高效率高阻抗层叠Blumlein线固态脉冲发生器研究

为提高电压效率基于标准同轴电缆研制了1种高阻层叠Blumlein线固态脉冲发生器。首先,采用传输线理论和放电等效电路,分析了耦合传输线对层叠Blumlein线输出电压效率的影响,并利用数值仿真软件对外筒放电型和内筒放电型2种结构的层叠Blumlein线进行了模拟验证。理论与模拟结果表明:耦合传输线阻抗是造成电压效率损失和能量效率下降的主要因素,增大耦合阻抗可提高输出电压幅值和波形质量;内筒放电型结构能够减少耦合传输线的数量,从而提高电压叠加效率;同时,采取螺旋盘绕方式绕制及磁芯隔离的方法可增大耦合阻抗,进一步提高层叠Blumlein线的电压叠加效率。基于内筒放电型结构和磁芯隔离方法,研制了10级层叠Blumlein线脉冲发生器,并对其进行了实验测试。测试结果表明:充电电压为489 V时,输出脉冲电压幅值为4.56 kV,脉冲前沿约为21 ns,脉宽约为75 ns,输出电压效率为93.3%,测试结果有效检验了脉冲叠加效率提高方法的可行性。

半导体硅电极多通道放电机理研究

为了实现电火花加工同一时刻形成多个放电通道蚀除工件,克服现有放电加工理论中同一时刻仅有一个放电通道蚀除工件的限制,提出了采用半导体材料作为电极进行放电加工的新方法。首先,通过试验证明以半导体硅为电极加工金属可以形成多通道放电;其次,建立了半导体电极单通道放电等效电路模型,发现半导体电极在放电加工时不是一个等势体,并进行了电势差分布试验,验证了多通道放电形成的原因是远离放电点处的电势较高,可以同时形成击穿产生放电;最后,进行了半导体硅电极单脉冲放电试验及成型加工试验。试验结果显示,半导体硅电极通过1次脉冲放电同时形成多个放电通道,有效地分散放电能量,相较于金属电极,每个放电坑的直径和深度都显著减小。在相同放电参数下,对比钢电极,用硅电极进行电火花加工的表面粗糙度值下降71.7%。