电流非均匀分布对磁绝缘感应电压叠加器电子鞘层的影响

磁绝缘感应电压叠加器(MIVA)感应腔注入电流空间非均匀分布对次级磁绝缘电子鞘层和功率流传输产生影响.本文基于磁绝缘稳态二维层流模型,分析了电流非均匀分布对MIVA次级电子鞘层的影响规律.电流非均匀分布对磁绝缘电子鞘层影响较大,但对电荷质心和磁绝缘流阻抗影响较小.对于给定磁绝缘参数(线电压V_0=4.1 MV、最小阳极电流I_(amin)=132 kA),当阴极电流不均匀系数δ_c约35%时,电子鞘层不均匀系数ζ约79.4%,流阻抗减小了5.6%;当δ_c增大至69.5%时,电子鞘层偏心导致阴-阳间隙局部短路.在磁绝缘最小阳极电流I_(amin)相同时,线电压V_0越低,电流非均匀分布的影响程度越显著.当线电压V_0由4.2 MV降低至1.4 MV时,引发间隙局部短路的阴极电流不均匀系数由69.5%降低至35%.     

开关放电分散性对FLTD模块输出的影响模拟

建立了包含开关放电分散性的电路模型,模型通过电压控制开关和自击穿开关模型的结合,可对开关抖动及支路间放电的相互影响进行模拟,利用研制的300 kA单级直线型变压器驱动源(FLTD)模块进行了实验验证,模拟结果与实验相吻合。进而针对设计的20支路FLTD模块建立了电路模型,模拟分析了模块支路开关放电分散性对输出电流峰值和上升沿的影响,模拟结果表明,开关抖动小于5 ns时对模块输出影响较小。     

一种同轴低电感低抖动多级多通道气体开关

研制了一种触发电极位于放电通道之外、间隙电极为环状不锈钢弹簧的同轴多级多通道气体开关。该开关通过分布电容耦合实现触发,利用多间隙串联减小抖动,利用弹簧不同匝之间电感隔离形成多通道放电。实验表明：该开关触发可靠、电感低（～20nH）、抖动小（～3ns）、触发特性稳定。     

±100 kV三电极场畸变气体火花开关

设计了一种用于直线变压器驱动源的三电极场畸变气体火花开关。开关采用SF6气体绝缘,开关尺寸和电感较小,实测开关电感约为67 nH。在工作电压80 kV、工作系数为70%时,开关触发时延为40.0 ns,抖动约2.8 ns。对比研究了钨铜合金和黄铜两种电极材料对开关静态和触发击穿特性的影响,研究结果表明：铜钨合金电极开关的自击穿电压分散性、触发时延及抖动、自放电概率和电极表面烧蚀均小于黄铜电极,更适宜作为三电极场畸变开关的电极材料。     

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。     

行波电压叠加器的电路模型与输出特性

为了研究行波电压叠加器(TVA)的输出特性以及影响输出特性的因素,将传输线和放电支路进行简化,给出了传输线、放电支路、屏蔽电极与外筒体间的分布电感与分布电容等参数的计算方法,建立了8级串联TVA电路模型。通过仿真得到了8级串联TVA驱动匹配负载时的输出特性,研究了开关闭合时序与分散性以及传输线阻抗等对输出特性的影响。仿真结果表明：当每级开关触发闭合时序为理想感应电压叠加器(IVA)时序时,传输线输出电压峰值随串联级数n的增长近似线性增长,电压脉冲前沿逐级陡化,在匹配负载上的输出电压为899 kV,脉冲前沿与第一级相比缩短10 ns;屏蔽电极上的电压峰值逐级减小,电压波形存在高频振荡;开关闭合时序对TVA传输叠加与输出特性有显著影响,TVA按理想IVA时序触发时的匹配负载电压前沿比同时触发时要陡,相差约50 ns,随着触发时序系数增大(>1),脉冲前沿逐渐陡化;当开关触发闭合分散性增大时,输出脉冲重复性变差;随着传输线阻抗从匹配阻尼增大至3倍阻尼,匹配负载电压峰值增大,前沿缩短约30 ns,波尾时间增大约200 ns。研究结果可为TVA型脉冲功率源装置的结构优化和研制提供一定的参考...     

0.1 Hz 800 kA驱动源模块研制北大核心CSCD

介绍了面向Z箍缩驱动聚变裂变混合堆(Z-FFR)能源的重复频率800kA快上升沿的线性变压器驱动源(LTD)模块的设计和测试。LTD模块由34组RLC电路组成,每组包含2台100kV/40nF脉冲电容器、1个多间隙气体开关和非晶磁芯。研制的模块可以在匹配水电阻负载上以0.1 Hz的重复频率输出上升沿约100ns的800kA的电流脉冲。采用了一个高压触发信号来触发整个模块的新触发方式,将外触发信号通过模块内布置的角向传输线等网络同时到达并触发所有的高压开关,实验结果表明采用一路140kV、25ns前沿的触发脉冲可以可靠地触发整个模块。为了保证LTD模块每10s输出一个80kV/800kA的电流脉冲,非晶磁芯的去磁复位采用了一个5.2kA、脉宽30!s的电流脉冲,其运行频率为0.1 Hz。模块采用的多间隙气体开关运行寿命超过10 000次,其抖动小于3ns。     

感应电压叠加器中水介质开关脉冲自击穿特性

设计了应用于感应电压叠加器中的水介质主开关与峰化开关,主开关的电极结构为“平板 环型”,峰化开关的电极结构为“环型”。研究了开关在300 ns脉冲电压下的自击穿特性,给出了不同工作电压下开关的间隙距离。实验结果表明,主开关与峰化开关的结构合理、击穿特性稳定、相互配合良好,峰化开关可以有效地峰化主脉冲,降低预脉冲的幅值。主开关的实验结果同时验证了Martin经验公式的适用性。     

FLTD三电极场畸变气体开关寿命特性

针对设计的一种场畸变气体开关,研究中间电极材料分别为不锈钢和黄铜条件下的烧蚀特性,结合开关寿命期间静态与触发特性的变化规律,获得决定开关寿命的关键因素,为三电极场畸变气体开关的性能优化提供理论支撑。研究结果表明,采用不锈钢和黄铜作为中间电极的烧蚀区域以及表面粗糙度均随着放电次数增加而增大,黄铜电极烧蚀较为严重且表面有明显的烧蚀圆斑,不锈钢电极则具有更高的表面粗糙度,阴阳极表面烧蚀存在明显差异,随着放电次数的增加,击穿点向电极边缘区域集中,影响开关的沿面绝缘特性,是导致开关寿命终结的主要原因。     

一种同轴低电感低抖动多级多通道气体开关

 研制了一种触发电极位于放电通道之外、间隙电极为环状不锈钢弹簧的同轴多级多通道气体开关。该开关通过分布电容耦合实现触发，利用多间隙串联减小抖动，利用弹簧不同匝之间电感隔离形成多通道放电。实验表明：该开关触发可靠、电感低（～20nH）、抖动小（～3ns）、触发特性稳定。