脈沖功率儲能技術(shù)電容器

1、Marx發(fā)生器的同步特點Marx發(fā)生器由并聯(lián)充電轉(zhuǎn)變?yōu)榇?lián)放電是靠點火擊穿第一級間隙或前幾級間隙，其余間隙靠自然過電壓而逐個擊穿，最后輸出間隙擊穿，產(chǎn)生輸出高壓，這個過程叫同步。通常發(fā)生器建立時間的分散性（抖動），來表示同步的好壞。 點火間隙通常用三電極或帶中間平面的場畸變開關(guān)。影響同步的主要原因是火花間隙放電的分散性，以及電路中由于寄生電容的影響，使得某些環(huán)節(jié)自然過電壓倍數(shù)（定義為間隙上瞬態(tài)脈沖電壓與靜態(tài)自擊穿電壓之比）降低。為了使發(fā)生器工作可靠，同步良好，要求過電壓倍數(shù)超過間隙放電的分散性范圍，有人認為過電壓倍數(shù)不應(yīng)低于1.2。1改善同步性能，減小抖動的方法減小每個火花間隙放電電壓的分散性

2、。 選擇合適的電極表面曲率以改善電場分布，保持充氣壓力恒定。采用適當?shù)幕芈凡贾?，增加自然過電壓。采用外觸發(fā)來迫使間隙擊穿。處于大氣中的火花間隙，可以放電產(chǎn)生的紫外線照射。2 加速器用電子束和射線，對發(fā)生器的同步性有嚴格要求。 一般發(fā)生器的抖動時間為幾百ns，近年來可以作到50ns，有的可以到10ns。 我國閃光號馬克斯發(fā)生器的抖動時間為100ns左右。 現(xiàn)在采用多極間隙開關(guān)，不是利用自然過電壓，而是靠觸發(fā)脈沖點火。每級點火后，開關(guān)會送出一個脈沖電壓給下一級多級間隙開關(guān)點火，同步性較好。3LC倍壓器R.A.Fitch和V.T.S.Howell于1964年提出的反相疊加型LC倍壓器，類似于Marx

3、發(fā)生器。4優(yōu)點火花球隙數(shù)目減少，且不與電容器鏈串聯(lián)，減小了主回路電感，使負載脈沖電壓有較快的前沿和較高的幅值。結(jié)構(gòu)簡單。缺點各球隙需要同時觸發(fā)，且分散性小。不允許開關(guān)觸發(fā)失敗。 對觸發(fā)器的同步性要求較高，不適用于多級工作，常用作低壓大電流的高功率脈沖電源。5Marx發(fā)生器的電容負載67電感負載 實例強磁場脈沖電源8設(shè)計中注意的幾個問題設(shè)計適當?shù)幕芈冯姼?、電?電動力 故障情況下能量釋放電路 保護電路 開關(guān)9 在實際應(yīng)用中，為了增加電容器儲能的脈沖發(fā)生器的能量，以及減少電感，通常將多臺電容器并聯(lián)，或者多組電容器并聯(lián)作為儲能單元，在每臺電容器上安裝一個開關(guān)，或者在每組電容器上安裝一個開關(guān)，這時，要

4、求所有的開關(guān)同時合上，將所有電容器儲存的能量傳輸給共同的負載，但是，實際實現(xiàn)起來是比較困難的。并聯(lián)電容器發(fā)生器電路101112 可以看出，輸出功率的大小主要受到電路電感，包括負載電感的影響。在s合上之后，電容上的電壓將加到上，使的s兩側(cè)的電壓接近相等，這樣，開關(guān)s將不易被擊穿（導(dǎo)通），要盡量避免這種情況。 當電容器并聯(lián)運行時，抖動時間應(yīng)盡可能地小，以保證多個開關(guān)能接近同步導(dǎo)通。13 由于開關(guān)的擊穿時抖動現(xiàn)象難以避免，在電容器儲能的脈沖發(fā)生器中，開關(guān)的數(shù)目盡可能地少。通常將多個電容器并聯(lián)接成一個電容器組，由一個開關(guān)控制。 左圖所示電路就是多個電容器并聯(lián)后，由一個開關(guān)控制的接線方式，為電容器的保護

5、電阻。14陡脈沖形成技術(shù)降低回路電感開關(guān)電感 傳輸線電感電容器電感無感電阻利用傳輸線產(chǎn)生陡脈沖放電間隙的快速導(dǎo)通形成陡脈沖利用陡化電容器利用爆炸絲15利用陡化電容器傳輸線可作為陡化電容器陡化電容器效果比較MarxC負載16 在一般的Marx發(fā)生器中，即使開關(guān)間隙充以高壓氣體，但由于回路本身存在固有電感和 電容，不能使輸出的脈沖前沿變得很短。電容陡化波形17 如果Cr的充電時間足夠長，在G放電前發(fā)生器內(nèi)容的過渡過程已經(jīng)結(jié)束，則在間隙放電過程中，負載上的電壓波形最初主要由第二回路的參數(shù)決定。然后再由第一回路參數(shù)決定。 也就是說，負載上的電壓脈沖前沿是由r放電的貢獻形成，隨后發(fā)生器的繼續(xù)放電，形成負

6、載脈沖的后沿。如果最佳控制的閉合時間，將可以使脈沖前沿更小。18開關(guān)電感：Ls=2dln (b/a)/N傳輸線電感：Lc=0d/2 ln (R2/R1)19放電間隙快導(dǎo)通U間隙靜態(tài)擊穿電壓（V）S間隙距離（cm）K= 12 * 104 (v.s/cm)20陡化電容器效果分析21對周期情況，電流上升時間： 對非周期情況，電流上升時間： 22加陡化電容器后電路加陡化電容器后等效電路23對周期情況，電流上升時間： 對非周期情況，電流上升時間：24利用爆炸絲Marx負載25 在脈沖功率技術(shù)中，有時用Marx發(fā)生器直接向電阻性負載放電。但由于固有電感的影響，致使脈沖前沿陡度降低。在大功率時，采用電爆炸導(dǎo)體代替上述的陡化電容器，具有更簡單和廉價的優(yōu)點。 所謂電爆炸導(dǎo)體方法，就是用適當?shù)慕饘俳z或箔來改善輸出電壓波形，減小回路損耗，增加工作的可靠性。 可以獲得高壓試驗所需要的“截波”。262728 F的斷路時間與的橫截面積，根數(shù)和電加熱時間有關(guān)。減小的直徑d和加熱時間并適當增加根數(shù)，能使前沿變小。 選用的爆炸導(dǎo)體應(yīng)足夠長，以使它能承受住加在其上的電壓而不發(fā)生沿面放電。 此時將出電流暫停現(xiàn)象：截斷電流之后，經(jīng)過一段時