1MV/100kA快脉冲直线型变压器驱动源装置设计

快脉冲直线型变压器驱动源(LTD)技术是一种可以直接获得<100ns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的应用前景。为了掌握LTD装置设计技术,基于已经研制完成的100kV/100kA快脉冲LTD原型模块,设计了输出电压/电流分别为1 MV/100kA的快脉冲LTD装置。装置由10级LTD模块串联而成,系统总储能为20kJ,次级采用真空磁绝缘传输线结构。装置直径约1.5m,长度约2.2m。根据10级LTD模块串联装置系统电路分析和数值模拟,结果表明在10Ω负载上的输出电压约为1.08MV,上升时间约51ns,脉宽为168ns。同时还针对磁绝缘传输线锥形和直筒形阴极结构建立了简化模型,采用PIC粒子模拟编码对其进行粒子模拟,结果表明,2种结构在负载端的输出电压均约为1MV,输出阻抗接近10Ω,同轴传输线间隙的电子流能够实现磁绝缘。

直线型脉冲变压器模块的响应特性

介绍了短脉冲应用中磁芯的选取,设计了一台两路并联馈电的单模块直线型脉冲变压器驱动源(LTD)装置。在低压情况下测试了装置对不同脉宽信号的响应特性,在此基础上利用一级脉冲形成网络提供的输出阻抗约5Ω,脉宽约3μs的近似方波信号对装置进行了高压实验,得到了匹配负载情况下LTD次级上的输出电压波形,和脉冲形成网络的输出波形得到了很好的吻合。建立了相应的LTD电路模型,利用Laplace变换推导了模型对有限上升前沿脉冲的响应,证明了励磁电感偏小是造成实验中LTD装置输出电压幅值明显低于充电电压的主要原因,提出了改进方法并进行了实验验证。

重复频率直线变压器在长脉冲高功率源中的应用

在初级脉冲整形的基础上,利用快直线变压器技术,可以使长脉冲高功率微波驱动源的结构紧凑并实现模块化。为此着重分析了直线变压器的传输效率,研究了导致系统输出波形畸变的主要因素。通过工程实验,取得了功率数GW、重复频率25 Hz、前沿约40 ns、宽度约160 ns的长脉冲电子束流输出。

快脉冲直线型变压器驱动源同步触发系统

提出了一种基于单传输线脉冲成形技术的模块化快脉冲直线型变压器驱动源的同步触发系统的概念设计,主要由级数较少的Marx发生器、脉冲形成线、主开关、脉冲传输线及触发引出电缆等组成。利用等效电路模型,研究了Marx发生器与脉冲形成线的配合关系,当发生器同时驱动多路形成线时,可以有效增加触发脉冲的数量,并能提高能量利用效率,但触发脉冲的幅值会降低。研究了水介质线阻抗与引出电缆数量对触发脉冲的影响,结果表明:随着电缆序号的增加,触发脉冲的幅值逐渐降低,并且水介质线的阻抗越高,幅值降低的速度越快。触发脉冲也可同时引出,驱动单路形成线输出60路时,触发脉冲的峰值约为293kV,前沿约11ns;当驱动5路形成线输出300路时,触发脉冲的峰值约为151kV,前沿约11ns。

基于Blumlein脉冲网络的直线型脉冲变压器设计

为了实现能产生重复频率矩形高压脉冲输出的紧凑型脉冲功率源,设计了基于脉冲形成网络的直线型脉冲变压器。以陶瓷电容和光导开关构建全固态Blumlein型脉冲形成网络,分析了磁芯参数对能量效率和平顶度的影响,计算了设计的脉冲功率源的分布参数,并基于分布参数建立了了全电路模型。研究结果表明足够的磁芯伏秒数是直线型脉冲变压器运行的必要条件,而分布参数是引成输出脉冲畸变的另一重要因素。

