Marx发生器驱动的电感储能型脉冲功率源

为研制电感储能型高功率脉冲源,实验研究了采用Marx发生器驱动电感储能-电爆炸丝断路开关的技术途径。研究表明,以等效电容1μF的Marx发生器作为能源,采用1.5μH的储能电感和上百根直径0.05mm、长560mm金属丝并联形成的断路开关,在Marx发生器等效输出电压>180kV时,可在约10Ω负载上输出峰值功率>40GW,能量传递效率>50%,脉宽近200ns,前沿约50ns的脉冲,从而证明该技术途径可较大幅度提高脉冲功率源的输出功率和能量传递效率。

新型电感储能脉冲功率驱动源

提出了将传统单个储能电感利用传输线分隔成两部分的新型电感储能脉冲功率驱动源技术方案。理论分析表明,利用传输线电容的耦合延时作用,可有效对调制器输出脉冲波形进行整形,并且可以进一步提高能量转换效率,从而克服传统电感储能脉冲功率源输出波形质量差(类三角波波形)的缺点。基于该思想开展了实验研究,获得了电压约300 kV,电流约20 kA的电子束,并成功驱动S波段磁绝缘线振荡器获得了百MW量级的微波输出。

20GW低阻负载电感储能功率调节装置研究

对电感储能/电爆炸丝断路开关功率调节系统进行了数值模拟,研制了输出峰值功率大于20GW的小型化低阻负载电感储能/电爆丝断路开关功率调节装置。实验结果表明:以电容器作为初始能源,在6～10Ω电阻负载上输出脉冲电压大于400kV、脉冲电流50～60kA,峰值功率大于20GW,能量转换效率大于30%。

电感储能脉冲功率源

电感储能脉冲功率源以其储能密度高、结构紧凑、体积小等优点被广泛应用于等离子体物理、高功率激光、电磁辐射等研究领域。其技术难点在于高功率和小型化，因此，提高能量传递效率是解决这一难题的关键。通过对电感储能脉冲功率源中最关键部件-电爆炸丝断路开关性能研究，研制出了较高性能的电爆炸丝断路开关，大大提高了能量传递效率，从而提高了功率源的输出功率。通过一体化结构设计，实现了脉冲功率源的小型化。

用于电磁发射的电感储能型脉冲电源的研究现状综述

作为电磁发射装置的基础组成部分,高功率脉冲电源在很大程度上决定着电磁发射技术的研究进展和应用潜能。关于脉冲电源的研究整体上可以分为三个阶段,分别是基本拓扑单元的研究、脉冲电源模块化研究以及多电源模块协同工作的研究。电感储能型脉冲电源具有较高的储能密度,并且以静态形式储能,这些优势使其成为近期诸多学者研究的热点之一。目前,国内外研究机构和学者对电感储能型脉冲电源基本拓扑单元及其实验验证研究取得了很大的进展,然而对于电源模块化及多模块协同工作的研究尚处于初级阶段。在综述电感储能型脉冲电源基本拓扑及其参量分析与实验验证等研究现状的基础上,提出将来研究的关键是如何将基本拓扑单元模块化、小型化,从而构建多模块协同工作的大电流脉冲电源系统,使其早日进入实际应用阶段。

新型爆磁压缩脉冲功率调制电路

爆磁压缩发生器一般具有较低阻抗,在驱动较高阻抗负载时需要脉冲功率调制电路。传统的脉冲功率调制电路需要脉冲变压器,体积庞大,若其后再采用传输线作中间电容储能,尽管输出波形有改善,但体积更大。提出一种无需脉冲变压器,把传输线当作电感储能元件的功率调制电路。该方案具有电路结构简单、体积紧凑、绝缘压力小等优点。文中同时给出了电路的仿真结果。该功率调制方案将使爆磁压缩的应用更加广泛。

