初次级等效比为1:43.4分数比脉冲变压器

 在理论分析分数比脉冲变压器输出脉冲上升时间与变压器次级绕组匝数、磁芯截面积和伏秒积等参数关系的基础上,设计建造了一台初次级等效比为1∶43.4分数比脉冲变压器,等效到次级的漏感为157.3 μH,分布电容为412.4 pF。低电压实验得到负载上的脉冲上升时间为894 ns,高电压实验得到负载上的脉冲上升时间为917 ns,电压幅值42.7 kV,表明所设计建造的分数比脉冲变压器达到了设计要求。     

级间耦合传输线脉冲变压器

级间有耦合传输线的脉冲变压器除第一级传输线外所有传输线均绕制在同一磁芯上。利用电路等效法对该变压器进行了理论分析,结果表明:相比采用其他绕线结构的传输线变压器,该传输线变压器的顶降更低,而且仅需要一块磁芯。根据该设计方法,研制了一台四级传输线脉冲变压器,变压器的输入阻抗为4.2Ω,输出阻抗为67.7Ω。利用该变压器对脉冲形成网络(PFN)形成的脉冲进行电压变换,变压器匹配负载上输出电压脉冲脉宽为120 ns,前沿为20 ns。该脉冲幅值是PFN对4.2Ω负载直接放电形成脉冲幅值的4倍,且两者波形基本一致。     

快前沿变压器充电型磁压缩器的分析与设计

提出了一种快前沿充电型磁压缩发生器,采用高耦合系数脉冲变压器和无串接二极管型原边绕组设计,降低了变压器的杂散电感,可以对磁压缩电路进行快速脉冲式充电,有利于减少磁压缩装置的级数和体积。采用T模型对快前沿变压器充电型磁压缩器的电路进行了等效变换,分析了系统设计的原则。结果表明:系统的等效压缩增益远大于1;磁开关应选用高导磁材料。满足上述条件,磁压缩装置的充电效率和预脉冲现象才能获得理想值。研制了一台快前沿变压器充电型磁压缩脉冲发生器,3 nF电容负载上获得前沿时间为990 ns、幅值为50 kV的脉冲,预脉冲约2 kV,磁压缩器的电压效率为98%。     

矩阵拓扑结构脉冲变压器

基于集中参数模型分析了脉冲变压器分布参数、变比、负载阻抗等对输出波形前沿和过冲的影响。在此基础上对传统脉冲变压器、矩阵变压器的分布参数进行了分析对比,分析结果表明相对于传统脉冲变压器,矩阵变压器可获得更小的漏感值,但分布电容将有所增大。设计建造了两台变比分别为1∶60,1∶120传统脉冲变压器及变比为1∶120的矩阵变压器,实验研究表明矩阵变压器可获得更小的上冲特征系数,其分布参数与理论分析结果相吻合。     

一种用于触发引燃管的脉冲电源

设计了一种单电源的变压器型高电压、大电流脉冲源。该电源只有一套放电电容，以晶闸管作为放电开关，单原边双副边的脉冲变压器作为传输线。利用二极管的单向导通特性，使变压器根据负载不同的工况运行在不同的状态，分时输出高电压、大电流脉冲。该设计利用变压器在空间上将高压输出回路和低压控制回路隔离，与一般的双电源设计方式相比，降低了驱动电路的成本，减少了装置的体积，有利于设备的小型化和紧凑化。试验结果表明:当原边18 μF的储能电容充电电压为700 V时，通过晶闸管开关控制电容向2 ∶2 ∶20的单原边双副边脉冲变压器放电，副边开路时输出幅值7.6 kV、上升沿432 ns的开路电压，副边短路时输出幅值690 A、半高宽15.6 μs、前沿7.0 μs的短路电流，满足NL37248引燃管的触发要求。     

变压器寄生参数和负载特性对高压脉冲波形的影响

构建了输出电压幅值为0～20 kV、脉冲重复频率为0.25～20 kHz的双极性高压脉冲电源实验平台,研究了变压器寄生参数与负载特性对输出脉冲波形的影响。采用等效电路复频域解析方法,分析了变压器寄生参数对输出脉冲波形的上升沿、平顶及下降沿的影响规律,并通过改变变压器绕线方案间接验证。发现变压器分布电容和漏感越大,输出脉冲波形上升沿与下降沿越平缓,过冲电压幅值越大,并采用脉冲变压器二次侧均匀密绕、一次侧均匀疏绕、高匝数的方案进行优化。进一步分析了纯阻性、阻容性或阻感性负载特性对输出高压脉冲波形的影响规律,发现电阻值增大（5～50 kΩ）,过冲电压幅值增大,脉冲上升沿和下降沿变陡;当负载电阻回路串联小电容时,过冲电压幅值显著增大,而电容值高于一定值时输出脉冲波形恢复至与纯电阻波形一样;当负载电阻回路串联电感时,输出脉冲波形下降沿变平缓。     

