演示RLC阻尼振荡简易装置

在讲述电容器充放电规律时,特别对于因电容器的充放电作用而产生的电振荡过程,就必须结合演示进行教学.我们制作了一种演示的简易装置,不用方波发生器和220V市电,用普通的旧继电器改装成机械自动开关来代替方波发生器,继电器和充电都使用同一干电池(3V)作电源。经过几年教学实践,它具有工作可靠,使用方便和显示效果好等优点.一、演示装置 演示装置的组成:如图一所示是演示装置的示意图.它由演示实验板、SB型示波器、干电池盒(3V)和开关K组成.L是一般电子管收音机用扼流圈(约1H左右,选有抽头的最好,这可以改变L的大小)或晶体管收音机用输…     

1MV密装式Marx发生器

众所周知,对产生强流电子束的脉冲高压电源的主要要求是低电感和可靠性。本文介绍的1MV密装式Marx发生器便是作为这种脉冲高压电源研制的。它还可作为产生脉冲X射线或爆炸丝等实验的高压脉冲电源。发生器以电容器为贮能元件,高压直流电源给电容器并联充电,经控制触发点火,使电容器串联放电,输出脉冲高压。由于设计上采用了密装式的结构,故具有结构紧凑、体积小的特点。发生器的标称输出电压为1MV,贮能为6kJ。经几年长期工作的考验,性能良好,稳定可靠。     

多道电容器荷电状态监测器

激光、脉冲强磁场、轨道炮、受控热核聚变等研究装置以及海底石汕勘探、桥墩无损检测等探测设备的供能系统和运行过程可以用图1表示.负载电流的峰值为imax=V(L/C)1/2,其中C为电容器组的总容量,L为负载电感(为简单明了起见,略去了放电回路中其它的电感值).为了获得足够大的电流值,常使V足够高,并使C足够大,为此揣将很多台高压电容器并联到负载上.只有当所有的电容器充到同一电压值V并同时放电时,才能得到所需的电流值.但在实验中会发现,由于种种原因(如连线断开、电容器发生故障、开关K失灵等).有些电容器或某些单元未能充到预定的电压值…     

500 kV全固态Marx发生器

500 kV全固态Marx发生器采用Z型电路结构,以28个最大工作电压达22 kV、满载最高连续重复运行频率达200 Hz的绝缘栅双极型晶体管组件作为脉冲控制开关,采用以金属化膜电容器和线绕电感构成的梯形脉冲形成网络作为储能和脉冲形成器件。目前已实现500 kV脉冲输出,在50 Hz的重复频率下实现数十个脉冲的猝发输出。该发生器的输出脉冲电压峰值与已有文献报道的最高功率固态Marx发生器技术指标相近,输出脉冲电流峰值提高1倍,达到1000 A,发生器输出脉冲功率峰值达到500 MW。在采用电容器作为储能元件时,此Marx发生器输出脉冲宽度可在3～10 s范围内连续调整。     

MV级近方波Marx发生器的设计

分析了Marx发生器与正弦振荡回路组合直接输出方波脉冲的近方波Marx发生器理论,并设计了一个该类型的方波发生器装置.其中,Marx发生器由16个充电电压为100 kV、容值为40 nF的电容器组成,采用正负充电的S型超前触发回路,正弦振荡回路由5个与Marx发生器同类型的电容器和1个0.5 μH的电感组成.通过Spice模拟,在负载为100 Ω时,输出脉冲电压为1.1 MV,脉宽约300 ns.提出了利用Marx发生器触发LC回路的方法,以解决Marx与LC回路的同步触发问题,使输出电压能够有效叠加.     