脉冲功率技术综述

脉冲功率科学技术,是以电气科学技术为基础,把电工新技术和高电压-大电流技术融为一体的新型学科。本文首先科学地阐述脉冲功率定义、内涵和本质;其次,简介各种储能或脉冲发电系统(空间压缩);再次,简介能量的各种转换成形方法(时间压缩);最后,给出脉冲功率装置的各种负载及其应用,特别介绍了电磁发射技术。将使人们对脉冲功率科学技术有一系统完整的新认识。

电感储能型大电流毫秒级脉冲源研制

减小关断开关耐受电压和提高负载电流峰值是电感储能型脉冲功率电源研究的难点。基于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的结构特点,提出一种改进的meat grinder电路,采用大匝比的耦合电感线圈,并利用IGBT自身反并联二极管使电路自恢复过程自发进行,最终电路主体只用了两个IGBT构成电感储能型脉冲电源的拓扑。该拓扑降低了对开关管的控制要求,同时可以产生几十千安大电流,具有重频运行的潜力。该文对电路动态过程分阶段进行了详细的理论分析和电路仿真。仿真结果显示该电路可产生波形平滑、峰值较高的电流输出。基于仿真分析的拓扑,该文研制了4.61kJ的电感储能型脉冲功率电源,采用20:1的大匝比耦合电感线圈,并进行试验测试,负载电流峰值达到30.40kA,脉宽1.7ms,测试结果与预期结果吻合较好。

XH-1装置电感储能系统的电路模拟

针对ＸＨ－１装置电感储能系统，建立了电爆炸断路开关基于开关电阻倍增比与比能关系的电路模型，给出了与电感储能系统耦合时，利用ＰＳＰＩＣＥ模拟计算得到的开关上的电流电压波形和负载上的电压波形，分析了负载阻抗参数对输出脉冲的影响。

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。

超导储能连续脉冲电源ICCOS模块参数分析

半导体反向换流(ICCOS)技术是解决电磁发射用电感储能脉冲电源换流困难的一种有效方法。以用于高温超导电感储能脉冲电源的反向换流模块为研究对象,对超导电感储能脉冲电源的特点和ICCOS模块在脉冲电源中的工作原理进行分析,根据主开关(晶闸管)关断条件推导了ICCOS模块中电容器最小预充电压的选取方法,针对连续工作过程中的电容器最大电压值进行分析。为验证电容器最小预充电压和连续工作过程最大电压计算方法的正确性和有效性,将计算结果与电路仿真结果进行对比,并得出电容器最小预充电压和连续工作过程最大电压随电容值变化的趋势。计算和仿真结果都表明,随着ICCOS模块中电容值的增大,其最小预充电压和主开关的最大电压均呈现下降趋势,且下降趋势逐渐平缓。搭建小型实验平台,对主开关进行关断实验和连续放电测试,实验结果初步验证了分析结果的有效性。

电感储能型脉冲功率电源的拓扑研究

为构建电气性能良好的电感储能型脉冲功率电源的拓扑单元,以meat grinder类的拓扑为例,选择三种典型电路进行仿真对比.在1.42 kJ初始储能的前提下,比较了三种拓扑的电气性能.根据负载电流波形,发现meat grinder类电感储能型脉冲电源在放电结束阶段会产生较大的剩余电流.以此类电源作为电磁发射的供电系统,在电枢出膛时刻较大的剩余磁能会导致严重的膛口电弧和炮口烧蚀,从而降低系统的能量传输效率.基于meat grinder with SECT拓扑,提出一种可迅速关断负载电流的新型脉冲电源拓扑,并详细分析了该拓扑的工作原理.仿真结果表明:该拓扑具有良好的电流放大能力,同时具备负载电流关断能力强和能量转换电容电压自恢复率高的优点.

