闭环全光纤电流互感器阶跃响应上升时间研究

应用于柔性直流输电工程的闭环全光纤电流互感器(FOCT)为满足工程应用,需使用长距离保偏光缆实现偏振光信号的远距离传输,对其阶跃响应上升时间的影响尚未论证。此处从工作原理及输出特性两个方面分析了闭环FOCT采用M阶滑动平均滤波器特性、阶跃响应上升时间,并进行了仿真及试验验证,结果表明:影响阶跃响应上升时间的关键因素为光路渡越时间和滑动平均滤波器阶数,滤波器积分时间与闭环FOCT阶跃响应上升时间正相关;增加300m保偏光缆后闭环FOCT阶跃响应上升时间显著增加,通过控制滑动平均滤波器的积分时间可使闭环FOCT阶跃响应上升时间及测量性能与不增加长距离保偏光缆保持一致,解决了闭环FOCT增加保偏光缆引起阶跃响应上升时间增加的问题,满足柔性直流输电工程对其快速响应及特性稳定的需求。

超宽带高功率脉冲对裸导线的耦合特性分析

针对裸露导线面临的电磁干扰问题,基于时域有限差分法(finite-difference time-domain,FDTD),利用CST模拟仿真了超宽带高功率脉冲(ultra-wide band high power pulse,UWBHPP)对裸露导线的耦合响应特性。首先,基于FDTD算法,对沿水平方向铺设的裸露导线进行建模;其次,计算了不同超宽带高功率脉冲垂直辐照离地10 cm的裸露导线时,不同长度裸露导线耦合信号的结果;最后,分别分析了裸露线缆耦合电压峰值及耦合电压上升沿与线缆长度的关系。仿真结果表明:裸露导线的耦合电压峰值先随线缆长度的增加而增加,最终趋于稳定;耦合电压的上升沿随线缆长度的增加也会趋于稳定;相近脉冲宽度、不同上升沿的UWBHPP信号对耦合信号影响较小,相近上升沿、不同脉冲宽度的UWBHPP信号对耦合信号影响较大。仿真结果可为线缆的电磁防护设计提供了参考。

高功率脉冲对接地传输线耦合的FDTD方法

为研究高功率(HPEM)脉冲对电子设备连接线的电磁干扰问题,采用时域有限差分(FDTD)法分析了接地多导体传输线的电磁耦合响应。采用反射定律结合傅里叶变换计算了地面的电磁贡献,通过与直接照射场叠加得到了多导体传输线的激励场,运用二阶精度的中心差分方法对传输线方程进行了离散,给出了节点电压与电流的FDTD迭代方程,FDTD计算域截断采用前后向差分结合终端广义戴维南定理来完成。数值计算得到高功率高斯脉冲对多导体传输线接地负载的电压响应,该方法具有观察点可灵活选取的特征,最后通过典型算例分析了入射波照射方向、接地负载对传输线瞬态耦合的影响规律。

柔性直流输电系统直流电流测量装置阶跃响应试验电源关键技术研究

直流电流测量装置是直流输电系统中测量电压和电流的重要设备。为有效甄别直流测量装置的阶跃响应特性,提高电流波形控制水平,研究柔性直流输电系统直流电流测量装置阶跃响应试验电源关键技术。本文分析柔性直流输电系统直流测量装置阶跃响应试验电源的关键指标,根据电路结构研究阶跃试验用电流源的技术方案,通过电路结构与多级LC回路基本原理,计算影响电流源的关键参数,设计波形控制技术。仿真结果表明:本文方法上升时间<10μs,脉宽≥5 ms,最大过冲<5%,趋稳时间<100μs,可满足技术指标要求,实现陡前沿、长脉宽、高幅值的电流输出。