300kA直线型变压器驱动源模块实验研究

介绍了14支路并联的300kA百ns直线型变压器驱动源单级模块的结构和关键部件。模块通过采用双端引出电极电容器以及小型多间隙串联气体火花开关,可以并联更多的支路数,减小回路电感,提高储能密度;通过采用非晶磁芯,减小磁芯损耗,提高模块耦合效率。实验研究了初级气体开关工作系数对模块输出的影响,实验结果表明:模块开关电压工作系数达到0.7,多间隙串联开关才能较好同步放电;给出了快直线型变压器模块的初步调试实验结果,在模块充电±90kV,开关气压0.32MPa情况下,匹配负载电流峰值可达到302kA,上升时间约100ns,负载上获得的峰值功率为23GW。

带磁芯的高功率带绕式脉冲变压器的初步研究

对高功率带绕式脉冲变压器磁芯的设计进行了初步考虑,从理论上分析了在高功率带绕式空芯脉冲变压器中加入部分磁芯对变压器内部电磁场分布及耦合系数的影响。理论分析和实验结果均表明:磁芯对高功率带绕式脉冲变压器耦合系数的提高有显著作用,并能改善变压器内部的电磁场分布;设计的高功率带绕式脉冲变压器耦合系数可达0.88,与相同结构尺寸的带绕式空芯脉冲变压器相比,耦合系数提高10%。

高功率脉冲变压器设计

简要介绍了高功率脉冲变压器,讨论了国内外该领域相关研究现状,总结了高功率脉冲变压器设计中减小上升时间及顶降,展宽输出脉宽,提高耐压性能及能量效率的方法和闭路磁芯的应用。为了使高功率脉冲变压器具有高能量传输效率,且输出波形上升时间短,脉冲宽度宽,本文采用具有高磁导率和高饱和磁感应强度值的磁性材料制造的闭路磁芯,并在变压器绕制过程中采取相应措施来达到目的。

小型脉冲功率发生器的电路方法与实践

基于实用的观点综述性地归纳了小型脉冲功率发生器的主要电路方法,从电路的储能原理和电压叠加到开关单元设计及控制信号的产生技术。以作者的实际工作内容为主,用具体的电路实例介绍了几种脉冲功率电路的基本结构和主要结果。这些电路包括:电容储能Marx发生器,电感储能Marx发生器,混合储能Marx发生器,电容储能直线型变压器驱动器(LTD)和电感储能LTD。

高功率脉冲变压器铁心的研究

本文针对用于磁脉冲压缩器中的高功率脉冲变压器铁心问题,探讨了它的结构参数及其材料选择原则,为设计打下良好基础,同时也为研究其它脉冲变压器和磁开关的铁心提供参考。

紧凑型可重复运行的高功率纳秒脉冲源

讨论了一种低阻抗、高储能密度、可输出中等高压的百ns脉冲形成技术,其输出波形质量较好;采用磁感应电压叠加技术将该脉冲形成装置输出的中等高压脉冲叠加到应用需求的高电压高功率脉冲。研究表明单个感应模块可在2.8Ω的负载上获得脉冲宽度为220ns,前沿为50ns的中等高压脉冲。

高压强流脉冲变压器

在脉冲功率调制系统研究中 ,其核心技术之一是脉冲变压器的研制。本文描述了脉冲变压器的技术要求和结构参数设计 ,并给出了实验测试结果 :变压器的初级电感为 3 6μH ,耦合系数为 0 77。当初级输入电压为 60kV时 ,次级输出电压可达到 50 0kV。

三谐振高压脉冲变压器理论分析与模拟

介绍了一种基于空芯变压器的三谐振高压脉冲变压器。通过对三谐振脉冲变压器无损等效电路的理论分析,给出了在回路本征频率为1∶2∶3时,电路各参数的关系及输出电压解析表达式,由此可知在此条件下变压器次级高压绕组上的最大电压与负载电容上最大电压比为0.36∶1。根据理论结果,设计了一组参数进行了电路模拟,证明了理论分析结果的正确性,可用于三谐振脉冲变压器的设计。并模拟了变压器耦合系数、调谐电感、调谐电容、初级电容及负载电容等参数变化对装置输出电压及能量传输效率的影响。由模拟结果可知,调谐电感和调谐电容在-10%-10%范围,初级电容在0-10%范围以及负载电容在-10%-0范围内变化对装置的性能影响不大,该变压器较容易实现工程化。