高速数据采集系统在脉冲放电实验中的应用

一、GBH-1型受控实验装置及 其数据采集系统 我们研制成功一台以TRS-80微处理机为主机的高速数据采集系统,并将它用于GBH-1型快脉冲放电实验装置,收到了较好的效果. GBH-1型快脉冲放电实验装置,用于等离子体物理和受控热核聚变研究工作.该装置采用电容器组快脉冲放电方式来产生、加热和约束高温等离子体.主电容器组放电四分之一周期是8微秒,最高放电电压是20万伏,峰值放电电流是几百万安培,主触发系统的触发电压是7万伏,触发脉冲上升前沿为50毫微秒. 我们为GBH-1实验装置设计的数据采集系统,正是在这种强干扰环境中使用的,以采集GBH…     

爆磁压缩发生器模拟装置的设计与仿真

应用Pspice仿真软件建立了一个爆磁压缩发生器模拟装置的等效电路模型,分析了电路中各元件参数对爆磁压缩发生器模拟装置输出电流波形的影响,并根据电路中高压脉冲电容器充电电压的不同优化了四组回路参数。应用灰色关联度分析方法,分析了爆磁压缩发生器模拟装置分别在这四组参数情况下的输出电流波形与被模拟的爆磁压缩发生器输出电流波形的曲线相似度,并对工程上实现该模拟装置存在的问题进行了分析。另外,还对爆磁压缩发生器模拟装置通过脉冲变压器对脉冲形成线充电进行了仿真。结果表明,此方案在理论上可以实现对爆磁压缩发生器输出电流波形上升阶段的准确模拟。     

用于高温超导器件冷却40～80K温区的脉冲管制冷机研制

随着HTS装置在诸如移动通信领域的商业化和应用于空间和军事的远红外线的装置的发展,亟需工作在40～60K结构紧凑,高可靠性的低温制冷机.线性压力波发生器驱动的脉冲管制冷机低温部分无运动部件,因此具有获得高可靠性和长寿命的潜力.我们早先的工作集中在线性驱动的小型同轴脉冲管制冷机上,在80K有几百毫瓦的制冷量,在此基础上,我们正在研究新型脉冲管制冷机装置,它能工作在更低温度,具有更大制冷量,目前在输入功率240W的情况下,最低制冷温度为43K(水冷)和48K(风冷), 60K时有1.5～2W的制冷量.此外我们实验室正在研究的压力波发生器通过板弹簧支撑的移动线性驱动线圈,它们的最大扫气容积为2、4、5和10cm3.两种类型的脉冲管冷头结构即同轴和U型结构正被采用,以满足不同的应用.这些制冷机的研究现状将在本文中介绍.     

MV级近方波Marx发生器的设计

分析了Marx发生器与正弦振荡回路组合直接输出方波脉冲的近方波Marx发生器理论,并设计了一个该类型的方波发生器装置。其中,Marx发生器由16个充电电压为100 kV、容值为40 nF的电容器组成,采用正负充电的S型超前触发回路,正弦振荡回路由5个与Marx发生器同类型的电容器和1个0.5 H的电感组成。通过Spice模拟,在负载为100 时,输出脉冲电压为1.1 MV,脉宽约300 ns。提出了利用Marx发生器触发LC回路的方法,以解决Marx与LC回路的同步触发问题,使输出电压能够有效叠加。     

可调增益的纳秒脉冲发生器

本文描述采用火花隙开关和一小段水线的中间储能器(简称短水线中储)的纳秒脉冲发生器。通过改变短水线中储的溶液电阻便可获得不同的电压增益(输出电压对直流充电电压之比)。文中讨论了电参数对电压增益系数K影响;给出了短水线输出电压相对值的数学表达式;并在考虑和忽略开关等效孤道电阻的情况下估计了K值。在同轴的模拟装置上进行过一系列试验研究,电压增益可达1.6倍。该装置是一种可以调节增益的高压纳秒脉冲发生器。实验表明该发生器储能 2.7J时可获得50kV的三个触发脉冲,其抖动τ_j<3ns,上升时间τ_R<30ns。作为一种精密触发用的新的纳秒脉冲发生器在此基础上已建立。它可以在重复频率从0.5Hz,1Hz,直到20Hz的条件下连续工作,所达累计充放电次数已分别为 10~7次,5×10~4次和10~8次。这个新的脉冲发生器工作稳定、可靠。加大储能可输出更多的脉冲。本文对研制小型光脉冲电离激光器的脉冲泵浦装置用发生器有参考价值。     

