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基于脉冲变压器和Marx发生器的脉冲驱动源

林加金  
【摘要】:脉冲功率技术在国防、工业以及自然科学研究等领域得到了广泛应用,高峰值功率、高重复频率和小型化是脉冲功率系统发展的主要方向。本论文依据本教研室较为成熟的脉冲变压器技术和紧凑型Marx发生器技术,提出了一种“基于脉冲变压器和Marx发生器的脉冲驱动源”,尝试将脉冲变压器和Marx发生器结合在一起,用脉冲变压器当作Marx发生器主电容的充电升压设备;搭建了一台“采用脉冲变压器充电的三级Marx发生器”的脉冲驱动源,实验结果验证了“基于脉冲变压器和Marx发生器的脉冲驱动源”技术路线的可行性。论文的研究结果对于紧凑型脉冲功率系统和Marx发生器的高重频运行的研究具有一定的指导意义。论文研究的主要内容包括以下几个方面: 1.分析了“基于脉冲变压器和Marx发生器的脉冲驱动源”工作原理 依据双LC振荡的原理,采用脉冲变压器对电感隔离型Marx发生器的主电容进行快速充电;紧凑型Marx发生器,回路自感较小,在不加脉冲形成线的情况下,可依据自身的参数在电阻型负载上产生百纳秒级脉宽的脉冲;为获得快上升沿,可采用陡化电容电路对输出脉冲的上升沿进行陡化。 2.脉冲功率源的主体结构设计 研制了一台耦合系数达到0.926的空芯脉冲变压器,初、次级电感分别为24.35uH和108.91mH,在调谐比为1的情况下,变压器的理论升压比为61。Marx发生器采用高性能储能电容进行串并联作为单级电容,单级电容耐压300 kV、电容值36 nF;两电极气体火花开关作为Marx发生器的导通开关;经过Pspice软件模拟分析,选择30 uH电感器作为隔离电感;甘油储能的同轴传输线作为陡化电容,陡化传输线长度为130 mm、内筒直径为230 mm、外筒直径为410 mm,其电容值为0.53nF。 3.脉冲驱动源的初步实验研究 在成功研制的脉冲变压器和Marx发生器的基础上,搭建了一台采用脉冲变压器充电的三级Marx发生器,并开展了数值模拟和初步实验研究,验证了“基于脉冲变压器和Marx发生器的脉冲驱动源”技术方案的可行性。在15Ω假负载上得到了半高宽度240 ns、幅值290 kV的脉冲电压,其陡化作用电压Vpeak为161 kV,陡化上升沿(0~Vpeak)Tpeak为11 ns;对于实验中出现的Marx建立电压不稳定、陡化开关预击穿现象进行了分析;以后的工作重点是在提高稳定性、提高工作参数和重频运行等方面开展进一步研究。


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