高压强流陡脉冲测量技术的研究

为了正确研制和应用强流陡脉冲测量装置，着重介绍了在带磁芯的罗柯夫斯基线圈研究方面的研究成果，通过理论分析澄清了以往国内外研究中一些合混不清或不确切的部分，研究证明，根据正确的理论分析和合适的措施，研制成的测量装置性能优异、频带较宽、抗干扰能力较强，因而有广泛的应用前景。

纳秒级不同脉宽的信号对电容分压器的影响

为选择和设计适用的电容分压器以完善测量系统 ,先简析了电容分压器测量不同脉宽信号的不同结果 ,再研制了自积分模式电容分压器 (分压比为 1370 ,方波脉冲响应时间 0 .6 5ns)来测量脉宽分别为 10 0和 10ns的信号 ,实验结果与理论分析一致。

一种10kV方波电压发生器

为了对高电压分压器进行实验标定,研制了一台最高输出电压为10 kV的方波发生器。它由直流高压源、脉冲形成线、高气压气体火花开关和脉冲传输线构成,以波阻抗为50Ω的聚乙烯高频同轴电缆作为脉冲形成线和脉冲传输线,并采用紧凑型氮气火花开关,改变脉冲形成线的长度和开关的气压可分别改变方波脉宽和幅值（3-10 kV）。实验中脉冲形成线的长度为10 m,对应的方波脉宽为100 ns。开关中氮气为0.2-0.7 MPa时,输出方波前沿的上升时间为14.1-1.5 ns,随气压的上升而急剧下降,且上升时间和气压的关系式不同于由J.C.Mar-tin公式推导的结果。0.7 MPa时间隙静态击穿场强高达500 kV/cm,为输出方波上升时间大大减小的根本原因。由上述实验知：该方波发生器完全适合于高电压分压器的实验标定。

柔性直流输电用直流电压测量装置暂态响应试验研究与装置研制

柔性直流输电技术是以电压源换流器(VSC)、可关断器件和脉宽调制(PWM)技术为基础的新一代直流输电技术,较常规直流而言对暂态保护特性有更高的要求。以柔性直流输电用直流电压测量装置的暂态响应试验为研究对象,通过暂态响应的试验现状、标准要求、试验方法和试验参数的研究,提出基于固态MARX发生器阶跃方波电压源的暂态响应试验技术,研制完成柔性直流输电用直流电压测量装置暂态响应试验系统,实现满足标准要求的快速上升长脉宽的暂态响应试验及测量。仿真和试验结果表明,提出的柔性直流输电用直流电压测量装置的阶跃响应暂态特性试验方法及试验设备,其性能指标满足柔性直流输电工程用直流电压测量装置阶跃响应暂态特性试验要求,可方便有效地评估直流电压测量装置暂态响应特性,对保障直流输电工程系统的安全稳定运行具有重要意义。

气体火花开关放电的数值模拟

基于Rompe-Weizel火花动态电阻公式，数值计算了电容器经火花开关放电时负载电阻上的输出电压。在相同电参数条件下，计算所得的峰值电压为54kV，前沿为2．0ns，与实验所得的55kV和2．3ns基本吻合。基于Braginskii火花动态电阻公式，在假定火花开关电导率恒定与电导率渐变的条件下，利用传输线放电电路数值计算了气体火花开关的非线性动态电阻。与已有实验测量结果（0．7～0．9Ω）对比，发现电导率渐变模型（0．5～0．8Ω）更适合用于反映火花开关的动态电阻变化过程。进而在此模型中引入了负载电阻项，通过计算负载端的透射电流，数值计算得单脉冲形成线对负载放电时的电压脉冲前沿为7～9ns，而利用单线经高压氢气自击穿火花开关放电得到初步实验结果为8ns。

电容快放电型触发器的电路分析与设计

为获得快前沿的高电压脉冲,分析了电容放电型触发器的电路,利用简化的等效电路研究了放电回路参数和气体开关的火花通道电阻、电感对触发脉冲上升时间的影响。分析了电压波在高阻抗负载上形成触发脉冲的过程,讨论了不同置地元件对输出波形的影响。在此基础上,给出了快前沿的电容放电型触发器的基本设计原则,并完成了30与100 kV快前沿触发器的设计。结果表明,30 kV触发器输出脉冲的前沿约12 ns,高阻抗负载上的幅值可达44 kV;100 kV触发器输出脉冲的前沿约10 ns,高阻抗负载上的幅值可达170 kV。

