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...     

基于可饱和脉冲变压器的多路同步技术及其应用

多路同步的高电压脉冲有广泛应用前景。为此,对基于可饱和脉冲变压器的多路同步技术路线进行了详细阐述,并开展了实验验证。在此基础之上,提出了多次级可饱和脉冲变压器多路同步控制的新型LC发生器。在该发生器中,可饱和脉冲变压器先后承4重功能,极大地减小了系统的复杂程度。实验中,初级输入电压为910V时,输出电压幅值达到110 k V,系统总的升压倍数达121倍。此外,引入半导体断路开关,可使实验中输出脉冲的上升沿在20 ns以内。同时将半导体断路开关与电感储能型脉冲形成线相结合,提出了低阻抗方波脉冲的产生方案。研究结果表明:提出的技术方案确实可行,对脉冲功率技术向固态化、小型紧凑化以及可重复频率运行方向发展具有较大的探索意义。     

基于SOS开关的脉冲源研制

为开展高重复频率长脉冲全固态脉冲源技术研究,用SOS(semiconuctoropeningswitch)开关和脉冲变压器进行了脉冲源实验研究,由实验调试得到脉冲电压46kV(负载300Ω)和30kV(负载100Ω)、脉冲宽度80ns、重复频率1500Hz的脉冲源。     

100 kV触发器输出脉冲的陡化

快前沿的高电压脉冲在脉冲功率技术领域具有重要应用,使用快前沿的触发信号触发气体火花开关,能有效减小气体开关的抖动,使Marx发生器的输出抖动减小,从而有利于多台Marx发生器的精确同步并联工作。为利用陡化回路将触发器的输出电压脉冲进行陡化以得到快前沿的高压脉冲,分析陡化回路的工作原理后针对100 kV触发器设计了陡化器。确定了陡化器内可以使用的不同电极结构陡化开关的相关测量方法,研究了气体种类、电压大小以及电极结构这些因素对陡化回路工作性能的影响。当陡化回路选用间隙为5mm的尖电极陡化开关、陡化开关内充入0.60~0.90 MPa的N2、触发器主电容充电55 kV时,幅值为90 kV的电压脉冲其前沿从20ns降低为2.3 ns。研究结果表明:陡化开关内使用N2,适当提高输入脉冲电压幅值并增大陡化开关场强时,陡化回路的陡化效果更好。     

双极性加载脉冲源中储开关同步击穿特性

采用2级压缩回路和双极性脉冲叠加技术可以获得高电压快脉冲,但这对脉冲源各级开关同步特性要求较高。为研究初级源对中间储能电容器充电时间约120 ns时中储开关击穿特性对脉冲源运行的影响,文中分析了一种双极性加载脉冲源对中储开关同步击穿的要求,通过实验获得了自触发预电离中储开关在相应充电时间下的击穿电压、时延及抖动特性,并根据实验数据计算了正、负极性脉冲下中储开关击穿时延差值的概率分布。结果表明,该双极性脉冲源需要控制中储开关击穿时延差值小于10 ns;自触发预电离中储开关在0.2～0.7 MPa氮气中、不同极性脉冲下的击穿时延抖动均小于3 ns;取99.99%置信区间时,气压0.5～0.7 MPa时正、负极性中储开关击穿时延差值小于10.8 ns。该结果可作为考核中储开关同步特性和分析峰化电容器绝缘裕度设计要求的参考。     

高功率微波脉冲功率驱动源研究进展

通过文献调研 ,阐述了高功率微波脉冲驱动源的研究现状、发展趋势及其所涉及的一些如开关、绝缘和材料击穿、脉冲形成和二极管等相关关键技术的发展状况 ,简要评估后得出一些相关结论 ,力图为应用于高功率微波的脉冲功率驱动源系统找出以后的发展方向     

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。     

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.     

基于断路开关的准方波输出脉冲功率源

为了改善电感储能脉冲功率源的输出波形,提出一种基于电爆炸金属丝断路开关的准方波输出脉冲功率源。该脉冲源以脉冲电容器为初始储能源,通过脉冲形成网络对电爆炸金属丝开关放电,当电流达到峰值附近时,电爆炸金属丝开关断开,将能量切换到负载上。由于脉冲形成网络中电感电流不能突变,所以负载上能得到数倍于初始储能电容充电电压的脉冲输出;由于脉冲形成网络中电容的续流作用,所以负载上能得到准方波脉冲输出。通过理论分析和电路仿真分析,确定了脉冲形成网络的电感电容级数和爆炸丝参数。对功率源进行了实验验证,实验结果表明:在1μF初始充电电容充电32 kV时,在10Ω负载上得到电压幅值83 kV,半高宽279 ns,90%平顶172 ns左右的脉冲输出,证明了该原理的脉冲功率源可行性。     

小型脉冲功率发生器的研究

介绍了两种小型脉冲发生器的设计、仿真与实测。一种采用了单级磁压缩变压器,实现升压的同时完成脉冲信号压缩,大大减小了设备的尺寸。另一种采用了印刷板型的Blumlein传输线,结构简单,可输出几十纳秒级的脉冲信号,方便携带,可用于医疗领域如细胞处理。     

快放电直线变压器型驱动源用场畸变型低电感气体火花开关

快放电直线变压器型驱动源（FLTD）是组建大型脉冲功率源的新技术,作为其中的关键器件,气体火花开关的动态工作特性对FLTD驱动的负载电流参数有重要影响。为了减小开关电感,简化开关结构,设计了一种三电极场畸变气体火花开关。根据开关内部充电过程和触发过程电场分布的数值计算结果,优化了开关结构,并对开关的静态充电特性和动态触...     

