电磁线圈炮计算程序的收敛性与实验验证

根据电磁线圈炮中推力线圈与电枢之间的感应耦合方程和电枢动态响应方程,考虑发射过程中推力线圈和电枢的欧姆加热,开发了电磁线圈炮的计算程序,给出了程序的算法和流程。分析了程序的收敛性,认为最大时间步长和电枢最大网格均依赖于驱动脉冲波形的上升时间。通过模拟结果与单级线圈炮实验测量结果的比较,验证了程序的有效性。模拟的线圈电流波形与实验波形吻合较好,模拟的出口速度比测量速度大约6.5%。程序收敛性和有效性的验证表明该程序可用于电磁线圈炮系统的初步设计。     

一种实现冷原子束聚集的微磁透镜新方案

本文报道了对87Rb冷原子云聚焦的微磁透镜实验．磁透镜的核心部件是一个半径为2mm的微型线圈．当冷原子云沿线圈轴向运动到线圈附近时,线圈产生的非均匀磁场会对原子云实现纵向压缩．在线圈电流加载时间为10ms的情况下,原子云纵向尺寸随线圈电流增加先表现为会聚趋势;在某一电流值（0．9A）之后,表现为扩散趋势．与不加载线圈电流的情形相比较,电流为0．9A时的冷原子云纵向尺寸缩小了一个多量级,透镜焦距约为1．3mm．通过同时调节线圈电流的大小和作用时间,可实现对透镜焦距的调节．同时用数值模拟方法模拟了实验过程,模拟结果与实验结果基本符合．     

基于Marx和磁开关的方波脉冲电源的研制北大核心CSCD

设计了一种全固态高压重频方波脉冲发生器,主要由Marx发生器、脉冲形成线和磁开关构成。Marx发生器通过电感对脉冲形成线进行充电,将其充电至所需电压水平;当脉冲形成线充电至峰值电压时,磁开关饱和;脉冲形成线通过饱和的磁开关对匹配负载进行放电,在负载上形成一个高压方波脉冲。串入电感与磁开关相互匹配,不仅直接影响放电过程,同时也决定着磁开关需承受的伏秒数和负载上的预脉冲大小。介绍了Marx发生器和磁开关的设计,在单次和5kHz重复频率下分别进行实验。在50Ω的匹配电阻负载上,获得电压幅值为12.5kV、电流幅值为250A、上升时间为46ns、脉宽为220ns的方波脉冲。对放电过程进行了PSPICE仿真模拟,仿真结果与实验结果匹配良好。     

模块化Marx发生器机芯的力学环境适应性分析及优化设计

为研究Marx发生器机芯在公路运输条件下的力学环境适应性,基于随机振动理论和有限元分析方法对Marx机芯进行了仿真分析和随机振动试验。首先,建立了八级模块化Marx机芯的有限元动力学仿真模型,模拟确定了机芯的应力集中点;然后,通过振动台运输振动摸底试验修正了有限元模型,对机芯结构进行了优化设计,使Marx机芯整体一阶频率由15.4 Hz提高到19.7 Hz,降低了整机垂向的动力学响应,提高了机芯的力学环境适应性。试验结果表明,Marx发生器结构设计需要重点考虑其在垂直方向的可靠性;振动过程中,机芯整体连接稳定,振动应力集中于机芯与U型支撑杆连接处、支撑杆与支撑板连接的角片处,以及开关连接件处,是结构设计的薄弱环节。     

高温超导磁体系统发热仿真及实验研究

本论文对高温超导磁体在传输直流电流时产生的损耗进行了理论分析和实验验证.本文考虑了高温超导带材非线性模型磁场方向对带材临界电流和n值的影响,用Bi2223超导带材绕制了(一个由20个双饼组成的高温超导磁体,用数值仿真和实验方法研究了此磁体传输直流电流时的指数损耗.并对每个双饼以及每匝线圈的损耗进行了分析.在液氮温度下对一个双饼线圈进行了指数损耗的测量,测量结果与数值仿真结果相当吻合.利用高温超导体临界电流此非线性模型,本文对此磁体快速励磁情况下的交流损耗的特点进行了数值模拟.     

