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。     

爆磁压缩发生器对脉冲形成线充电的模拟和实验研究

将爆磁压缩发生器等效为电流源,利用电路模拟程序对爆磁压缩发生器通过脉冲变压器对脉冲形成线充电过程进行了分析,结果发现这种分析方法可以准确地模拟爆磁压缩发生器通过脉冲变压器对脉冲形成线的充电过程,与实验结果吻合较好。利用这种模拟方法和实验验证的结果,得出了一些重要的结论,增加变压器的耦合互感特别是变压器的副边电感和爆磁压缩发生器负载电流斜率可以明显提高充电电压的幅值,调制器的水介质电阻率对于充电幅值有一定的影响,这些结论对脉冲变压器和爆磁压缩发生器的设计具有一定的指导意义。     

长脉冲能源给脉冲形成线充电过程中的预脉冲现象

利用简单的理论和电路模拟的方法,分析了爆磁压缩发生器或电容器通过变压器对脉冲形成线充电过程中的预脉冲现象。研究表明由变压器副边电感和脉冲形成线电容构成的回路充电频率和接地电感的大小是影响预脉冲电压幅值的主要因素。由于接地电感的引入带来的高频寄生振荡不会引起预脉冲幅值的变化。在通过变压器对脉冲形成线充电的方案中,由于回路充电频率低,预脉冲电压幅值很小,只有kV量级。在电容器通过变压器为脉冲形成线充电的脉冲功率调制器中,将预脉冲开关去掉进行了实验,并与有预脉冲开关的情况进行了对比,结果发现无预脉冲开关的情况下,不影响二极管的正常工作和产生电子束的质量。     

长脉冲能源给脉冲形成线充电过程中的预脉冲现象

 利用简单的理论和电路模拟的方法，分析了爆磁压缩发生器或电容器通过变压器对脉冲形成线充电过程中的预脉冲现象。研究表明由变压器副边电感和脉冲形成线电容构成的回路充电频率和接地电感的大小是影响预脉冲电压幅值的主要因素。由于接地电感的引入带来的高频寄生振荡不会引起预脉冲幅值的变化。在通过变压器对脉冲形成线充电的方案中，由于回路充电频率低，预脉冲电压幅值很小，只有kV量级。在电容器通过变压器为脉冲形成线充电的脉冲功率调制器中，将预脉冲开关去掉进行了实验，并与有预脉冲开关的情况进行了对比，结果发现无预脉冲开关的情况下，不影响二极管的正常工作和产生电子束的质量。     

电容器通过变压器对脉冲形成线充电过程

从T模型等效电路出发,在等效电路中磁化电感两端的电压在形成线等效电容充电到第一个峰值之前变化较小这一假设之下,推导了电容器通过变压器对脉冲形成线充电的解析表达式,给出了考虑回路存在电阻和杂散电感下的表达式。最后利用电路模拟来验证解析表达式,结果表明:给出的解析表达式能够较好地分析电容器通过变压器对脉冲形成线充电过程;在形成线充电的第一个半周期内,解析理论得到的结果与模拟结果比较吻合,在原边电容和形成线等效电容可比较的情况下,从变压器耦合系数较低（不超过0.7）到耦合系数接近于1的情况都适用。     

电容器通过变压器对脉冲形成线充电过程

从T模型等效电路出发,在等效电路中磁化电感两端的电压在形成线等效电容充电到第一个峰值之前变化较小这一假设之下,推导了电容器通过变压器对脉冲形成线充电的解析表达式,给出了考虑回路存在电阻和杂散电感下的表达式。最后利用电路模拟来验证解析表达式,结果表明:给出的解析表达式能够较好地分析电容器通过变压器对脉冲形成线充电过程;在形成线充电的第一个半周期内,解析理论得到的结果与模拟结果比较吻合,在原边电容和形成线等效电容可比较的情况下,从变压器耦合系数较低（不超过0.7）到耦合系数接近于1的情况都适用。     

基于爆磁压缩发生器的紧凑脉冲功率源

为了满足某脱离电网的应用需求,研究了一种基于爆磁压缩发生器的紧凑脉冲功率源。该脉冲功率源设计目标是对等效电容为65 pF的电容负载快速充电至数百kV。考虑到爆磁压缩发生器与负载之间的阻抗匹配,该脉冲功率源采用了一种主要由电爆炸断路开关、脉冲变压器和中间储能电容器组成的脉冲调制模块。详细介绍了该脉冲功率源的具体设计和实验研究,并对实验结果进行了分析,在此基础上讨论了下一步可能的改进优化。研究结果表明,利用该脉冲源对电容负载充电电压达到了-352 kV,电压上升时间约10 ns。     

利用爆磁压缩发生器产生高功率高电压脉冲

利用螺旋型爆磁压缩装置（HEMG）产生脉冲高电压技术主要应用于驱动微波器件产生高功率微波（HPM），应用于核电磁脉冲及雷电电磁脉冲（E脚）的模拟与防护。利用HEMG作为能源驱动电爆炸丝开关（EEOs）产生脉冲高电压，目前主要有以下两条技术途径：一是采用紧凑型的所谓含动态变压器结构的HEMG（脉宽窄）作为能源驱动电爆炸丝断路开关产生脉冲高电压。这条技术路线系统结构简单，     