Tesla变压器型重复频率纳秒脉冲源的研制

脉冲变压器与陡化开关结合的方式是产生纳秒脉冲较为成熟的方式,采用这种方式,研制了一种基于空芯Tesla变压器和陡化开关的紧凑高压重复频率纳秒脉冲源。该脉冲源主要由重复频率充电模块、Tesla变压器和陡化开关三部分组成,重复频率充电模块主要通过晶闸管的时序配合实现,Tesla变压器为脉冲源装置系统的核心及主升压模块,陡化开关是一个三电极自击穿型气体开关,用于将变压器次级输出的电压陡化成纳秒快脉冲波形,对该重复频率脉冲源以上各部分进行了详细的设计和测试。实验结果表明,该脉冲源可以在6kΩ的负载电阻上输出幅值100kV、上升沿约为30ns、最高频率可达500Hz的高压纳秒脉冲。     

脉冲变压器锥形绕组电压分布数值分析

为实现高压、大电流脉冲变压器在高重复频率电压作用下稳定运行，变压器的绝缘选择与布置是其设计时重点考虑的问题之一。在短脉宽、高幅值的电压作用下，变压器绕组本身形成了一个不均匀场，如果绕组绝缘结构设计不当，就很容易在绕组的局部产生畸变的强电场，导致变压器绕组击穿，对脉冲功率发生装置的研制工作造成了极大的危害。这种现象在高频下更为明显。因此，研究高功率脉冲变压器绕组的电压分布，采用适当的措施实施有效方法进行绕组结构优化设计，改善高功率脉冲变压器绕组的电压分布，将会在很大程度上提高高功率脉冲变压器重复工作的能力，对保证高功率脉冲发生器可靠、安全运行具有重要的理论与工程意义。     

三谐振高压脉冲变压器

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1∶2∶3时,电路各参数的关系及输出电压解析表达式,此条件下负载电压最大值为空芯变压器次级高压输出电压的2.77倍。根据理论分析及电路模拟的结果,提出了适用于三谐振脉冲变压器的设计方法迭代模拟法,并采用迭代模拟的方法在研制的空芯变压器基础上研制了一台基于三谐振脉冲变压器的脉冲功率源,进行了实验研究。实验结果表明:所研制的三谐振脉冲变压器输出电压的最大值可以达到锥形高压绕组输出电压的2倍,系统最大工作电压约为600 kV,与理论分析的结果相吻合,说明将任意一台双谐振脉冲变压器改造成三谐振脉冲变压器具有可行性。     

一种非均匀的双路脉冲产生结构

提出了一种非均匀的双路脉冲发生器,采用非对称的高/低阻双路输出,结构上类似于同轴Blumlein线,其形成线包含内筒、中筒和外筒三个同轴圆筒,形成线与Tesla变压器一体化。为获得一致的终端输出阻抗,低阻输出端采用同轴线一分多结构,以匹配高阻输出端阻抗,高阻输出端的输出幅值相对较高,低阻一分多输出端形成低幅值的多路均匀脉冲输出。此外还给出了一组产生超宽谱非均匀脉冲串的设计实例,多路输出脉冲经延迟传输可形成首脉冲幅值较高、后续脉冲幅值均匀的组合脉冲。     

基于细线径螺旋脉冲形成线的长脉冲产生技术

提出了一种包含内外筒、细线径、多起端密绕的螺旋脉冲形成线(PFL)结构,与Tesla变压器有机组合,构建了长脉冲产生装置,可以实现较高的能量效率,并且结构紧凑,适于重复频率工作。以最大充电电压为结构设计原则,螺旋PFL波阻抗为12.6倍慢波系数,且形成线纵横比大于3.1时,Tesla变压器的耦合度能达到0.95;以形成线最大储能为结构设计原则,螺旋PFL波阻抗为7.5倍慢波系数,且形成线纵横比大于2.0时,Tesla变压器的耦合度能达到0.95。实验结果与理论分析吻合得较好。     