快响应磁芯式Rogowski线圈

为减小线圈响应时间,提高脉冲大电流信号的测量精度,设计了ns级快脉冲响应的Rogowski线圈。根据电磁理论,给出了线圈关键参数的计算公式,并对其进行了工程制作。通过引入50Ω的阻尼电阻,消除信号电压波形前后沿处的高频寄生振荡。对Rogowski线圈的等效电路进行了Pspice电路模拟,验证了线圈的输出特性,与理论分析结果一致。用50 ns和10 ns方波脉冲分别对线圈进行定标,其响应时间分别为2.43和1.10 ns,灵敏度为3.34 A/V。利用该线圈对高压ns脉冲发生器的负载电流进行测量,结果表明线圈能够较好地响应10 ns,kA级脉冲大电流信号。     

高温超导磁体系统发热仿真及实验研究

本论文对高温超导磁体在传输直流电流时产生的损耗进行了理论分析和实验验证．本文考虑了高温超导带材非线性模型磁场方向对带材临界电流和n值的影响，用Bi2223超导带材绕制了（一个由20个双饼组成的高温超导磁体，用数值仿真和实验方法研究了此磁体传输直流电流时的指数损耗．并对每个双饼以及每匝线圈的损耗进行了分析．在液氮温度下对一个双饼线圈进行了指数损耗的测量，测量结果与数值仿真结果相当吻合．利用高温超导体临界电流此非线性模型，本文对此磁体快速励磁情况下的交流损耗的特点进行了数值模拟．     

EAST共振磁扰动线圈电源响应延迟分析及优化

为了提高EAST装置中共振磁扰动(RMP)线圈电源的输出电压、电流响应速度和输出特性,对共振磁扰动线圈电源的响应时间延迟进行了分析和优化处理。详细分析了对称规则采样和单极性倍频PWM调制过程所产生的时间延迟,针对该部分时间延迟提出了多次采样延时数据更新方法,对逆变电源控制器进行优化和改进。实验结果表明,采用该方法后电源输出响应时间延迟从206μs减小为70μs,可以满足EAST实验的需求。     

20 MA/300 ns Marx型直接驱动Z箍缩脉冲源

基于金属外壳1.0 F/40 nH/100 kV的电容器和100 kV/200 kA气体开关,提出了电流20 MA、前沿300 ns Marx型直接驱动Z箍缩负载的脉冲功率源概念设想,共40路并联,每路为6个Marx并联驱动一条水介质传输线, Marx为18级串联。分析了关键单元（电容器和气体开关）的技术可行性,建立了PSpice电路模型,模拟计算了Marx建立时间分散性、水介质传输线阻抗对负载电流的影响,模拟结果表明:Marx建立时间分散性从10 ns增加到60 ns时,负载电流前沿从平均282 ns增加到287 ns,峰值从21.0 MA降低到19.8 MA,脉宽几乎不变;Marx建立时间分散性对负载电流的影响随着并联数目增加变小;采用4.2 等阻抗传输线,负载电流最大。     

ITER ELM原型线圈水压降测试

ITER ELM线圈设计用于控制等离子体边界局域模,线圈导体采用氧化镁矿物绝缘导体结构,其中铜导体采用内径33.3mm的中空铬锆铜导体。单匝ELM线圈最高运行电流为15kA,线圈运行过程中铜导体内通入去离子水冷却,设计冷却水流速为8m3/s以保证线圈达到稳定运行温度。等离子体物理研究所完成了ITER内部线圈ELM原型线圈预研及制造并搭建了线圈流动阻力实验平台,并对ELM原型线圈进行压降测试实验。文中介绍了ITER装置中ELM线圈的压降测试平台的设计,对线圈压降实验数据进行分析。对比理论值与实验值,实验结果表明理论计算与实验值基本一致,实验结果具有可信性。     

水介质自击穿开关放电参数测试

 在“闪光-Ⅱ”装置上进行了1 MV同轴型水介质多针自击穿开关实验研究。开关击穿电压1～1.5 MV,开关总电流200～550 kA,电脉冲的脉宽约150 ns,上升前沿约60 ns。每个开关间隙的放电电流和输入输出电压分别用Rogowski线圈和CuSO4水电阻分压器测试。介绍了分压器的设计和标定,分析了产生误差的原因。针对类似测试,提出几点完善措施：测试电流线圈要密封隔水;水电阻分压器的第1级分压的分压比不能过大;调节CuSO4溶液的浓度,使水电阻的阻值满足频率响应的要求;注意分压器的放置方式;分压器和电流线圈的输出电压设计要适中。     

低抖动Marx发生器设计与实验

提出并设计了一种Marx发生器线路,将电路模拟和实验验证结果与传统的Marx线路进行了比较,结果表明,所设计的线路通过保证Marx后级开关上的过电压幅值,来保证开关可靠击穿并减小开关自击穿所需时间,从而减小Marx发生器的抖动和增大工作范围。在此线路基础上,设计了一种用于直线感应加速器脉冲功率系统的Marx发生器,该发生器采用正负双极性直流充电,使用低抖动的场畸变火花隙开关作为脉冲形成开关,最大储能16.87 kJ,最高输出电压450 kV,在一定工作状态下可以达到亚纳秒级的时间抖动。     

