多间隙气体开关电感

介绍了一种用于快脉冲直线变压器的低电感多间隙气体开关。专门构造了多种形式的单通道放电实验,测量了在不同形态单通道放电时的开关电感,研究发现:单通道放电时开关电感除了受到角向电流的影响,还与电弧通道引起的放电回路面积变化有关,开关电感理论计算值与单通道放电时的实测结果最接近;开关在自放电和触发时,均形成了多通道放电,电感明显降低,触发时开关电感最小约为49 nH,电极角向电流的影响可以忽略。     

分布电感对脉冲电源充电T型保护回路的影响

在使用基于高频开关变换充电技术的充电机对脉冲电源充电时,由于充电回路中分布电感的存在,在高频电流充电过程中,会在充电机T型保护回路两端产生高于充电电压的过电压,存在损坏T型保护回路半导体功率器件的风险;为解决此问题建立充电机及脉冲电源回路仿真模型,通过仿真分析得到充电回路分布感变化对T型保护回路影响的初步规律,然后通过实验进一步验证该规律。为了减少充电回路分布电感对T型保护回路影响,针对性地提出了减少充电回路的分布电感解决方案,主要方法是改变输出线缆类型、长度等措施,并通过仿真与实验来验证该方案的有效性,为脉冲电源工程化应用提供可靠的参考依据。     

电感储能加速器运行中电磁辐射的实验研究

发现了一个被普遍忽视的问题, 在电感储能加速器运行中产生很强的电磁辐射. 这种电磁辐射在一定距离范围内可以对测量仪器造成破坏. 通过多次测量, 发现此辐射主频在75MHz左右, 频谱较宽, 是一低频电磁波. 以同轴电缆作为测量仪器的替代物, 测量辐射场对同轴电缆的作用, 罗氏线圈测得电流幅值达217mA. 辐射可能是由回路LC振荡或者加速器中的电爆炸丝开关引起的. 基于LC振荡和电爆炸丝的工作原理, 分别讨论了辐射产生的物理过程. 我们更倾向于认为辐射来源于开关导通引起的回路LC振荡. 此外, 辐射强度受电流的变化率影响, 初级回路电流变化慢, 次级回路变化快, 这样产生了一弱一强的两个辐射信号. 这些为进一步研究电感储能加速器运行中的电磁辐射及防护提供实验支持.     

电感储能加速器运行中电磁辐射的实验研究

发现了一个被普遍忽视的问题,在电感储能加速器运行中产生很强的电磁辐射.这种电磁辐射在一定距离范围内可以对测量仪器造成破坏.通过多次测量,发现此辐射主频在75MHz左右,频谱较宽,是一低频电磁波.以同轴电缆作为测量仪器的替代物,测量辐射场对同轴电缆的作用,罗氏线圈测得电流幅值达217mA.辐射可能是由回路LC振荡或者加速器中的电爆炸丝开关引起的.基于LC振荡和电爆炸丝的工作原理,分别讨论了辐射产生的物理过程.我们更倾向于认为辐射来源于开关导通引起的回路LC振荡.此外,辐射强度受电流的变化率影响,初级回路电流变化慢,次级回路变化快,这样产生了一弱一强的两个辐射信号.这些为进一步研究电感储能加速器运行中的电磁辐射及防护提供实验支持.     

150 kV全固态高压脉冲发生器设计

设计了一种基于全固态MOSFET半导体开关器件的Marx脉冲发生器。充电回路用快恢复二极管代替充电电阻,减小了充电部分功率损耗;将主电路和驱动电路集成在一起,采用自取电模式给驱动电路供电;由光纤传输驱动信号,抑制了放电回路对触发信号的干扰;采用顺/逆时针方向环形分布的紧凑型拓扑结构,不仅减小了回路电感,而且实现了脉冲发生器的小型化与模块化。所设计的Marx发生器充电部分仅需提供900 V低压,用180级单元串联,获得最高幅值为150 kV、脉宽1~5 s可调的高压快脉冲,前沿控制在500 ns以内。利用该脉冲发生器在50 k电阻和5 pF电容并联的等效负载上进行了一系列实验;比较分析了脉冲发生器工作过程中影响脉冲上升沿的几个主要因素,包括回路电感、MOSFET驱动电压及主回路分布电容等,并讨论了提升脉冲前沿的技术措施。     

螺旋型爆磁压缩发生器初始电性能的高频分析

 从电流扩散方程和磁扩散方程出发，研究了在瞬态过程中螺旋型爆磁压缩发生器(HMFCG)的电流密度在螺线管导线中的分布以及感应电流密度在金属套筒中的分布情况，分析计算了爆磁回路初始充电过程中频率对HMFCG电感和电阻的影响，计算结果与实验测量吻合；这为进一步完善校正程序，更好地描述爆磁压缩过程奠定了基础。     

