基于空心变压器的直线感应加速器初级储能系统研究

【摘要】：在直线感应加速器中,脉冲功率系统的作用是向加速器提供与被加速电子束同步的加速脉冲。作为脉冲功率系统的一部分,初级储能系统首先将电能存储起来,通过一定放电回路将所存储的能量压缩并加载到下一级装置上。随着LIA向多脉冲的方向发展,对脉冲功率系统提出了更高的要求,主要体现在要求脉冲功率系统具有更高的可靠性和稳定性,更小的体积和时间漂移。这对于对整个脉冲功率系统性能有着至关重要作用的初级储能系统来说,也提出了更高的要求。基于空心变压器的初级储能系统相对于传统的初级储能装置Marx发生器来说,有着体积相对较小,所用开关数量少以及时间漂移小等优点。因此本文主要对基于空心变压器的初级储能系统进行了研究。 首先,对空心变压器的理论模型进行了分析,在得到了输出脉冲电压的表达式的基础上分析了变压器各主要参数对脉冲充电时间和充电时能量传输效率的影响;同时还通过近似求解状态方程的方法对考虑线路电阻时输出脉冲受到的影响进行了分析;讨论了在非双谐振情况下的能量传输效率的问题。最后确定了所设计空心变压器的参数。 然后,按照所确定的参数,根据螺线管电感计算公式得到了变压器的物理尺寸。再在其物理尺寸的基础上,利用同轴传输线模型对变压器两级之间的绝缘性能进行了分析,同时分析了影响次级匝间绝缘性能的相关因素。同时设计了一种环形电极的场畸变火化隙开关,并对其进行了相关的实验,在一定工作范围内获得了亚纳秒的抖动。 在实验研究中,按照理论计算所得参数和物理尺寸绕制了变压器,安装了相关的实验装置,使用不同大小的储能电容对所设计的空心变压器进行了实验,最后在储能电容0.2μF,变压器耦合系数约为0.8时,在负载电容上得到了充电时间3.6μs,能量传输效率53%的电压脉冲,基本上达到了设计的要求,可