低抖动快前沿高电压重复率触发器

介绍了一种低抖动、快前沿高电压重复率触发器,输出参数为:重复率可达100pulse/s,输出时延约225ns,抖动约1ns,前沿约26ns,脉宽约70ns,高阻负载上电脉冲的峰值可达-40kV,重复率为50pulse/s时,峰值可达-51kV,单次工作时的峰值可达-60kV。该触发器主要由控制单元、高压供电单元与脉冲形成单元构成,脉冲形成单元采用了低电感电容对负载快放电的结构,建立开关为氢闸流管。实验发现,氢闸流管存在微导通状态,开关的通道电阻及维持的时间与开关极间的电势差有关;电势差越高,通道电阻越小,微导通状态维持的时间越长。此外,氢闸流管的导通性能受灯丝加热电源的影响明显,当加热电压较低时,氢闸流管导通缓慢,延时与抖动较大,当加热电压过高时,氢闸流管易于发生自击穿。

瞬态电压抑制器在快上升沿电磁脉冲作用下的瞬态响应

为了研究瞬态电压抑制器(TVS)对快上升沿电磁脉冲的响应,基于传输线脉冲(TLP)测试理论,建立了由高频脉冲发生器、同轴电缆、专用测试夹具、30dB脉冲衰减器和高性能的数字存储示波器等组成的测试系统。参考时域传输(TDT)TLP测试方法,利用该测试系统,对典型双极TVS器件在快上升沿电磁脉冲作用下的电流特性和电压特性进行了研究,并对试验数据进行了拟合分析。结果表明,TVS器件的箝位电压、峰值电流等参数均随着测试电压的增大而增大,且与测试电压呈线性关系;而由箝位电压决定的箝位响应时间受测试电压的影响较小。经对比分析实验结果得出,对快沿电磁脉冲,采用固定响应时间下的箝位电压来衡量TVS器件的防护性能是较为合理的。

柔性直流输电用直流电流互感器保护特性试验技术研究及其测量装置研制

针对柔性直流输电用直流电流互感器保护特性试验技术及试验设备难以满足现状的问题,开展阶跃响应特性及相关保护特性试验技术研究,提出基于模块化组合方式的直流电流互感器阶跃响应试验技术,研制直流电流互感器阶跃响应测量用的快速上升长脉宽试验大电流源,完成柔性直流输电用直流电流互感器阶跃响应等验证试验。仿真和试验结果表明,所提出的柔性直流输电用直流电流互感器保护特性试验方法,可大幅度减小试验电源容量,满足标准要求的快速上升长脉宽阶跃方波大电流模拟输出,其性能满足柔性直流输电工程用直流电流互感器保护特性及阶跃响应试验要求,解决直流互感器保护暂态特性难以准确评价的难题。

多组多路输出100kV快前沿电脉冲触发系统

在多路并联运行的电容储能型脉冲功率源中,为实现初级储能气体开关和脉冲形成主开关的同步,需要多组延时可调、每组多路输出的快前沿高电压脉冲来分别触发,为此研制了一套快响应低抖动100 kV快前沿电脉冲触发系统。该系统由同步机DG535和多组电脉冲放大单元组成,各组放大单元输出脉冲的延迟时间可调,延时步长由DG535设定,每组最短延时时间约为305 ns,抖动2 ns,可同时输出多路触发脉冲,在高阻负载上幅值可达180 kV,当输出信号为4路时,上升时间10 ns,当输出信号为8路时,上升时间15 ns。