多级超导脉冲变压器的协调放电模式分析

为了探索多级超导电感储能的脉冲功率技术,设计两种基于多级超导脉冲变压器的XRAM结构的脉冲电源模式,并对其协调放电特性进行分析和仿真研究。首先介绍单级的基于超导脉冲变压器和电容器混合储能的脉冲电源电路及其工作原理。然后结合XRAM电路的结构特点,设计两种XRAM结构的脉冲电源模式,分析这两种脉冲电源模式各自的特点,仿真研究其不同的协调放电方式。最后选择负载电流脉冲的幅值、半高宽、矩形面积比和能量传递效率等四个性能为指标,分析两种脉冲电源模式的输出特性。结果表明:多级超导脉冲变压器可以采用XRAM电路结构,在多级同步放电的模式下负载电流脉冲在幅值、半高宽和能量传递效率等性能方面要优于非同步放电模式。

低电感大电流场畸变开关的研制

论述了场畸变开关的工作原理、物理设计和结构设计,实验验证其能同时达到低电感(≤40 nH)、低抖动(约21ns)和大电流(峰值>500 kA)等指标,同时还讨论了开关的设计和实验的改进措施。

电感储能功率调节装置小型化设计

介绍了电感储能功率调节装置的小型化结构设计，以及装置在高电压大电流条件下绝缘性能的优化设计。在以电容器（2μF、充电电压62kV)为初始能源条件下，在80Ω电阻负载上获得电压大于700kV、脉宽大于100ns、前沿小于50ns的脉冲输出，性能稳定可靠。

电磁轨道发射用脉冲电源系统的发展与现状

脉冲电源系统是电磁发射系统的重要组成部分,其性能影响着电磁发射技术的工程化应用进程。本文针对不同储能形式下(电容储能、电感储能和惯性储能)脉冲电源系统的研究现状进行了总结和展望。电容储能型脉冲电源运行可靠、调控灵活,在不同口径和射频需求下普遍适用;电容的低储能密度制约了在可移动平台上的发展,但由于技术成熟度最高,未来短期内是电磁发射工程应用的首选电源方案。电感储能型脉冲电源已初步完成千焦级模块的研制和兆焦级系统的搭建,但存在开关器件关断应力高和系统传输效率较低的问题,与工程应用存在一定差距。惯性储能型脉冲电源的储能密度最高,研究多集中于空心脉冲发电机,在理论分析、多物理场仿真等方面取得一定进展,高速实体电机的研制处于发展初期。

晶体管无触点点火装置(1)

晶体管无触点点火装置,因其点火能量均匀,火花强度大而逐渐受到重视。本文所述三种点火电路中,以2981为核心的电路性能最稳定,抗干扰能力最强,可适用多种车型。

带辅助磁场等离子体断路开关的数值模拟

利用全电磁网格粒子方法模拟了外加磁场对等离子体断路开关(POS)断路性能的影响,给出了电压倍增系数与外加磁场的关系曲线。数值模拟表明,外加轴向磁场线圈必须放在同轴型POS阴极的同侧才能显著改善开关的断路性能;当外加角向磁场时,内电极为阴、阳极的同轴型POS的断路性能都得到了不同程度的改善。随着外加磁场的增大,电压倍增系数将达到饱和。

电爆炸丝断路开关开断时间的实验研究

电爆炸丝断路开关以其优异的开断性能广泛地应用在电感储能型脉冲功率系统中,电爆炸丝断路开关在不同初始参数条件下的开断时间需要深入的研究。本文在搭建的电爆炸丝断路开关实验平台上进行了不同电容器初始电压,不同金属丝直径条件下的3组共9次实验。实验结果表明,当选用直径为0.2 mm的铜丝时,随着电容器初始电压由10 k V增加到15 k V,金属丝开断所用时间由6.4μs减小到3.2μs,切断的电流值由6.3 k A增加到20.7 k A;在电容器初始电压为15 k V时,随着金属丝直径由0.2 mm增加到0.3 mm,金属丝开断所用时间由3.2μs增加到6.5μs,切断的电流值由20.7 k A减小到12.1 k A。

三路平面二极管发射同步性实验研究

研究了单台脉冲功率源驱动三路并联真空二极管的爆炸发射电流的同步性和波形,设计了三路并联二极管和相关探测传感器。在此基础上进行了实验研究,结果表明,在单台脉冲功率源驱动下,三路并联二极管启动时间基本同步,波形基本一致。该研究结果对研制单台脉冲功率源驱动多路高功率微波器件合成输出的新型高功率微波装置提供了基础依据。