一种紧凑化长脉冲Marx型脉冲功率源的初步研究

论文摘要

近年来,脉冲功率源的小型化和紧凑化越来越受到相关研究机构的重视,成为该领域重要的发展方向之一。随着电容器技术的不断进步,具有低内感,耐高压,放电快等特点的脉冲电容器逐渐实现了商品化。应用这种电容器制成的Marx型脉冲功率源具有结构简单紧凑,维护方便等特点,直接对匹配负载输出可以获得很高的电压效率。本文在研究了Marx型脉冲功率源的基本原理、主要特征的基础上,研制了一台十级紧凑化Marx型脉冲功率源。系统采用了正负充电方式来减少开关的数量,利用电感器作为充电和隔离的元件,通过引入陡化传输线和陡化开关来获得较好的前沿,整套装置布局紧凑,可以得到脉宽较长,功率较高的脉冲输出。论文主要包括以下内容:通过对Marx发生器工作原理的分析,了解了影响脉冲功率源输出电压幅值、脉冲宽度的各项因素。分析了陡化电容对Marx发生器脉冲输出的影响。对Marx发生器的电阻、电感、对地分布电容等电参数进行了估算,在此基础上对Marx发生器进行了全电路模拟。为了使第一级触发开关有良好的触发效果,设计并搭建了一套具有二级升压结构的触发电路。对触发电路的工作原理和影响其触发效果的因素进行了分析。通过实验测得了输出电压的相关数据,证实了其触发效果。利用电磁场分析软件对开关电极和触发开关进行了电场分布的模拟,优化并确定了其几何结构。分析了充电电感对放电波形以及隔离电感大小对开关过电压的影响。在实验中,首先进行了逐级的放电实验,确保每级开关都能正常导通。其次,在匹配负载上进行了不同陡化条件下的相关实验。最终在充电±25kV情况下,40?负载上得到输出电压峰值322kV,脉冲宽度162ns,上升前沿40ns的结果,与设计基本吻合。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 紧凑型Marx 发生器的国内外研究现状
• 1.2 论文的主要内容
• 第二章 紧凑型Marx 发生器相关理论分析与电路模拟
• 2.1 Marx 发生器工作原理
• 2.1.1 RLC 回路放电模型
• 2.1.2 有陡化电容的Marx 发生器理论
• 2.2 电路相关参数计算
• 2.2.1 回路的电阻
• 2.2.2 回路的电感
• 2.3 Marx 发生器的等效对地分布电容
• 2.4 Marx 发生器的全电路模拟
• 2.5 本章小结
• 第三章 触发电路的研制
• 3.1 触发电路的设计原则
• 3.2 触发电路的工作原理及电路模拟
• 3.2.1 触发电路的工作原理
• 3.2.2 触发电路的电路模拟
• 3.3 触发电路的实验研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 紧凑型Marx 发生器的系统研制与实验研究
• 4.1 电容器、开关、电感、陡化传输线的选取设计及实验
• 4.1.1 电容器的选取
• 4.1.2 开关的设计与实验
• 4.1.3 电感的设计与加工
• 4.1.4 陡化传输线的设计与加工
• 4.2 紧凑型Marx 发生器的实验研究
• 4.2.1 充电系统及诊断系统
• 4.2.2 级数递增实验
• 4.2.3 十级Marx 发生器放电实验及陡化效果测试
• 4.2.4 实验中出现的问题
• 4.2.5 实验结果分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结
• 5.1 主要工作和结果
• 5.2 存在的问题及对未来工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果