1.2MV脉冲变压器设计及实验研究

介绍了1.2 MV脉冲变压器的设计方法,采用螺旋渐开式绕组逐渐增大绕组对磁芯的绝缘距离,用ANSYS程序模拟脉冲变压器中的场强分布情况,最大场强不超过18 kV/mm。通过实验研究有效解决了绕组对绝缘支撑的局部放电现象,得到了1.2 MV的高压脉冲输出,单次运行时间达到1 min,重复频率100Hz,验证了所采用的设计方法的可行性。     

带触发网络的多重火花间隙触发器的研制

提出了一种基于Tesla变压器且带触发网络的多重火花间隙触发器设计方案。阐述了多重火花间隙在直流和脉冲信号下电压分布特性,并给出了其在脉冲电压作用下电压分布的主要影响因素。仿真分析了触发频率、分压电容和均压电阻对多重火花间隙电压分布的影响,确定了触发网络的最佳参数配置。以10级火花间隙为例,从触发器设计三要素,即脉冲陡度、输出幅值、带载能力出发,确定了Tesla型脉冲触发器的关键设计参数,当脉冲变压器的耦合系数为0.7,初级电感为2500 nH,次级电感为400 mH,初级电容为60F,初级电容充电电压为2.0 kV时,次级直接输出的触发高压可实现10级火花间隙的触发导通。结合多重火花间隙导通实验,对作用于多重火花间隙的触发器的工作过程进行实验验证。     

爆磁压缩发生器通过脉冲变压器对脉冲形成线充电的理论分析

 将爆磁压缩等效为电流源的方法，对爆磁压缩发生器通过脉冲变压器对脉冲形成线充电进行了理论分析，得出爆磁压缩发生器在负载上产生电流波形（简称负载电流）为直线情况和任意电流波形情况下充电电流和充电电压的表达式。分析表明变压器耦合互感与负载电流随时间变化增长率是脉冲形成线充电的两个重要参数，脉冲形成线第一个充电电压峰值与变压器的耦合互感和负载电流波形斜率成正比，负载电流波形斜率的变化可以改变充电电压峰值的时间，斜率不断增加可以延长第一个充电电压峰值时间，从而可能增加充电电压的幅值，提高爆磁压缩发生器能量的利用效率。     

100kV低阻抗非均匀集中参数Blumlein脉冲形成网络的研制

 从工程实用角度出发，针对高压、高变比、低阻抗工作的脉冲变压器具有漏感大的特点，提出了要采用低阻抗集中参数非均匀电容脉冲形成网络的设计方法。采用传统设计和计算机模拟相结合，设计出了电压100kV，阻抗1.4Ω的6级集中参数 Blumlein型非均匀电容脉冲形成网络，缩短了输出脉冲前后沿，改善了脉冲波形，并成功地用于正在研制的500kV长脉冲加速器中。     

含变压器电感储能脉冲功率源的电路模拟和实验研究

 研究了电感储能功率调节装置中的电爆炸丝断路开关在强电流作用下发生电爆炸后,储能电感上感生的高压脉冲驱动脉冲变压器在低阻抗（19 Ω）负载上得到的电脉冲。利用Ansoft Simplorer 7仿真软件建立了相关模块化集中参数电路模型,首先估算选取典型电路参数进行了程序编制、调试和模拟计算,得到了正确收敛的数值结果。在此基础上进行了实验研究,并将实际电路参数代入电路模型计算,模拟程序得到了与实验吻合的计算结果。现有研究表明,电爆炸丝驱动脉冲变压器在低阻抗负载上不能产生超高压脉冲,但可显著展宽负载得到的电压脉宽,在需要长脉宽应用场合有潜在的应用前景。     

应用于PFN-Marx发生器重频充电的紧凑空心脉冲变压器

通过理论分析研究了一种高能量转换效率(高于50%)的紧凑重频空心脉冲变压器。这种脉冲变压器可以应用于PFN-Marx发生器的重频充电。通过深入分析脉冲变压器的等效模型,得到了脉冲变压器能量转换效率、次级电压峰值、初级电流峰值以及初级电流变化率最大值的表达式,并与Pspice软件的模拟结果进行比较。结果表明:理论计算的电压、电流波形与模拟计算结果基本一致,验证了理论分析的正确性。同时,通过理论分析得到了能量效率大于50%的脉冲变压器结构尺寸。