脉冲形成线放电过程中Tesla变压器锥形绕组电压分布特性

 介绍了Tesla变压器与脉冲形成线一体化结构的工作原理，实验研究了形成线放电过程中形成的冲击电压波在Tesla变压器锥形次级绕组中的分布特性；给出了输入电压脉宽分别为1 μs，500 ns和100 ns时，锥形绕组中的对地电压和匝间电压分布规律；采用首端并绕、末端并绕和在首端加入屏蔽环三种措施优化绕组结构。结果表明：形成线放电过程中，变压器锥形次级绕组不会明显影响形成线中的电场分布，绕组的对地电压呈线性分布，匝间电压曲线起伏剧烈，首端电压梯度最大；三种优化措施都能抑制电压振荡，首端并绕对降低绕组首端电压梯度最为有效，末端并绕对降低绕组末端电压梯度最有效。     

基于多导体传输线理论的脉冲变压器锥形绕组电压分布数值分析

 为了研究脉冲变压器锥形绕组在脉冲电压作用下的电压分布特性，采用多导体传输线方法，根据实际脉冲变压器锥形绕组的结构，建立了电气参数有限元简化计算模型及等效多导体传输线分析数学模型，以此模型计算了锥形绕组在脉冲电压激励下匝间的电压分布。计算结果表明，此模型可对脉冲变压器锥形绕组的电压分布进行有效计算，对绕组匝间绝缘设计有一定的参考意义。     

650kV/2ns高压脉冲发生器研制

研制了一套峰值650kV、脉宽2ns的窄脉冲发生器,具有结构紧凑、体积小巧、便于移动和产生优质的纳秒高压脉冲等优点。该发生器基于三谐振脉冲变压器原理和脉冲形成压缩实现窄脉冲输出,采用紧凑双锥形绕组铁芯变压器、LC调谐回路和27pF,30Ω脉冲形成线组成三谐振回路,油介质自击穿开关导通后在负载上获得高压脉冲。实验结果表明,该窄脉冲发生器可在80Ω电阻负载上输出脉冲峰值约650kV,脉宽约2ns,与理论分析的结果相吻合。     

基于双锥形绕组铁芯变压器的三谐振脉冲变压器

研制了一台基于双锥形绕组铁芯变压器的三谐振脉冲变压器,具有结构紧凑、小巧轻便等优点。铁芯变压器磁芯由0.08 mm的硅钢薄带绕成半月形闭合结构,放置于铝制紧固件中;初次级绕组采用双绕组并联结构,两个锥形高压绕组对称绕制在刻槽的有机玻璃骨架上并将高压从圆筒中轴线引出,改善了绕组电场分布的不均匀性并实现了高压的同轴输出。铁芯变压器、LC调谐回路和27 pF脉冲形成线组成三谐振回路,其中谐振电容为同轴结构电容,谐振电感由直径0.08 mm的漆包线不均匀绕制于刻槽的有机玻璃绝缘体上。实验结果表明,该三谐振脉冲变压器最大工作电压大于800 kV,充电时间约为650 ns,同时也验证了将双谐振铁芯脉冲变压器改造成三谐振脉冲变压器具有可行性。     

空芯脉冲变压器锥形绕组电压分布

 研究了空芯变压器锥形绕组的电压分布特性。运用多导体传输线理论建立锥形绕组的多导体传输线数值分析模型,推导模型等效电路中各项分布参数的求解公式,利用有限元软件求解分布参数并进行模拟计算。搭建实验平台测量绕组各匝线圈首端的电压波形,得到了匝间电压和对地电压的分布规律,实验结果与模拟计算基本吻合。研究表明：分布参数会引起电压谐振,冲击电压的上升沿在绕组首端产生匝间过电压;多导体传输线模型可对锥形变压器绕组的电压分布进行有效计算。     

高温超导变压器在雷电冲击下的电压响应

为研究6.6 MW高温超导变压器的高压磁体在雷电冲击过电压下的暂态电压响应，依据多导体传输线理论，建立了以单匝为一个单元的高频等效电路模型。利用有限元软件和编写程序求得分布参数，通过推导状态方程，并对状态变量求解，在时域内得到了各匝在雷电冲击全波电压和雷电冲击截波电压下的暂态响应。在三种雷电冲击波下高压磁体的绝缘满足安全运行的要求，首端匝间绝缘最为薄弱，雷电波发生截断可大幅降低绕组各匝最大对地电位、绕组末端的层间电压，其中在波前发生截断时可大幅降低磁体各匝间电压、层间电压，说明选用动作快速的避雷器至关重要。     