铁心式脉冲变压器的谐振充电特性

基于脉冲变压器的陡脉冲发生器是神光III能源模块主放电开关的触发方案之一。该类型触发器利用脉冲变压器对高压电容谐振充电,并通过陡化开关输出陡脉冲触发气体开关。分析杂散电阻和激磁电感对谐振充电变比和效率的影响,理论推导了环形铁心脉冲变压器的铁心体积最小值,并在实际工程中验证。设计了带载电容为1.08 nF,输出电压峰值为130 kV,绕组变比为65的干式铁心式脉冲变压器。研制了基于脉冲变压器谐振充电的气体开关触发器,其输出脉冲峰值大于120 kV,上升时间小于30 ns,能够稳定可靠地触发两电极气体开关。     

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。     

μs级脉冲激励下磁开关磁芯磁特性

为测试磁开关磁芯在μs级脉冲激励下的磁特性,设计并制作了基于没有附加磁芯复位电路的单级磁脉冲压缩系统,3块被测磁芯分别代表铁基非晶、Ni-Zn和Mn-Zn 3种软磁材料。磁芯的磁滞回线由测量所得的磁开关两端电压和电流数据经计算得到,由磁滞回线可知这3种软磁材料在μs脉冲激励下的各种特性参数。通过分析比较这些特性参数可知:铁基非晶磁芯具有最大的磁通跳变,同样的V-s积和匝数时,铁基非晶磁芯所需体积最小;Mn-Zn铁氧体磁芯具有最小的能量损耗,适合高重复频率下的应用;Ni-Zn铁氧体磁芯饱和后的相对磁导率最低,适用于较高压缩增益的磁压缩电路中。     

电磁弹射系统的脉冲功率源设计

为了解决盘形线圈弹射装置发射需要用于改变弹射体的发射方向的2个正交时变磁场,研制了由2个独立模块构成的脉冲功率源装置。每个模块的储能为300 kJ,由6个电容、改进的大功率火花隙开关、续流二极管、高频PWM整流器及用于脉冲成型网络的同轴电缆输电线组成,且每个电源模块可经光纤控制器单独触发,通过改变触发脉冲的延迟时间改变发射方向(在10 ms到几μs间)。为减小电磁干扰和电磁力的影响,使系统具有高灵活性和可靠性,改进了脉冲电源模块中元器件的位置及其结构,每个模块所能承受最大电压5 kV,放电电流峰值达200 kA。实验结果表明,研制的脉冲功率源输出电流大、安全可靠、结构紧凑、操作方便、性能满足电磁弹射研究的需要。     

基于超导储能型脉冲变压器的脉冲电源放电研究

为了实现超导电感磁储能脉冲电流输出,本文针对一种基于超导储能型脉冲变压器的脉冲功率输出模式展开研究.该模式使用非线性电阻作放电电阻.根据非线性电阻的特性,本文结合仿真研究了非线性电阻转变电压对系统能量转换效率的影响,并通过与线性电阻比较了使用非线性电阻的优势.仿真结果表明这种脉冲功率电源模式是可行的,通过选择合适的非线性电阻的转变电压,可以在当前技术条件下获得较高的脉冲电流输出和较高的能量转换效率.     

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.     

一种大电流三电极气体火花开关的工作特性

根据强流电子加速器的需要,研制了一种大电流三电极气体火花开关。开关采用防污染设计,将开关电极与金属腔体一体化,并采用金属挡板对绝缘封盖进行防污保护,从最大程度上减小了开关工作时对绝缘支撑物的污染,提高了开关寿命,并且对开关工作特性进行了实验研究。研究结果表明:当开关工作气压为0.10、0.15、0.20和0.25MPa时,其可控工作电压范围分别为25%～94%、38%～86%、40%～88%和44%～88%,具有可控工作电压范围宽的优点;当开关工作气压为0.25MPa、工作电压为40kV、欠压比为88%时,开关时延为50ns,抖动为1.28ns且分散性<3%,该开关已成功用于强流电子加速器系统且运行稳定可靠。     

电容快放电型触发器的电路分析与设计

为获得快前沿的高电压脉冲,分析了电容放电型触发器的电路,利用简化的等效电路研究了放电回路参数和气体开关的火花通道电阻、电感对触发脉冲上升时间的影响.分析了电压波在高阻抗负载上形成触发脉冲的过程,讨论了不同置地元件对输出波形的影响.在此基础上,给出了快前沿的电容放电型触发器的基本设计原则,并完成了30与100 kV快前沿...     

民用脉冲功率源的进展与展望

民用脉冲功率技术的发展一直比较缓慢,其根本原因是脉冲功率源有待于进一步多样化、小型化、重频化、长寿命和高性价比。电容器储能和开关技术是制约民用脉冲功率源发展的瓶颈。为此,简介了民用脉冲功率源在多样化、开关固态化、电容器储能和功率高密度化等方面的发展现状以及对它今后发展的思考。只有依靠多学科的大协作和政府的大投入,民用脉冲功率源才有望在不久的将来得到较大的发展。