一种基于电感储能技术的紧凑型高功率脉冲源

基于电感储能技术 ,采用金属丝电爆炸断路开关 ,研制成功了紧凑型脉冲功率源 (其能量传输效率近 4 0 % ,体积约 0 3m3 )。它能在电阻负载上得到电流 >6 0kA、电压 >4 0 0kV、功率 >2 0GW的电脉冲 ,通过调节金属丝爆炸断路开关的长度、根数、直径、储能电感的大小、电容器的充电电压以及削尖开关中气体的压力等参数 ,在一定范围内容易实现同负载的阻抗匹配。

电爆炸切断开关的实验研究

电感储能系统中的关键技术是切断开关技术，本文论述了导体的电爆炸机制，以及作为切断开关爆炸导体参数选取的经验公式，并设计了一种爆炸导体切断开关的装置结构，在实验中取得了较好的结果。通过调节导体参数，可得到脉宽２８０ｎｓ，电压增益达到十几倍的高功率脉冲信号，其结果对我们通过用虚阴极二极管等器件作负载来产生高功率微波有重要的意义。

利用爆磁压缩发生器产生高功率脉冲高电压

爆磁压缩发生器产生脉冲高电压技术可以用于产生高功率微波及强电磁脉冲的实验研究。给出了利用螺旋型爆磁压缩发生器(HEMG)驱动电爆炸丝功率调节系统产生高功率脉冲高电压的实验方法和主要的结果。在利用HEMG驱动电爆炸丝断路开关(EEOS)产生脉冲高电压实验中,获得了最高电压700～800kV,功率大于20GW的脉冲输出。

电爆炸丝开关-传输线储能功率系统性能分析

给出了含电爆炸丝断路开关的传输线电感储能功率调节系统的理论模型和数值模拟结果。讨论了电爆炸丝截面积。

电爆炸断路开关

叙述了金属导体电爆炸的物理过程 ,分析了金属导体电爆炸时电阻率与比作用量、压力、能量、密度、爆炸产物膨胀速度、导体电流密度及周围介质等影响因素的关系 ,从而确定电爆炸断路开关的一般设计原则。

高电压脉冲功率调节系统的数值模拟

介绍高电压脉冲功率调节系统（储能电感／断路开关）的模拟计算方法．根据使用的初始能源种类不同，分别对电容器模型和简单的爆炸应压缩发生器（ＭＦＣＧ）模型作了初步计算．对于后者，分别考虑不带断路开关和带断路开关负载两种情况，从结果比较可知电流将变化２０％—３１％．在电容器模型中，分别考虑了负载、初始充电电压、储能电感等因素的影响．通过计算表明，要得到理想的输出结果，必须对系统运行参数进行优化．

组合开关高功率脉冲调制电路的研究

采用环形电极结构的气体火花开关和电爆炸丝断路开关,研制了高功率脉冲调制电路。该电路通过压缩陡化爆炸磁频率发生器的输出而产生上升沿为纳秒级的宽频脉冲信号。结合球形和平面形结构电极,对环形电极脉冲陡化实验进行对比分析;根据电爆炸丝电阻率与比作用量的关系,在电路仿真软件Pspice中建立模型,并对电爆炸丝快速断路特性的数值仿真以及相关的实验研究;最后,进行了脉冲调制电路的实验,结果表明:在注入能量为35kV时,获得了上升沿为1.68ns、峰值为197kV的脉冲电压信号,压缩能量达到5倍以上,为下一步脉冲调制电路与爆磁压缩发生器的联合调试提供了理论依据和实验支持。

基于PSpice的电爆丝断路开关数值仿真

电爆丝断路开关是在电感储能系统中广泛应用的断路开关,其具有结构简单、成本低、截断能力强的特点。介绍了电爆丝工作的基本原理,其本质为一个快速增长的电阻,利用高阻抗来实现断流。通过PSpice软件建立了电流通过电爆丝断路开关工作时,其电阻变化的模型,从而可以仿真电爆丝断路开关的工作过程。设计了一组电爆丝断路开关的实验,PSpice模型仿真结果同实验结果进行了比较。结果发现,该模型起爆时刻,产生电压幅值等方面和实验结果比较接近,说明该模型比较科学合理,对以后的电爆丝断路开关的设计具有较大的参考价值。分析了产生误差的原因及该种仿真方法的局限性。

爆炸驱动铁电体电源快脉冲产生技术

以发展轻小型高电压脉冲驱动源为出发点,提出采用爆炸驱动铁电体作为初级电源,通过电感储能与电爆炸丝断路开关进行脉冲压缩和功率放大,探索基于爆炸驱动铁电体电源的小型化高电压快脉冲产生技术。从爆炸驱动铁电体电源的全电路模型和铁电陶瓷材料特性出发,通过理论分析和仿真研究,分别对大电流模式和高电压模式的爆炸驱动铁电体电源的物理参数进行了设计,获得了铁电体电源工作模式和电路参数对产生高电压脉冲的影响规律,认为铁电体电源高电压模式更适合于与断路开关技术结合产生高电压快脉冲,并通过实验对该技术原理进行了验证。实验中铁电体电源输出电流约360 A、脉宽约3.8μs,对17.5 nF电容器充电至75 kV,电容器放电后在电爆炸断路开关中产生峰值大于12 kA的脉冲电流,最终在X射线二极管负载上获得了电压峰值大于180 kV、前沿3 ns、脉宽30 ns、电流峰值3.4 kA的高电压快脉冲。

电爆炸丝断路开关的电磁辐射研究

为研究电爆炸丝开关切断时产生的强度在近距离内可对效应物产生严重破坏的电磁辐射,在TomaChan系统装置中用拉杆天线测得了所产生的电磁辐射信号波形并经FFT变换后得到其频谱也得到了通过电爆炸丝开关的电流。结果表明电爆炸丝开关所产生的信号是一个主频在75 MHz频谱较宽的电磁波。所测电流峰值约为19 kA,其随时间变化过程可以分为3个阶段。分析讨论了开关运行的辐射干扰现象以及产生机理,为辐射干扰进行屏蔽防护提供参考,可供带有电爆炸丝切断开关的脉冲功率系统产生辐射的研究参考。

圆盘型发生器驱动固体套筒内爆的数值模拟

根据电爆炸箔断路开关的简化数值模型和不可压缩固体套筒的零维模型,利用Matlab编写了用于模拟圆盘型发生器驱动固体套筒内爆的一体化程序D-Liner,对圆盘型发生器、电爆炸箔断路开关、固体套筒内爆的耦合过程进行了数值模拟,分析了电爆炸断路开关工作电压、套筒半径、套筒速度的变化过程以及电爆炸断路开关对发生器电流波形的影响,并对套筒参数进行了优化设计。计算结果表明,以直径400mm的十单元圆盘型发生器为驱动源,采用长度72cm、厚度120μm的铜箔作为脉冲锐化开关,当初始电流为5.9 MA时,圆盘型发生器能够获得35 MA的脉冲大电流,电爆炸箔断路开关在击穿与之并联的间隙开关之后可以在固体套筒上产生230kV的高电压和31MA、特征上升时间1.6μs的脉冲大电流,能够把50g柱形铝套筒加速到13.7km/s。