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。     

基于磁隔离驱动的亚微秒高压脉冲电源

为满足不可逆电穿孔对高压纳秒脉冲电源的需求,并且突破电源模块耐压的限制,提出了一款以正极性Marx为主电路、具有ns级前沿的高重复频率的亚微秒高压脉冲电源。该脉冲电源使用光纤传输信号,经过驱动芯片放大信号后,利用磁芯变压器传递驱动信号给MOSFET。磁芯变压器给电路提供了磁隔离,使驱动电路不会受高压输出的影响,提高了电路的耐压水平。驱动电路设计简单,所需元器件较少,可提供负压偏置,使开关管可靠关断,提高电路的抗电磁干扰能力,保障电路稳定运行。此电源由16级电路构成,实验表明:在10 kΩ纯阻性负载上,当输入电压为630 V时,即可得到10 kV的高压输出。其最小脉宽为300 ns,频率1 Hz～10 kHz可调。该脉冲电源结构紧凑,能够做到输出电压、脉宽、频率可调。研究了磁芯材料和匝数对驱动脉宽的影响。结果表明:匝比的增加会影响信号脉宽,在一定的条件下,单匝电感量的差异和磁芯材料的不同对信号脉宽的影响较小。     

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。     

800 kV高变比螺旋线型空芯变压器的研制

 介绍了螺旋线型空芯脉冲变压器的基本理论及设计中的关键技术,设计了一台高变比螺旋线型空芯脉冲变压器,此空芯变压器初级为紫铜皮沿绝缘外筒内壁螺旋绕制三匝,次级为锥形高压绕组,约1 800匝。其初级充电电压只需要几kV,因此初级开关采用可控硅,而不需要晶闸管,这样将使初级回路及初级电容体积大大减小。 对设计的空芯变压器进行了模拟计算和实验研究, 实验结果表明： 在初级储能电容充电为2 400 V时,变压器次级所接形成线负载的输出电压达到900 kV,充电时间约为32.6 μs。     

500 kV亚纳秒脉冲X光机研制

高能量亚纳秒脉冲X射线可用于精确定标辐射探测系统的时间响应特性和探测灵敏度,对于脉冲辐射场诊断技术研究具有重要意义。研制了一种小型化、可移动的亚纳秒脉冲X射线源,装置占地区域尺寸为1.2 m×40 cm,重142 kg。设计了双锥形绕组同轴结构变压器,采用新颖的三谐振变压技术,将纳秒脉冲形成线充电至520 kV,通过油介质自击穿开关放电,输出370 kV,3.8 ns的高压脉冲。设计了多级过匹配传输线提升输出电压,并利用油介质peaking-chopping开关进行脉冲压缩,产生了峰值520 kV、半高宽0.5 ns、功率1.8 GW的高压脉冲。基于Child-Langmuir定理,设计了刀刃阴极X光管,在520 kV电压下的运行阻抗为150 Ω,管前20 cm处的X射线峰值能量注量率约为1×1016 MeV·cm-2·s-1,累积照射量为4.1 mR。     

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。     

13μs,200ns和2ns脉冲电场对酵母菌杀灭效果分析

研究了脉冲宽度对高压脉冲下细胞膜和细胞器膜跨膜电压的影响及细胞膜能量的变化,以及13μs,200ns和2ns脉冲对酿酒酵母(CICC31180)杀灭作用时脉冲数的影响。结果表明,随着脉冲数增加,13μs,200ns和2ns脉冲对啤酒酵母的灭杀效果均增强。在13μs脉宽,14kV电压和50个脉冲数下,酵母达到最小存活率-4.3个对数;在200ns脉宽,40kV电压和500个脉冲数下,酵母达到存活率-2.6个对数;在2ns脉宽,200kV电压和500个脉冲数下,酵母达到存活率-2.8个对数。三种脉冲对酵母菌杀灭的存活率对数与脉冲数的关系表现不是线性的,脉冲数增加到一定程度,存活率下降变缓。在同等灭杀效果-2.0个对数下,2ns脉冲比13μs脉冲在同轴电极中损耗的能量更少。     

高压快速离化半导体开关及其脉冲压缩特性

 介绍了全固态高压快速离化半导体开关(FID)的工作原理和半导体结构,实验研究了在不同外偏置电压下的输出脉冲幅度特性和脉宽压缩特性,并对实验研究结果进行分析。在50 Ω负载下,将一输入脉冲幅度1.7 kV 、脉宽4 μs、重频2 kHz高压脉冲,通过FID压缩成脉冲幅度1 985 V、脉宽90 ns、重频2 kHz的高压脉冲。     

Wavelength-tunable and pulse-width variable Fourier domain mode-locking lasers

In this study, wavelength-tunable and pulse-width variable Fourier domain mode-locking lasers were developed with a repetition rate of 60.9 kHz. A spectral laser tuning range of over 100 nm was achieved by tuning the offset voltage to a fiber Fabry-Perot tunable filter (FFP-TF). The pulse width variation was achieved with amplitude modulation of the driving voltage to the FFP-TF. The pulse width ranged from 6.2 μs to 55 ns. The linewidth of the laser changed, from 0.109 to 0.083 nm, according to the pulse width variation.     

负载配置对进入射频管热丝脉冲能量的影响

大功率高压脉冲变压器次级双绕组灯丝馈电时，两绕组平衡不良及负载不对称配置可能引起脉冲能量严重进入射频管热丝，影响进入热丝脉冲能量的因素有负载配置方式，两绕组平衡程度，脉冲宽度及幅度，平衡电容的大小，等效灯丝阻抗及脉冲变压器本身的有关参数等，其中主要因素为负载配置方式。定量分析表明：负载对称配置具有明显的优越性；