长脉冲高功率无箔二极管动力学模拟

从二极管设计基础出发,对高功率无箔二极管动力学特征进行了模拟分析。结果表明:电子回轰必须被隔断,不仅不能让其轰击支撑绝缘体,也不能轰击二极管管壁。在直线变压器长脉冲功率源二极管实验研究中,通过合理设计阴极屏蔽座,获得了重复频率25 Hz、功率约5 GW、功率传输系数超过95%的环形电子束输出。

一种新型的高功率微波脉冲功率源研究

从微波器件角度提出一种新型脉冲功率源,采用脉冲空心变压器技术路线,通过特殊设计,使初级线圈不仅为次级线圈提供变化磁通,也产生脉冲高压,脉冲高压对脉冲形成线充电,然后产生微波器件需要的电子束,同时初级线圈也可以为微波器件提供相应较强的引导磁场,从而实现脉冲功率源同时为微波器件提供电子束和相应的引导磁场。该新型脉冲功率源可以在一定工作范围内较好地提高脉冲功率源的利用效率,尤其是在小型化结构方面更为明显。

一种重复频率的高功率脉冲发生器

介绍了一种由 Ｔｅｓｌａ 变压器和同轴脉冲形成线组成的高功率、高重复频率的脉冲发生器，其特点是结构紧凑，容易实现小型化。简述了该发生器的结构，论述了基本原理和特性，分析了应用前景。

Z箍缩动力学行为及其直接驱动型脉冲源研究进展

Z箍缩在惯性约束聚变、强脉冲辐射效应等前沿科技和国家安全领域发挥着重要作用。该文综述了Z箍缩等离子体动力学行为及其直接驱动型脉冲源关键技术方面的研究进展。首先,总结Z箍缩等离子体的实验诊断技术的发展,特别是激光汤姆逊散射流场诊断方法以及基于磁旋光效应的磁场诊断方法;其次,分析Z箍缩消融、内爆等过程中磁场演化图像及其作用机理的研究进展;再次,面向提升内爆品质的需求,总结预脉冲电流调控质量分布、外施轴向磁场调控等对丝阵Z箍缩内爆动力学行为的影响。同时,面向功率百太瓦级的大型Z箍缩装置建设,概述直接驱动型脉冲源新技术路线中的快直线型变压器支路技术、触发技术以及单路脉冲源的主要进展。最后,总结并提出下一步需要重点攻克的研究方向,主要包括长内爆时间下等离子体不稳定性抑制方法、大型直接驱动型脉冲源电磁能高效传输汇聚方法以及可靠运行技术等。

高功率脉冲射频管DC灯丝加热

直流灯丝供电是减小灯丝相位推移影响及提高管子稳定性和寿命的重要方法之一。本文分析研究了高功率脉冲射频管灯丝加热遇到的一些特殊问题，包括选择最佳线路拓扑，使低压灯丝与高压脉冲兼容，实现脉冲、直流与交流平衡；对不同种类的射频管，直流灯丝电流流向应有不同要求；以及阴极大电流低纹波直流电源的整流和滤波元件的选择、设计和组装。

快脉冲直线变压器驱动源模块的原理及实验

直线型变压器驱动源（LTD）技术是一种新的脉冲功率技术，它产生的快上升沿（约100ns）的高功率脉冲能直接驱动负载而不需要任何脉冲压缩段。这里阐述了LTD模块的工作原理及基本电路模型，研制了输出脉冲上升时间小于100ns的快脉冲LTD模块，并进行了初步的实验研究。实验结果显示，该LTD模块具有产生快脉冲的能力，

高功率脉冲能源装置监控系统的研制

在脉冲功率技术中，过去常通过步进电机甚至手动方式带动自耦变压器对Marx充电，已经适应不了现代物理试验实时测控、高精度的要求。作者开发了一套基于PC的高功率脉冲能源装置监控系统，采用可编程高功率交流电源及数字延时机等装置，完成了对Marx的远程线性充电、整个脉冲功率装置的程控触发以及装置状态实时监控等功能。