微型动态级联爆磁压缩发生器研究

为满足某强电磁脉冲辐射系统对轻小型脱离地面脉冲电源的应用需求,研究了一种微型动态级联爆磁压缩发生器。首先介绍了该发生器的结构参数,然后利用基于等效电路的数值计算模型对该发生器电路参数和输入输出电流进行了模拟计算,最后以蓄电池供电的初始能源为发生器提供初始种子电流,对发生器输出特性进行了爆轰实验。实验结果表明,发生器在1.44 μH电感负载上产生脉冲电流峰值达到49 kA,电流上升时间5.2 μs,能量放大约7.8倍。     

基于脉冲形成线充电的脉冲压缩技术

利用脉冲压缩技术,将具有一定初始电压的高阻抗长脉冲形成线对低阻抗短脉冲形成线充电到一定值时,其输出开关导通,在其后的传输线上可以产生高功率短脉冲。给出了脉冲压缩理论分析;前级脉冲驱动源采用GW级纳秒脉冲形成线,其特性阻抗为40 、电长度为3.9 ns,输出脉冲宽度约8 ns;研制了与前级脉冲驱动源匹配的脉冲压缩装置和变阻抗传输线,考虑到脉冲压缩装置低阻抗形成线绝缘击穿和开关导通限制,选取脉压装置形成线特性阻抗6.5 、电长度0.5 ns。利用GW级纳秒脉冲驱动源开展了脉冲压缩实验,得到了输出功率增益达4倍左右的脉宽1.5 ns高功率短脉冲,输出脉冲功率增益与理论值基本相符。     

高功率离子束在偏压电荷收集器内部的电荷输运模拟

利用2.5维KARAT软件对高功率离子束在偏压电荷收集器内部的电荷输运过程进行PIC数值模拟，模拟结果表明在偏压电荷收集器内部电荷中和而电流不中和。在模拟中考虑了收集器的几何尺寸和离子束密度，因此模拟结果比一维数值计算的结果更为可靠。同时还模拟了偏置电压与电荷收集器离子收集效率之间的关系，对于峰值能量为500keV的高功率离子束，偏压为－800V即可满足测量要求，这一结果与实验吻合较好。     

爆磁压缩装置经组合功率调节系统产生高电压的实验研究

 介绍了以爆磁压缩装置为脉冲功率能源,经变压器和爆炸金属丝断路开关组合功率调节系统,在电阻负载上产生高电压的实验研究。实验结果为：在100W 水电阻负载两端得到了约800kV的高电压脉冲,脉宽约100ns。此项工作拓宽了爆磁压缩装置的应用范围。     

带脉冲形成线的1.0 MV 100 Hz紧凑型Tesla变压器的研制

 介绍了紧凑型Tesla变压器的工作原理和功能特点,在此基础上对电压1.0 MV、重复频率100 Hz的Tesla变压器和阻抗40 W、宽度40 ns的脉冲形成线(PFL)进行了一体化结构设计。用Tesla变压器的两个同轴开环铁芯作为PFL的内外导体,将传统的形成线结合在Tesla变压器中,从而脉冲发生装置具备了体积小、效率高、性能稳定等特点。设计的紧凑型Tesla变压器在CHP01电子束加速器上实现了对600 pF的PFL单次充电电压达到1.3 MV、重复频率100 Hz、平均电压1.15 MV的技术指标,该变压器在其额定电压和频率下的连续运行时间达到5 s以上。     

爆磁压缩装置经组合功率调节系统产生高电压的实验研究

介绍了以爆磁压缩装置为脉冲功率能源,经变压器和爆炸金属丝断路开关组合功率调节系统,在电阻负载上产生高电压的实验研究。实验结果为：在100W 水电阻负载两端得到了约800kV的高电压脉冲,脉宽约100ns。此项工作拓宽了爆磁压缩装置的应用范围。     

水介质Blumlein型螺旋脉冲形成线的研究

 分析了螺旋线脉冲形成线脉宽加宽的原理,利用程序对Blumlein型螺旋脉冲形成线进行了模拟研究,模拟结果与理论分析得到的脉宽表达式吻合较好,并可以给出螺旋线中筒的电场和磁场分布。加工了一套Blumlein型螺旋脉冲形成线,并开展实验研究,解决了绝缘支撑耐压问题,得到充电电压550 kV,二极管电压500 kV,电流28 kA,半高宽128 ns的脉冲输出。     

提高级联爆磁压缩发生器功率放大能力的新途径

通过采用适当措施在爆磁压缩放大器的功率放大级充电回路完成间接馈电,即提供次级回路初始电流(即种子源)之后切断充电回路,从而减少不必要的磁压,以提高装置的功率放大能力.利用二维爆轰磁流体力学程序对此进行模拟计算,计算结果表明,采用这种方法可以有效地提高装置的功率放大能力.     

二维磁流体力学程序MFCG Ⅱ与MFCG Ⅰ计算结果的对比分析

 根据磁场、电流密度和感应电流的解析公式研制了爆炸磁通压缩发生器充电和爆磁压缩过程的计算程序MFCG Ⅱ。在相同条件下用该程序和二维磁流体力学程序MFCG Ⅰ分别计算相同模型所得结果符合较好。因此用MFCG Ⅱ可分析、解释MFCG实验中有关的物理问题。