2.1脉冲功率储能技术-电容器.ppt

1、Constant voltage charging t Capacitor voltage Target voltage Resistive charging Ideal charging 充电模式 Z1 Z3 Z2 Y3 Y1 Y2 四端口网络 ２　工频谐振恒流充电 Constant power charging 托卡马克装置 设计专题 设计托卡马克等离子体电磁能量转移系统 托卡马克装置等离子体和极向磁场线圈为强耦合关系，符合变压器原理。 等离子体电感为毫亨量级（5mH），电阻毫欧量级（20毫欧），等离子体电流约1MA，可以在10ms以内快速熄灭（等离子体破裂），等离子体中的电磁能量和热能通过向真空室壁耗散，对装置产生巨大的破坏。 对于等离子体中的电磁能量，希望能在预测到破裂时，将然迅速转移出来，在装置外面进行吸收、释放、储存…… 探索几种能量转移出装置之后的处理方法： 探索点： 能量转移开关 能量吸收 能量释放 能量存储 复合能量释放方式 分4组独立开展设计工作，于10月26日提交系统设计报告，并做PPT汇报。 内容包括：国内外研究现状，方案比较，方案设计，系统仿真结果，结论。 Marx发生器的部件 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 电容器 合成油浸渍聚丙烯薄膜绝缘型电容器，它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。 自愈：自愈式电容器发生局部放电而导致绝缘击穿时，绝缘膜两侧放电通道附近很薄的金属膜可以被放电电流气化，从而使绝缘得到恢复，只伴随微小的电容损失。 自愈式电容器目前还很难在有较大的电流、反峰或上升电流率的情况下使用，耐受大冲击振荡电流的能力较油浸式电容器弱很多。 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，它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：液体包容部件的朔料软管容易老化，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。 水电阻设计要点 竖直安装，阳极朝上。 宜短不宜长。 硫酸铜作电解质，选紫铜材料做电极。 氯化钠（氨，钾）作电解质，电极用不锈钢 硫带硫酸钠作电解质，采用铝电极。 连接导体 避免有尖锐的棱角 短而宽的形状 设计时需要详细计算每一段导体的电感，进行优化，以控制总电感在接受范围之内。 Marx发生器的同步特点 　　Marx发生器由并联充电转变为串联放电是靠点火击穿第一级间隙或前几级间隙，其余间隙靠自然过电压而逐个击穿，最后输出间隙击穿，产生输出高压，这个过程叫同步。通常发生器建立时间的分散性（抖动），来表示同步的好坏。 点火间隙通常用三电极或带中间平面的场畸变开关。影响同步的主要原因是火花间隙放电的分散性，以及电路中由于寄生电容