电容器被击穿的演示

电容器是电气设备中的重要元件之一,在使用时,加在电容器两极上的电压不能超过极限电压(即击穿电压)。否则,电容器介质会被击穿,以致电容器损坏。中学生对电容器击穿造成的后果毫无感性认识,因此在教学中做一次在击穿电压下的电容器实验,很有必要。现将实验装置和演示方法等介绍如下。一、实验装置和演示方法实验装置和器材的主要规格如图所示。     

“闪光二号”5 T脉冲强磁场装置

为了满足闪光二号加速器材料热力学效应研究的新需求,设计了一套电容器储能型脉冲强磁场装置。装置主要由储能电容器、半导体放电开关、磁场线圈及高压恒流充电源组成。磁场线圈中心处最大磁感应强度可达5 T,并且可以通过调整磁场线圈与二极管的相对位置实现磁透镜比的调节。通过理论计算和数值模拟相结合的方法对脉冲强磁场的关键参数进行了分析,然后进行了脉冲强磁场的工程设计,最后使用该强磁场装置进行了实验研究。强磁场实验中,当储能电容器充电21 kV时,在磁场线圈中心处获得了5.3 T脉冲强磁场。     

GBH-1单匝二倍压回路放电的短路技术

在快收缩等离子体物理实验装置中,储能电容器通过起动开关、传输电缆和集电板对负载线圈脉冲放电.由于在这样的脉冲回路中, ,所以负载内的电流是衰减振荡的.这一振荡过程使等离子体的平衡和稳定受到不利影响.为了减少这种影响,往往采用箝位电路即短路回路,使负载内的电流由振荡的变成单向的,从而延长等离子体的约束时间,提高等离子体的电子温度. 进行单匝二倍压回路短路实验.是为了研究GBH-1高比压环形等离子体物理实验装置上使用场畸变短路开关的可行性.实验结果证明,二倍压短路回路可获得较长的衰减时间(～100μs)和较小的纹波系数(～15…     

一种基于电爆炸丝断路开关的多脉冲产生技术

 介绍了一种基于电感储能和电爆炸丝断路开关的多脉冲发生器。该发生器是由作为初级能源的脉冲电容器组、储能电感和多级串联的不同长度、不同截面积的电爆炸丝断路开关组成。实验中在约10 W电阻负载上获得了2个大于250 kV和3个大于200 kV的脉冲输出。脉冲数由串联丝阵级数决定,脉冲幅度和脉冲间隔可通过爆炸丝参数、电容器充电电压调节。     

自愈式金属化膜脉冲电容器耗损失效模型

 自愈式金属化膜脉冲电容器广泛应用于各类激光装置的能源系统中，它的可靠性直接影响到系统的可靠性与运行费用。在参考国外相关研究方法的基础上，分析了金属化膜脉冲电容器的失效机理，提出了一种新的耗损失效模型-Gauss Poisson模型，该模型将电容器的损耗分成自然损耗和突发损耗，与脉冲电容器传统的寿命分布模型Weibull模型相比具有预测更为精确的特点，而且基于该模型的寿命试验具有设计简单、时间较短、费用较低等优点，是一种较好的退化失效模型，应用前景较为广阔。     