两级同轴Blumlein线理论及其模拟分析

利用拉普拉斯变换求解两级同轴Blumlein线对负载的放电过程,得到了纯电阻负载上理想输出电压的解析表达式。分析了开关电感、负载电感及回路电感对负载主脉冲的影响。对PSpice模拟的结果与推测的负载电压表达式进行对比,两者符合得较好。分析结果表明:脉冲的前沿主要是由开关电感决定,而平顶幅值的变化趋势主要是由回路电感决定;开关电感越小,上升沿越小,回路电感越大;脉冲输出电压和能量传输效率越高。     

高压陡脉冲信号测量系统的补偿

本文针对高压陡脉冲测量过程中由于对地电容引起的波形畸变,介绍了一种电感补偿方法,这种补偿回路简便、可靠,可使测量系统的方波响应得到明显的改善。     

负载回路电感对低阻抗脉冲形成线输出波形的影响

 介绍了一个基于带状脉冲形成线的低阻抗实验平台,针对该平台设计了两种不同类型结构的匹配负载,并分别进行了实验研究,得到了不同的输出脉冲波形,发现轨道结构的水负载具有很低的负载回路电感,适于作为低阻抗脉冲形成线的匹配负载。实验结果表明：在开关电感一定的情况下,负载回路电感是影响低阻抗形成线输出波形的决定性因素。对于0.5 Ω的带状脉冲形成线,只有将负载回路电感控制在30 nH以内,才能获得波形较好的输出脉冲,高压实验结果也验证了此结论。利用数值模拟的方法,分析了负载回路电感对不同阻抗形成线输出波形的影响,结果表明：随着形成线阻抗的增加,负载回路电感对波形的影响越来越小。     

LRC串并联谐振电路的品质因数与电容和电感关系的实验研究

在LRC串并联谐振电路中,回路的谐振特性通常由回路中的品质因数决定,而回路中的品质因数又与回路中的电容、电感、电阻有关。本文通过实验的方法,对回路的品质因数与电容和电感的关系进行了研究。得出了在串并联谐振电路中电容和电感的合理取值范围。所得结论将为今后LRC谐振回路的选择和设计提供一定的参考。     

Modeling and optimization of the multichannel spark discharge

This paper reports a novel analytic model of this multichannel spark discharge, considering the delay time in the breakdown process, the electric transforming of the discharge channel from a capacitor to a resistor induced by the air breakdown, and the varying plasma resistance in the discharge process. The good agreement between the experimental and the simulated results validated the accuracy of this model. Based on this model, the influence of the circuit parameters on the maximum discharge channel number(MDCN) is investigated. Both the input voltage amplitude and the breakdown voltage threshold of each discharge channel play a critical role. With the increase of the input voltage and the decrease of the breakdown voltage, the MCDN increases almost linearly. With the increase of the discharge capacitance, the MDCN first rises and then remains almost constant. With the increase of the circuit inductance, the MDCN increases slowly but decreases quickly when the inductance increases over a certain value. There is an optimal value of the capacitor connected to the discharge channel corresponding to the MDCN. Finally, based on these results, to shorten the discharge time, a modified multichannel discharge circuit is developed and validated by the experiment. With only 6-kV input voltage, 31-channels discharge is achieved. The breakdown voltage of each electrode gap is larger than 3 kV. The modified discharge circuit is certain to be widely used in the PSJA flow control field.     

一种脉冲高电压测量探头的地电位隔离方法

 为了消除脉冲功率装置放电时地电位抬升对测试系统造成的影响,在测量探头和测量设备之间使用了共模电感。对等效电路进行了仿真分析,结果表明：对于探头输出的信号,该共模电感等效为传输线;对于共模信号等效为一个较大的电感,可以实现探头地电位隔离。共模电感使用绕制在磁芯上的同轴电缆制作,并进行了快脉冲信号传输和地电位隔离效果实验。实验结果与理论分析一致。该共模电感的响应时间为5.4 ns,隔离了约10 kV的脉冲高压,确保了示波器的安全运行。     

50 MW速调管用分数比脉冲调制器

研制了一套S波段50 MW速调管用分数比脉冲调制器,具有脉冲变压器变比1∶300、初级电源电压1.25 kV、输出峰值功率113 MW等特点。分数比脉冲调制器属于加法器式固态调制器的类型,其原理为分开铁心使其磁场感应叠加,再高变比脉冲变压器升压。利用1∶60的高变比升压脉冲变压器技术,实现了初级单元电路为较低工作电压、各组件模块化、放电单元接地等优点,同时实现了脉冲变压器初级低漏感值、次级绕组低分布电容值、放电单元及传输回路低电感值。工程样机测试结果为输出脉冲电压大于312 kV、脉冲电流大于360 A、脉冲前后沿小于1.4 μs的高功率全固态脉冲调制器,为国内工业辐照加速器、自由电子激光加速器等需要高稳定射频功率源的应用提供一种解决方案。分数比脉冲调制器具有输出脉冲宽度可较大范围调节,可以适应负载阻抗的较大范围变化,无线性调制器中使用的氢闸流管的寿命限制,较低工作电压的高运行可靠性等优点。     

