导通时延抖动对无电抗器电容型脉冲电源的影响

无电抗器电容储能型电源技术是提升高功率脉冲电源小型化与轻量化水平的有效途径之一,可加速推动电磁轨道发射技术的工程化应用。该型电源工作期间,晶闸管导通时延抖动是影响电源系统安全运行的重要因素。该文建立大功率晶闸管与动态负载的子电路模型,并通过模拟试验验证模型的准确性,结合系统输出性能与半导体开关性能进行对比分析,研究先导通模块的抖动阈值,为电源设计提供参考。结果表明:去除脉冲电抗器后,系统效率提升2.13%,导通时延抖动对系统输出性能影响极小;当出膛速度一致时,更高的系统效率使得无电抗器电源的小型化、轻量化水平进一步提升,体积减小了23.1%,质量减少了18.9%;导通时延抖动影响先导通模块晶闸管的运行安全,应关注高电流上升率以及由此可能引起的电流尖峰;在0.1μs的抖动阈值内,提高导通模块数可有效降低先导通模块的电流上升率;以晶闸管电流上升率限值为边界条件,导通模块数随导通时延抖动的增大以幂函数形式增加。根据系统性能分析,该型电源在增强型电磁轨道发射系统中具备工程可行性。

全固态组合式陆地电火花震源研制

文中介绍一种新型全固态组合式陆地电火花震源。该陆地电火花震源由4台子震源组成。每台子震源采用半导体器件可控硅代替传统的三电极气体开关做放电开关,利用限流电感控制放电电流的峰值和上升时间,采用续流二极管抑制反向振荡的放电电流。通过改变放电电流波形,可以适当地改变电声转换的频谱特性。电声换能器采用的是同轴平行式电弧放电电极结构。每台子震源工作电压7 500 V时,储能为28 k J,总震源储能为112 k J。4台子震源可以同步放电或延迟放电。在河北衡水武强县进行了一次野外实验,结合地震波反射剖面和当地的地质地层数据分析得出该类型的陆地电火花震源激发的地震波勘探深度可达2 000 m以上。

磁隔离触发式10kV级联型脉冲电源研制

采用磁隔离触发式的级联型高压脉冲电源解决了每一级联单元浮动供电的问题,结构紧凑,触发方式简单可靠.利用磁耦合隔离的触发方式,触发信号一致性高,产生的截止偏压信号可以对绝缘栅双极晶体管进行可靠关断.同时,在每一级联单元附加切尾开关支路,降低输出脉冲高压的下降沿,提高级联型脉冲电源的适用性.研制的10kV 级联型脉冲电源,每一个级联单元的额定工作电压为1kV,总共10组.电压调节范围0～10kV,工作频率1～10kHz,脉冲电流0～20A,脉冲宽度5～50μs.

深井电脉冲压裂装置研制

研制了一种用于油气藏增产增注的深井电脉冲压裂装置。装置通过馈电电缆下放至2 000 m到3 000米m的深井中进行工作。考虑到馈电电缆耐压和分布参数的影响,高压充电电源采用两级升压,工作频率为1 kHz;储能元件采用同轴型高储能密度脉冲电容器总储能为5 kJ(25 kV)。通过测试得到工作电压22 kV时放电电流约为30 kA。初步实验表明,研制的深井电脉冲压裂装置在额定电压下可以连续稳定工作2 000次以上。

绝缘栅双极晶体管串联应用中暂态均压特性

采用金属球隙放电的方式模拟了负载短路时的暂态过程。通过引线自感公式计算法和电路状态分析法估算脉冲放电回路的杂散电感数值,并采用传统RCD均压网络的绝缘栅双极晶体管串联链进行各元件参数差异下的蒙特卡罗仿真分析,发现影响串联链暂态均压特性的关键元件是栅极稳压二极管和动态均压电容。因此为了提高这类拓扑结构的串联链的可靠性,在筛选元件时要尤其注意栅极稳压二极管的限幅保持一致。

180kW全固态高压脉冲调制器的设计

为克服以真空电子管作为脉冲开关的传统调制器的缺点,介绍了一种以半导体器件作为脉冲开关的全固态高压脉冲调制器的设计工作。该调制器用于取代传统调制器来驱动速调管,输出脉冲功率180 kW(15 kV,12A)。分析了它的串联开关拓扑结构后讨论了开关器件的工艺和参数选择、均压网络对系统暂态和稳态能量的控制I、GBT驱动电路高压隔离与精确同步的解决方案以及系统控制策略的实现等关键技术。还开展了模拟打火条件下的快速过流保护试验并给出了试验波形。利用SABER软件对调制器电路的仿真和与实际测试波形的对比结果证明:这种固态调制器能够可靠工作。

高压脉冲放电震源及其放电特性

为探究不同条件下的放电特性,介绍了脉冲放电震源的原理和发展,以及一种既可实现电弧放电又可实现电晕放电的脉冲放电震源。实验平台由脉冲震源系统、电压电流测量单元、数字示波器、地震探测系统组成。在此基础上,进行了不同电压、不同电极间距条件下、不同激发位置条件下的电弧放电与电晕放电实验,观察了放电通道电阻和放电功率在时间域的变化趋势。通过地震探测系统检测了不同条件下电弧放电与电晕放电的地震波强度。通过分析发现：在电晕放电后期,电流很小,电容依然有k V级的电压,此电压通过迅速增大的等离子通道电阻而缓慢释放;电弧放电存在着明显的预击穿时间,电压越高,预击穿时间越短,反之越长,但具有随机性。

