熊兰讲座-脉冲功率技术.ppt

脉冲功率技术 熊 兰 电气工程学院 2013.5 目 录 教材及参考书 选用教材 李正赢，脉冲功率技术，水利电力出版社，1992 主要参考书 1）王莹，高功率脉冲电源，原子能出版社，1991 2） Pai S.T., Qi Zhang， Introduction to high power pulse technology， Singapore : World Scientific, 1995 3）刘锡三，高功率脉冲技术，国防工业出版社，2005 4）H.Bluhm著，江伟华、张弛译，脉冲功率系统的原理与应用，清华大学出版社，2008 5）韩旻，邹晓兵，张贵新，脉冲功率技术基础，清华大学出版社，2010 脉冲功率发展里程碑 1962年， 英国AWRC, J.C. Martin， 发展了 Marx+Blumlein， ns量级 1967年， USA, Sandia， 高功率粒子束，10MV,100KA,80ns 1972年，USA, Hary Diamond 实验室，AURORA,14MV, 1.6MA,120ns 1978 年，USA, Sandia， PBFA-I , Fusion, 30TV, 1MJ 1986年, USA, PBFA-II, 12MV, 8.4MA, 40ns, 1014 W 1985年，俄罗斯， Kalchatov，Fusion，2MV,40MA,90ns 中国， 1979, 西南工程物理研究院，6MV,100KA,80ns， 闪光 －I 号 1995，合肥，30GW,500KA, FUSION 1980～，中国工程物理研究院，星光－1，星光－2，神光－3 西北核技术所，闪光－2，1MA, 1MV, 相对论电子束加速器 华中科技大学, 哈尔滨工程大学等联合“神光III” 电能（电容器，电感，超导） 机械能 （电动机，惯性储能） 化学能 （火药，蓄电池） 传输线 核能 单级冲击电压发生器 常用惯性储能 直流 　换向直流脉冲发电机 　单极脉冲发电机 交流 　同步发电机 　补偿脉冲发电机 单级冲击电压发生器 经典Marx发生器 电容器 火花开关 电阻 连接导体 触发方式 变压器油 绝缘 电容器 合成油浸渍聚丙烯薄膜绝缘型电容器，具有较好的耐冲击电流性能，其储能密度达0.15J/cm3，单只电容器（KJ量级）的总电感可低达10-30nH。 “自愈式”电容器，采用镀有金属薄膜（0.1um量级）的有机薄膜或电容器纸在超净条件下紧密卷绕制成，无需油浸，储能密度达到1J/cm3量级。 火花开关 两电极开关：简单的气体火花开关是一种两电极放电部件，利用绝缘容器在电极之间充压缩气体（空气、氮气、六氟化硫等）以提高工作电压，甚至直接暴露于大气中，开关先承受一定的高电压而呈现绝缘（高阻抗）状态，然后气体击穿形成等离子体传导通道而接通电路。 三电极开关：在两电极开关的基础上，增加触发极，可以接收指令触发击穿，获得较好的同步或关联工作性能。 火花开关 气体火花开关还可以利用激光、X光、电子束等进行触发，Marx发生器的气体火花开关通常都是电触发的。 气体火花开关可以说是Marx发生器中最为关键的部件。基本要求是电感小、性能稳定、寿命长。 性能稳定分静态稳定和动态稳定。 静态性能稳定是指开关在耐受直流高压期间不易发生自放电，并且击穿特性（击穿电压和工作气体压强及间隙长度的关系）不易随放电次数的增加而发生明显变化。 动态性能稳定指开关在触发脉冲或瞬态过电压（高于直流击穿电压的瞬态）作用下击穿时具有足够小的击穿延迟时间分散性。 电阻器 水电阻：功率容量大，阻值范围大，柔韧性好，适应性强。 缺点：液体包容部件的塑料软管容易老化，受气温影响较大，安装使用过程中易残存和析出气体等。 在功率不大的情况下，总储能很小，开关数量很少时，可以使用绕线式电阻器。 电阻器 充电电阻，接地电阻，触发电阻 选取电阻器除了要考虑功率问题以外，还要保证其与相应电容器的时间常数要远远大于发生器对其负载的放电时间。 触发电阻除要考虑自身功率和相应电容器常数外，还要限制触发电流以保护触发器。 3.3 脉冲成形系统 电容器（脉冲陡化） 电感（磁压缩开关） 变压器（升压，脉冲变换） 传输线(或者脉冲形成线，分为平行板或者同轴线) PFN（Pulse Forming Network）脉冲成形网络 开关 闭合开关，断路开关 气体开关，固体开关，等离子体开关，机械开关 单次放电，重复脉冲 自击穿，外击穿 3