How to increase the efficiency of the electrical discharge method for destruction of nonconductive solid materials

The paper deals with the relevance of using electrical discharge technology for construction works in the city. The technical capabilities of the installation for the multi-borehole electro-discharge splitting off and destruction of rocks and concrete are described. The ways to increase the efficiency of the electrical discharge method for the destruction of solids are proposed. In order to augment the discharge circuit energy, the energy storage is separated into two individual capacitor batteries. The throttle with the inductance of 28.6 μH is installed in one of the batteries, which increases the duration of the channel energy release to 400 μs and the efficiency of electrical discharge splitting off of concrete.     

基于超导储能脉冲变压器的多模块脉冲电源设计

为了探索一种更加紧凑的导轨型电磁推进基础实验用脉冲电源,以实验室现有高温超导储能脉冲变压器为单元模型,在单谐振电路脉冲成形方案的基础上,设计了环形结构的多模块脉冲电源,分析了环形结构中考虑互感的多模脉冲电源电路的充放电过程。通过对八模块环形结构脉冲电源进行仿真分析,得到了接近150kA的电流脉冲,原边电压限制13kV左右。可以得出,利用单谐振电路的多模块超导储能脉冲变压器并联放电方式,可以实现大电流脉冲的输出的要求,而且环形结构中各线圈存在的互感更有利于多模块脉冲电源。     

放电泵浦ArF准分子激光动力学模拟与参数分析

利用一维流体模型研究了放电泵浦ArF准分子激光动力学过程,得到气体放电过程中放电电路的电流电压波形,得到了电子密度、光子密度、电场的时空分布特性,分析了放电参数对激光输出的影响。结果表明,电路参数、工作气压、氟气比例均对激光输出有显著影响,放电电路中的电感值对输出影响较小,参数范围较广,而电路中较小的峰化电容值有利于获得长脉冲输出,气压太大或太小都会使输出能量降低,同样,氟气比例太大或太小也会使输出能量降低。     

平台式和斜坡式表面放电辐射源放电特性的比较

 介绍了平台式和斜坡式两种结构的表面放电辐射源，研究了在1.0 μF和1.5 μF储能电容、15~30 kV充电电压等实验条件下两种辐射源的放电特性，并对实验结果进行了比较分析。得到如下结论：对于斜坡式辐射源，增加电极间距可导致放电回路面积增大，因此等效电阻和等效电感也将增加；在相同电压及电容值条件下，斜坡式辐射源的放电电流、平均沉积功率均小于平台式辐射源的相应值，但放电沉积效率略大；电压升高使放电周期、电流达到峰值时间及放电沉积效率呈减小趋势，对于同一种辐射源，使用1.5 μF电容时放电回路参数更加匹配，放电沉积效率得到提高。     

两电极气体火花开关触发系统

 两电极开关取消了触发电极,需要靠过压触发,要求触发电压的幅值高,上升前沿快。为了满足两电极大电流气体开关对触发电压的特殊要求,介绍了一种用Marx作触发器的触发系统。该系统由8级Marx发生器构成,由电源开关、隔离变压器、L-C充电电路、采样控制电路、光纤控制电路和触发电路组成。Marx发生器采用了低电感电容器和同轴结构布局,减小了电感,触发电压达到120 kV,上升沿小于30 ns。对触发系统建立了PSpice电路模拟,仿真波形与实测波形基本一致。将该触发装置用于200 kA大电流气体开关试验,试验结果表明该触发装置能稳定触发气体开关,操作安全可靠。     

电爆金属丝产生纳米粉体

建立了一台用于纳米粉体制备的电爆炸金属丝装置,它可以在不打开放电腔体情况下,依次电爆炸8根金属丝。对电爆炸金属丝进行了电路模拟,电路模拟结果表明,减小放电回路电感,或在保持电容器初始储能不变条件下,提高充电电压的同时减小储能电容可提高能量注入速率。为了理解金属蒸气形成纳米粉体的物理过程,利用马赫-曾德激光干涉方法,研究了丝爆后金属蒸气及等离子体的演化过程,得到了电爆丝的典型物理图像,观察到电爆丝中金属蒸气喷发的"热滞后"现象及金属蒸气的多次喷发现象。并利用电爆丝法制备了氮化钛、二氧化钛、铜氧化物和氧化锌的纳米粉体。