿修正理论过渡.快电子效应导致的电场增强系数在1.2～2.4之间变化.     

脉冲等离子体作用下SF6气体间隙的极限导通特性

为了探究脉冲等离子体作用下SF6气体间隙的极限触发特性,搭建了SF6气体开关间隙平台,设计实验研究了不同间隙距离、气压、触发能量下毛细管放电等离子体触发SF6气体间隙的最低工作系数和导通时延.实验结果表明,SF6气体开关最低工作系数随气体开关间隙增大而提高,随工作气压增高而提高,随触发能量的增大而降低,毛细管脉冲等离子体喷射触发技术能在5％的工作系数以下可靠触发导通工作气压为0.1～0.3 MPa,间隙距离不超过50 mm的SF6气体开关间隙,并给出了不同气压、间距条件下最低工作系数的经验公式.     

长脉冲折叠型螺旋脉冲形成线的设计和初步实验

高功率脉冲功率调制器的紧凑化是其重要研究方向,为此将螺旋线与折叠线技术相结合,设计了一种长脉冲折叠型同轴螺旋脉冲调制器,该调制器将两根螺旋型脉冲形成线通过过渡段部分连接,形成折叠结构,在一定的长度范围内实现了长脉冲的输出,设计指标为:二极管电压400 kV,负载电流26 kA,脉冲宽度约为260 ns。对传输线的电压波过程进行了分析,结果表明,过渡段阻抗与传输线阻抗匹配时输出波形最好;用PSpice软件对脉冲形成线的充电电压和二极管电压、电流进行了模拟;利用高压同轴电缆,进行了低压情况下的验证实验,实验结果与理论分析、模拟研究结果一致。此种类型的调制器具有运行稳定、体积小、结构紧凑的特点。     

逆变器端RLC滤波器的参数设计与损耗计算

在长线电缆传输高频脉宽调制(PWM)脉冲的过程中,逆变器输出端通常用RLC滤波器来抑制电机端过电压和高频振荡,但对相关滤波器参数优化设计的研究较少。基于滤波器电感、电容最小值与PWM脉冲上升时间与滤波器电阻之间的定量关系,对上升时间和滤波器电阻的选取原则进行改进,从而有效减小滤波电感和电容,实验验证了所提改进方法的合理性。     

低压防雷器件响应时间测试

目前,对低压防雷器件(气体放电管、压敏电阻、暂态抑制二极管等)的响应时间的定义和测试方法尚未统一。为了使各器件对暂态过电压的响应能力在同一测试平台上具有可比性,选择上升时间在1ns左右的矩形脉冲发生器作为测试响应时间的设备,响应时间统一到IEC 61643-321对雪崩二极管响应时间的定义上来。分别对气体放电管、压敏电阻、暂态抑制二极管试品进行了响应时间测试,通过分析这些试品的响应特性,证实所提的响应时间测试方法可行。     

一种用于测量快前沿高压脉冲的电阻分压器

分析了电阻分压器中电感和对地电容对分压器响应特性的影响,在此基础上研制了一种用于测量快前沿高压脉冲的同轴型电阻分压器,介绍了分压器的制作过程,对其进行了方波响应标定,并应用于实验测量中。实验结果表明,该电阻分压器能满足测量要求,可用于幅值10kV左右、ns前沿的短脉冲测量。     

基于三通道脉搏采集系统的血管弹性研究

为了更好地使用脉诊手段来研究个体的生理状态变化。针对现阶段脉搏波参数研究中未考虑脉搏波在不同压力下的变化问题,本文从中医脉诊过程出发,设计了可施压的三通道脉搏采集系统,进行了阶梯压力下的脉搏采集,利用相关性检验和小波多尺度分析了51例不同年龄个体在最佳取脉压力下的脉搏波,发现脉搏主波上升时间和年龄的皮尔逊相关系数r=+0.64,脉搏波在高频段（7.7-15.8Hz和3.85-7.92Hz）能量占比和年龄的皮尔逊相关系数分别为r1 = -0.69,r2 = -0.75,低频段（0-3.9Hz）能量占比和个体年龄皮尔逊相关系数r3 = +0.77,差异均有高度显著性(P<0.0001)。结果表明：加压采集脉搏信息时,最佳取脉压力下的脉搏波上升时间占比和脉搏波能量分布可能是一种有效的动脉硬化评价参数,可以进行进一步研究。     

脉冲信号发生器主要参数测量不确定度的评定

脉冲技术是一门基础技术,它的应用非常广泛,如通信、自动控制技术、计算机技术、雷达技术等等,随着这些技术的发展,对脉冲信号的测量技术要求越来越高.文中论述如何对脉冲发生器主要参数测量不确定度进行评定.评定过程及结论可应用在计量标准进行相关特性的不确定度分析评定上.     

高压陡前沿脉冲发生装置

介绍了一种基于IGBT串联技术的频率可调的高压陡前沿脉冲发生装置。并针对串级型结构的固体开关式脉冲发生器存在的可靠性受同步驱动、均压等技术条件影响严重的问题,提出了利用光纤连接器提高驱动信号同步性等解决方案。利用OrcAD＼Pspice软件对电路的仿真和与实际测试波形的对比结果证明,该装置工作可靠,输出脉冲电压峰峰值为±5kV,频率为1kHz～10kHz可调,脉冲前沿到达200纳秒以内。     

基于信号重构和系统辨识的上升时间测量

上升时间是脉冲信号和示波器的一项重要指标。上升时间的测量不仅要考虑脉冲信号与示波器的带宽,还要考虑脉冲信号特性与示波器特性的影响。因此,本文提出一种用信号重构和系统辨识实现上升时间测量的方法,较为详细地研究了信号、系统的带宽、特性与上升时间的关系,进行了误差分析和仿真验证,得出了有参考价值的结论。     

改变纳秒脉冲驱动波形提高等离子体显示平板维持期光效的研究

等离子体显示平板(PDP)作为自发光显示器件存在光效低、功耗大的问题。本文提出了一种新思路,利用快脉冲驱动改善PDP单元介质阻挡放电发光强度,提高电光转化效率。驱动源主要由低压信号经隔离放大后控制快速开关管开通、关断,实现正负几百伏双极纳秒脉冲输出。PDP工作在维持驱动期稳定放电状态下,测量了照度、相对红外辐射等特性参数。给出了上升沿和脉宽引起特性参数变化的曲线,以及硬开关阶段上升沿参数的选取的实验结果分析。研究表明,快上升沿脉冲有利于PDP单元放电过程紫外光充分激发并大大降低热效应,从而显著改善PDP的光效。     

一种新型斥力开关的设计及温升试验

设计了一种额定通流3kA的新型高速斥力开关。试验表明,设计的新型斥力开关能在230txs内实现触头分离,保证了电网对保护开关快速限流分断的要求;同时,斥力开关通过直流3kA的触头压降为27mV,温升试验验证了开关触头结构设计的合理性。