一种固态化瞬态强场测试平台研制

随脉冲功率技术向高重复频率、长寿命等方向发展,储能元件和开关元件在瞬态强场条件下的稳定性能检测十分必要。基于固态开关技术研制了一种百kV,μs时间尺度下的瞬态强场测试平台,主要由高压直流充电电源、初级单元、脉冲变压器、磁脉冲压缩网络、复位系统和测试腔体组成,实现了一体化结构,使用便利。首先,针对电容器测试条件,建立了完整的电路模型,详细设计了系统中各关键参量;然后,利用晶闸管组件作为初级单元控制开关,利用磁开关进行两级脉冲压缩,建立了实验装置;最后,给出了40 nF小批量陶瓷电容器的典型实验测试结果,测试电压50 kV,脉冲宽度1 μs,重复频率10 Hz,运行时间85 min（对应51 000个脉冲）,平台稳定可靠性良好,为后续开展相关测试研究奠定了基础。     

基于半导体断路开关的8 MW,10 kHz脉冲发生器

 功率器件半导体断路开关具有高重复频率工作能力。采用高速绝缘栅双极晶体管组件作为初级充电回路的主开关,建立了一台工作频率为10 kHz的脉冲发生器。脉冲发生器采用磁饱和脉冲变压器、磁开关及高压脉冲电容器组等固态器件进行两级脉冲压缩,产生小于100 ns的电流脉冲,对半导体断路开关进行泵浦,半导体断路开关反向截断泵浦电流在负载上产生高压脉冲输出。实验装置在电阻负载上得到了脉冲输出功率约为8.6 MW,脉冲宽度约10 ns,重复频率10 kHz的高压脉冲输出。     

150kV脉冲X光机

介绍了基于Marx发生器原理设计的脉冲X光机,在设计Marx发生器时选择了正负极充电,极间电容耦合为Z形回路的Marx发生器线路,采用低抖动场畸变开关和固体低感电阻为结构元件,低感陶瓷电容作为储能元件。Marx发生器通过高压电缆和X射线管连接,得到脉冲X光机特性为:输出电压100~150kV;0.25 m处的X射线剂量约为90.3×10-7C/kg;脉冲宽度约为70 ns。具有性能稳定、结构紧凑、使用方便等特点。     

电磁脉冲模拟装置用3 MV中储电容器的研制

介绍了一台大型垂直极化有界波模拟装置所用中间储能电容器（简称中储电容器）的设计过程和实验结果。电容器采用基于元件和组件的模块化设计,呈锥台状结构,支撑壳体为真空工艺玻璃钢材料。电容器容值由模拟装置等效的二级脉冲压缩回路决定,取值为1.8 nF。电容器内部绝缘介质为十二烷基苯,外部绝缘介质为45#变压器油,设计耐压3 MV,其绝缘长度主要由元件的体绝缘特性决定。采用三维电磁仿真软件估算中储电容器与中储开关构成回路的电感为659 nH,接近于实测数据623 nH。电容器上脉冲电压的测量通过对电容器电流进行积分来获取,而电流的采集采用封装在SF₆气体中的3个膜电阻并联后所构成测量模块实现。实际运行数据表明,中储电容器容值达到设计值,测量探头标定系数稳定,在工作电压3.1 MV条件下未发生绝缘问题。     

应用于脉冲功率系统的高储能密度电容器

介绍了现有技术条件下脉冲电容器的各种性能参数及其测试方法,包括储能密度、寿命、保压性能、绝缘电阻等;同时介绍了元件的主要分析测试手段,如大电测试、保压测试等,并研究了后处理工艺、介质系统优化和绝缘系统优化对电容器性能的影响。在此基础上,面向不同应用条件如大电流放电、长寿命、真空环境等,对高储能密度脉冲电容器进行研究,并给出相应的性能参数、限制条件和发展前景。研究结果表明:50 kV/20 F的电容器,可实现120 kA/80 s的大电流输出,并通过-50~60 ℃的高低温考核;基于绝缘系统优化的浸渍型脉冲电容器,充放电寿命为干式结构的2~3倍,储能密度为2.0 kJ/L时,寿命大于1 000次,储能密度为1.3 kJ/L时,寿命大于10 000次;1.4 kJ/L高储能密度电容器,可以工作在气压小于10-3 Pa的真空条件下,输出电流达100 kA。