罗柯夫斯基线圈频率响应特性的测量方法

罗柯夫斯基线圈是测量陡脉冲电流的一种重要装置,其方波响应上升时间能达到纳秒量级,但是,它只能在一定频率范围内作线性测量。为了更好地分析罗柯夫斯基线圈测量灵敏度的频率特性,本文介绍了对西安交通大学研制的该线圈作的频率响应特性测定结果。 文中着重介绍了频响测量的点频法,并叙述了有关影响因素。例如:对信号源、标准电压表、匹配负载等一些专门要求。给出了实测曲线,还介绍了线圈本身各种集中参数的测量结果。     

聚龙一号装置磁驱动加载实验的全电路模拟

聚龙一号装置由24路模块并联组成, 通过调整24路模块中激光触发气体开关的导通时序可实现负载电流波形的精确调节, 以满足磁驱动加载实验所要求的负载电流波形灵活调节的需求。针对聚龙一号装置开展的磁驱动加载实验, 建立了能够描述能量从Marx发生器开始至负载整个传输过程的全电路模型, 开发了相应的电路计算程序, 并基于实验结果对计算程序进行了校验, 电路模拟结果与实验结果符合较好。电路模拟程序的计算效率比采用Pspice软件进行全电路计算的效率显著提高, 其不仅可应用于在给定激光触发气体开关导通时序的情况下对聚龙一号装置的输出特性进行预测和评估, 同时也为负载电流波形调节的方案设计提供了一种有效工具。     

用自积分式罗氏线圈测量纳秒级高压脉冲电流

 介绍了测量纳秒级高压脉冲大电流信号用的自积分式罗氏线圈的优点、用途、基本原理及设计。利用传输理论分析了它的信号响应及干扰。对研制出的罗氏线圈进行了标定。设计的线圈的灵敏度在1.4mV/A，可以采用的上升时间小于2ns，脉宽小于200ns，电流信号10A～40kA。自积分式罗氏线圈广泛用于脉冲功率技术中的快过程大电流测量。     

全同轴型Marx发生器的研制与场路协同仿真

针对Marx发生器小型化的应用需求和快前沿脉冲下Marx发生器内部存在波过程的实际情况,开展了全同轴结构Marx发生器的研制和场路协同仿真。Marx发生器采用基于环形电容器、环形开关、锥形隔离电感、轴心单边充电的全同轴结构方案,避免结构偏心带来的局部场增强效应。在CST软件中建立了Marx发生器实际结构模型,利用时变材料和场路协同仿真功能实现了充放电过程的动态仿真,仿真结果显示出快前沿脉冲下Marx发生器内部存在波过程。据此可以对绝缘设计进行优化,并分析结构参数对输出脉冲的影响。研制的5级Marx发生器体积小于0.015 m3,可在10 μs内充电至88 kV,对40 Ω传输线输出峰值电压210 kV的高压脉冲,峰值功率约1.1 GW,脉冲前沿5.3 ns,半高宽11.2 ns。     

一种调节Marx电源脉冲边沿的驱动电路北大核心CSCD

为了调节固态Marx发生器输出脉冲的边沿,提出了一种新型的的驱动电路,该方案通过调整充放电管的驱动电压,结合驱动电路的硬件结构,调节米勒平台时间,进而调整充放电管开通速度,实现了对于高压输出脉冲的边沿调节,其结构简单,不需要每级独立的控制信号。对于该电路中驱动电压和开关管开通速度的关系建立了模型进行了推导。结合理论分析结果设计了驱动电路的参数,仿真结果表明该驱动电路能够调节输出脉冲边沿。搭建带有设计参数下驱动电路的固态Marx发生器在容性负载下和阻性负载下进行了实验验证。利用该方案实现了对于6级Marx电路的3.6 kV输出脉冲在55~7.7μs的边沿调节,验证了该方案的可行性,并对比分析了不同阻性负载对于脉冲边沿造成的影响。实验结果表明:该电路在提高固态脉冲电源的边沿调节性能方面有独特的优势。     

耐高压纳秒脉冲罗氏线圈的研制

针对ns级脉冲电流信号的测量，设计了一种带磁芯的新型自积分式罗氏线圈，具有信噪比高、动态范围广等优点。屏蔽盒开气隙防止涡流。屏蔽盒外层采用聚氨酯进行整体封装，聚氨酯层厚度大于1.5 mm，可耐受大于20 kV的冲击电压。采用高压方波发生器与Pearson4100线圈对罗氏线圈标定。罗氏线圈的参数为:灵敏度0.018 8 V/A，最高上升时间小于20 ns，方波脉宽300 ns，最大峰值电流300 A。     

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。