合肥光源小功率直流磁铁电源的研究

电子加速器通过对电磁场精细调整使得电子束按理想轨道运行,要求励磁电源电流精度高、稳定度高、纹波小、抗干扰能力强。介绍了合肥光源小功率直流磁铁电源系统结构和控制器系统及控制算法,并进行了仿真和实验研究。实验测得,在负载电感1 mH、等效串联电阻0.049 ,输出电流25 A下电流纹波率2.12,40 min电流稳定度6.6,电流分辨率0.01。这表明：所设计的主电路和控制器系统适用于小功率直流磁铁电源的实验研究。     

金属氧化物半导体场效应管长期辐射效应的数值模拟

将粒子输运的蒙特卡罗方法与器件数值模拟的有限体积法相耦合来模拟典型金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)的长期辐射效应。二氧化硅中的陷阱电荷及硅中的自由电子和空穴均使用漂移扩散模型来描述,入射粒子的能量沉积可作为源项耦合至漂移扩散模型方程,并根据有限体积法得到控制方程的离散格式,方程的数值解即为MOSFET的长期辐射响应结果。使用该方法模拟了MOSFET受射线粒子辐照后的阈值电压漂移与关态漏电流现象。结果表明,耦合方法适用于典型半导体器件长期辐射效应模拟,其阈值电压漂移及漏电流计算结果与文献符合较好。     

水中脉冲放电金属电极烧蚀机理

采用板-板电极, 在放电间隙距离为2 mm、放电电流峰值为22 kA条件下, 对黄铜、钨铜电极的烧蚀特性进行了对比研究。利用高精度天平测量放电过程中的电极质量损失, 分别获取了阴极、阳极及总的平均烧蚀速率。通过放电后电极表面微观形貌、微观元素组成的分析及液体中金属离子的含量分析, 对水中脉冲放电金属电极的烧蚀机理进行了探讨。结果表明, 水中脉冲放电时, 钨铜电极的抗烧蚀性能明显高于黄铜电极。黄铜电极的主要烧蚀是以中心的大量孔洞及其边缘的波纹结构为表现形式的液体金属的溅射;钨铜电极的突出物及较平整的表面暗示了气相侵蚀的作用。以电弧的焦耳热效应为催化剂, 钨铜与水的电化学反应更为强烈, 因此电化学腐蚀是水中放电电极烧蚀的形式之一。     

脉冲电流冲击力对电极间距的影响

利用时变场理论和瞬态动力学方程建立了电极及其支撑结构的瞬态耦合模型,分析了瞬态电磁场各参数的分布特点,并求解了电极及其支撑结构的动态响应状态参数。计算结果表明:玻璃钢支撑结构对于脉冲电流形成的冲击力载荷具有很好的缓冲作用;低弹性模量支撑材料在脉冲上升沿和峰值阶段均会产生波动性形变,但该波动性形变对电极间距不会造成太大的影响。     

MV级Marx发生器恒流充电过程分析

设计了一种输出电压为4 MV的超前触发型Marx发生器,为了进一步优化采用电阻充电的Marx发生器输出特性,提高系统的充电效率并且减小级间充电电压不均匀性,对Marx发生器恒流充电过程进行了解析求解。结果表明：各级间充电电压差为与充电电阻、电容和充电速率成正比,与时间无关的定值,充电时间越长电压效率越高,且与电压变化率无关 。该结论具有普遍适用性。结合我们设计的4 MV超前触发型Marx发生器回路,利用PSpice对Marx发生器的恒流充电过程进行了模拟,得到了自洽的结果,并且与恒压充电进行了对比。当充电电阻为10 k,各级电容为400 nF,充电速率为10 kV/s时,恒流充电能量效率达到90%,约为恒压充电能量效率的2倍,充电时间为恒压充电的1/3。     

基于PIC单片机的种子源设计

对种子源结构进行了优化设计,为了缩短充电时间,在现有的电容和DC变换器基础之上,选用单片机作为控制芯片,利用其脉冲宽度调制(PWM）输出功能产生用于控制DC变换器的线性电压。对单片机PWM输出转化为线性控制电压的性能以及控制DC变换器恒流充电的可行性开展了实验研究。实验结果表明,基于PIC单片机的种子源储能可以达到250 J,充电时间缩短到6 min以内,满足实验要求。     

脉冲功率系统中能量回收电路的改进

串联型能量回收电路从电路结构上保证了异常条件下脉冲功率系统中充电电源的安全,但恒流充电电源经回收电感向储能电容充电时会引起回收电路的振荡,不仅会造成充电电源输出过压和回收电感损耗增加,还会导致充电电压一致性明显变差等问题。在分析了回收电路振荡特性的基础上,提出了在回收电感两端并接旁路开关和双路充电输入的电路结构以及相应的充电控制方法,不仅可以抑制回路振荡从而提高充电一致性,还可以消除回收电感和旁路开关的不必要损耗且控制方法也简单通用。对包含有串接型回收电路的600 V/400 A充电系统进行了电路仿真和实验验证,实验结果表明：在600 V重频条件下,回收电路的改进方案可将储能电容电压的充电一致性偏差由10 V降低到2.6 V,对应的相对偏差由1.7%降低到0.5%以内。     

HL80型低纹波系数大电流程控恒流源研制

HL80型大功率恒流源采用闭环实时串联线性调整技术实现输出电流的恒流控制,应用三相交流调压模块调控电源变压器的初级电压,以可编程控制器与触摸屏配合实现图形化的交互式操作界面,采用以太网构成通讯控制网络。当负载在2.0 ～3.0 Ω之间变化且输出电流在20～80 A之间变化时,HL80型恒流源的调整管压降可控制在(8±2) V范围内,输出电流稳定度优于0.12%,纹波系数优于0.11%。样机实现万次拷机实验无故障。     

40 GW重复频率脉冲驱动源研制进展

40 GW重复频率脉冲驱动源是应高功率微波技术发展等需求而设计的一台基于Tesla变压器技术的重复频率脉冲功率装置。40 GW驱动源设计输出功率40 GW,脉宽60 ns,重复频率1~50 Hz,输出功率及重复频率工作状态在一定范围内可调。介绍了40 GW高功率重复频率脉冲驱动源的系统构成、电气及结构参数的确定方法、关键部件的工程工艺技术,并分析了关键绝缘部件的电场分布。已完成驱动源安装并进行了实验调试,其主要单元Tesla变压器的能量效率达到70%,驱动源单次工作状态下输出功率大于40 GW;50 Hz重复频率工作状态下,输出功率20.6 GW,系统工作稳定可靠。     

层流氩等离子体射流温度的测量

采用给水冷管状静电探针施加负偏置电压、并使探针以一定速度垂直于射流轴线扫过层流氩等离子体射流的方法,测量探针所收集到的累积离子饱和电流随侧向位置的变化,利用Abel变换推导出了局部离子饱和电流密度沿射流径向的分布;采用自制的水冷动压探针,以动态扫描法测量了射流动压沿射流径向的分布;根据局部离子饱和电流密度和射流动压的测量数据,由理论关系式推导出了等离子体射流横截面上的温度分布,同时,采用谱线相对强度法测量了等离子体射流的激发温度。结果表明：两种方法得到的等离子体射流中心温度吻合较好,所得到的射流中心温度随弧电流加大而增大的变化趋势也一致。