含电穿孔的细胞膜和核膜跨膜电位仿真

细胞膜和核膜跨膜电位的计算是实现电穿孔效应准确预测的关键所在。基于球形细胞全电路等效模型,引入介电参数阶跃模型来表征细胞膜的电穿孔效应,定量计算了包含细胞膜电穿孔效应的细胞膜和核膜跨膜电位的幅频特性。结果表明:频率大于104 Hz的脉冲电场作用时细胞膜的跨膜电位明显减小,尤其当频率大于108 Hz时,细胞膜的跨膜电位减小7 d B;频率小于106 Hz的脉冲电场作用时核膜的跨膜电位将显著增加,尤其当频率小于102 Hz时,核膜的跨膜电位增加高达19 d B。因此,当脉冲电场作用于生物细胞时,引入电穿孔效应才能准确揭示其跨膜电位的规律。

HL-2A型受控核聚变装置高压电源用脉冲分压器的设计

在受控核聚变中,电源电压的准确测量十分重要,要求作为脉冲测量系统的第1级关键部件的分压器具有良好的响应特性和稳定性。为此,结合实际工况,提出了适合此类电源特性的分压器设计参数。考虑杂散参数对分压器性能的影响,建立了包含分布电容、杂散电感的电阻分压器参数模型,基于电路理论二端口网络分析方法从理论上推导其传递函数和响应时间的表达式。根据该模型提出分压器的相关参数,并采用玻璃釉膜电阻制作分压器。对分压器进行脉冲高压响应的标定实验,与泰克高压探头对比结果表明2者所测波形比较相符,尤其是开通与关断时刻的波形,能准确反映电压信号的暂态过程。该分压器能实时、准确地测量电源输出电压,为电源暂态过程分析和系统反馈调节提供依据。

高功率微波短脉冲雷达接收机保护装置设计

探讨现代技术条件下军用雷达接收机保护技术发展的新需求、高功率微波短脉冲雷达接收机保护装置的组成原则和在实验的基础上空间隔离设计与接收机前端限幅控制电路的设计方法以及高功率微波短脉冲雷达接收机保护装置的系统结构 ;对接收机前端限幅控制电路的性能进行了实验分析 ,采用常断PIN开关限幅控制电路是解决雷达接收机响应速度指示问题的一个有效途径 .

微分环的研制

微分环用于测量纳秒级脉冲电流。本文通过理论分析导出影响微分环性能的特征参数及设计原则。按上述原则制成的微分环经同轴式模拟试验装置验证及理论计算,证明其性能优良,上升时间小于1ns。

快速关断半导体开关工作特性及实验研究

介绍了快速关断半导体开关(DSRD)的工作原理,研究了开关内部的物理过程,分析了系统参数对开关输出特性的影响,研究发现:基区材料的击穿阈值越高、载流子饱和漂移速度越大输出电压上升速率越快;基区高的电场击穿阈值或低的掺杂浓度会增加器件关断时间和最大工作电压;考虑各参数的影响,基于高击穿阈值的DSRD是实现快脉冲输出的理想器件;缩短正向泵浦时间可有效抑制预脉冲,当正向泵浦时间小于200 ns时,输出脉冲波形基本不变;为了获得理想的脉冲前沿,反向电流应在达到峰值时完成对注入电荷的抽取。设计了单前级开关的DSRD泵浦电路,研制了基于DSRD的快脉冲产生系统,输出脉冲前沿约4 ns,电压约8 kV,电压上升速率约2 kV/ns,满足FID开关器件对触发电压的要求。

一种纳秒前沿的负高压脉冲产生电路

Marx发生器是一种广泛应用的高压脉冲电源,由高储能密度、低电感的电容器和电子开关组成,利用电容充放电方式产生高压脉冲.本研究通过分析经典Marx发生器的充放电特性,提出一种基于功率金属氧化物半导体场效应管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)的负高压电路设计方法.测试结果表明,该电路在所加直流电压为1 500 V时,能够产生幅度为2倍于直流供电电压,下降沿小于10 ns的负高压脉冲.