高压重频充电电源控制系统的设计

针对激光器电源的应用环境,设计了基于DSP的电源控制系统,使电源具备输出电压0-30kV可调,重复频率1-100Hz可调,并提供了远程计算机控制和本地液晶键盘控制两种控制方式.设计了过压、过流、过热、超时等多重保护电路和电源的外触发控制接口.对激光器电源控制系统进行相应的电磁兼容设计,并使用光纤控制及反馈系统,有效地增强了电源控制系统的抗干扰性能.将该电源用于激光器的发光试验,通过调节激光器电源的各种控制参数,可以使激光器的出光强度、出光功率、出光时间等得到调节,从而为各种研究工作提供便利.实验结果表明在进行激光器发光实验时,该电源能够输出幅值稳定、频率符合要求的重频脉冲高压,最高输出电压可达到30kV,充放电频率可达到100Hz.

液电效应及电火花震源的研究现状与展望

该文系统介绍了与液电效应相关的基础和应用研究现状和发展趋势。基础研究方面分别从液相放电的起始机制、发展过程和冲击波形成机理等方面进行阐述,从建模和实验方法等角度提出了未来在放电起始和发展过程中重要参量的瞬态过程研究等方面的重点和难点;应用研究方面对液相放电应用最为广泛的电火花震源技术现状进行详细介绍,分别从海洋和陆地两个场景对该技术的应用现状作了论述,同时从深海资源精细调查、水声学研究等角度概述了深海电火花震源、冲击波可控输出等方面的技术发展趋势。

450kV高功率速调管调制器系统

研制了一套用于新型速调管测试的450 kV高功率调制器系统。根据系统指标分别设计了脉冲变压器、脉冲形成网络以及充电电路等主要部件。同时,针对高功率脉冲开关的要求,对闸流管相关性能进行了比较研究,并对其触发、保护电路作了优化设计。并利用可编程控制器与触摸屏组合方式实现了调制器和速调管的控制与连锁保护。利用电力电子仿真软件Saber对调制器主电路进行了建模与仿真,脉冲电压波形仿真结果与在水负载上进行的满功率试验结果一致:脉冲宽度2.5μs,脉冲前沿1.1μs,脉冲后沿1.7μs。调制器输出脉冲电压450 kV,脉冲电流600 A,满足速调管测试需要。

400kW高压全固态电源实验研究

介绍用于高功率微波器件测试的400 kW脉冲步进调制器高压全固态电源调试和应用研究,包括当负载过荷时使系统切断高压保护速度提高到10μs内的方法;故障时进入弧道能量的研究;通过改变接地方式对系统管体电流波形测量的影响研究。实验表明:这种原理的大功率全固态电源具有突出的抗干扰性,并且维修方便,效率高,是大功率微波器件热测台的优选方案。

单通道电火花震源及其放电实验研究

本文介绍了一套单通道电火花震源系统,主要包括充电和放电两个单元。同时搭建了一个实验平台,由充电机、电火花震源、数字示波器、高压探头和罗氏线圈电流传感器等组成。在此基础上进行实验研究与总结,通过采用本文所述的单通道电火花震源进行放电实验,在不同电极材料、电压和电极间距条件下,对水中等离子体的电特性进行了分析。使用ORIGIN数据分析软件观察了等离子通道的电阻和放电功率在时间域的变化趋势。通过比较总结,得出了放电电流、放电电阻和放电效率等与控制条件之间的关系规律。本文所提及的系列实验为自封闭电极腔等离子体震源的设计提供了参考。

大水泥岩样的电脉冲压裂实验研究

在20kV/40kJ的重复频率压裂系统实验平台上,对大水泥岩样进行了电脉冲水中放电压裂实验。为了模拟井下实际工况,实验时将放电电极装入带有射孔的绝缘套管。水中脉冲放电时岩样中产生定向冲击压力波,冲击波作用于岩层使其产生裂缝。实验结果表明,冲击波通过绝缘套管作用于岩样时有一定的能量损失,部分冲击波压力会施加于绝缘套管,绝缘套管在整个实验期间没有发生形变,电脉冲放电对套管损伤作用极小,重复压裂冲击波会通过射孔在岩样上形成一定规模的微裂缝。去掉绝缘套管后,裸电极作用于岩样造缝效果会更好,裂缝明显的呈现对称规则。

静水压力对岩石在等离子体冲击下压裂效果的影响

为了了解与掌握深井下水中放电冲击波对岩石的破碎作用规律,建立了静水压力高达35 MPa的电脉冲压裂装置,可模拟深井近3 000 m下的围压,并进行了不同静水压下等离子体冲击压裂实验。电脉冲压裂装置最高工作电压20 k V,最大储能40 k J。在0~25 MPa的静水压力条件下,对6块砂岩岩样进行了冲击压裂实验。实验结果表明,随着静水压力的升高,相同放电条件下压裂产生的裂缝长度和宽度明显降低。所以静水压力的升高将使得岩样损伤范围减小,孔隙度以及渗透率提升幅度下降。静水压力对冲击压裂后裂缝的形成、分布、生长具有明显的影响。与常压下形成的裂缝相比,施加围压后裂缝多集中在电极处,数量多,但是长度较短,存在不同程度的弯曲,甚至局部区域出现了环形裂缝。