脉冲功率储能技术电容器

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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的影响，使得某些环节自然过电压倍数,（定义为间隙上瞬态脉冲电压与静态自击穿电压之比）降低。为了使发生器工作可靠，同步良好，要求过电压倍数超过间隙放电的分散性范围，有人认为过电压倍数,不应低于,1.2,。,1,改善同步性能，减小抖动的方法,减小每个火花间隙放电电压的分散性。,选择合适的电极表面曲率以改善电场分布，保持充气压力恒定。,采用适当的回路布置，增加自然过电压。,采用外触发来迫使间隙击穿。,处于大气中的火花间隙，可以放电产生的紫外线照射。,2,加速器用电子束和射线，对发生器的同步性有严格要求。,一般发生器的抖动时间为几百,ns,，近年来可以作到,50ns,，有的可以到,10ns,。,我国闪光号马克斯发生器的抖动时间为,100ns,左右。,现在采用多极间隙开关，不是利用自然过电压，而是靠触发脉冲点火。每级点火后，开关会送出一个脉冲电压给下一级多级间隙开关点火，同步性较好。,3,LC,倍压器,R.A.Fitch,和,V.T.S.Howell,于,1964,年提出的反相叠加型,LC,倍压器，类似于,Marx,发生器。,4,优点,火花球隙数目减少，且不与电容器链串联，减小了主回路电感，使负载脉冲电压有较快的前沿和较高的幅值。,结构简单。,缺点,各球隙需要同时触发，且分散性小。,不允许开关触发失败。,对触发器的同步性要求较高，不适用于多级工作，常用作低压大电流的高功率脉冲电源。,5,Marx,发生器的电容负载,6,7,电感负载,实例强磁场脉冲电源,8,设计中注意的几个问题,设计适当的回路电感、电阻,电动力,故障情况下能量释放电路,保护电路,开关,9,在实际应用中，为了增加电容器储能的脉冲发生器的能量，以及减少电感，通常将多台电容器并联，或者多组电容器并联作为储能单元，在每台电容器上安装一个开关，或者在每组电容器上安装一个开关，这时，要求所有的开关同时合上，将所有电容器储存的能量传输给共同的负载，但是，实际实现起来是比较困难的。,并联电容器发生器电路,10,11,12,可以看出，输出功率的大小主要受到电路电感，包括负载电感的影响。在,s,合上之后，电容上的电压将加到上，使的,s,两侧的电压接近相等，这样，开关,s,将不易被击穿（导通），要尽量避免这种情况。,当电容器并联运行时，抖动时间应尽可能地小，以保证多个开关能接近同步导通。,13,由于开关的击穿时抖动现象难以避免，在电容器储能的脉冲发生器中，开关的数目尽可能地少。通常将多个电容器并联接成一个电容器组，由一个开关控制。,左图所示电路就是多个电容器并联后，由一个开关控制的接线方式，为电容器的保护电阻。,14,陡脉冲形成技术,降低回路电感,开关电感,传输线电感,电容器电感,无感电阻,利用传输线产生陡脉冲,放电间隙的快速导通形成陡脉冲,利用陡化电容器,利用爆炸丝,15,利用陡化电容器,传输线可作为陡化电容器,陡化电容器,效果比较,Marx,C,负载,16,在一般的,Marx,发生器中，即使开关间隙充以高压气体，但由于回路本身存在固有电感和 电容，不能使输出的脉冲前沿变得很短。,电容陡化波形,17,如果,Cr,的充电时间足够长，在,G,放电前发生器内容的过渡过程已经结束，则在间隙放电过程中，负载上的电压波形最初主要由第二回路的参数决定。然后再由第一回路参数决定。,也就是说，负载上的电压脉冲前沿是由,r,放电的贡献形成，随后发生器的继续放电，形成负载脉冲的后沿。如果最佳控制的闭合时间，将可以使脉冲前沿更小。,18,开关电感：,L,s,=2d,ln,(b/a)/N,传输线电感：,L,c,=,0,d/2,ln,(R,2,/R,1,),19,放电间隙快导通,U,间隙静态击穿电压（,V,）,S,间隙距离（,cm,）,K= 12 * 10,4,(v.s/cm),20,陡化电容器效果分析,21,对周期情况，电流上升时间：,对非周期情况，电流上升时间：,22,加陡化电容器后电路,加陡化电容器后等效电路,23,对周期情况，电流上升时间：,对非周期情况，电流上升时间：,24,利用爆炸丝,Marx,负载,25,在脉冲功率技术中，有时用,Marx,发生器直接向电阻性负载放电。但由于固有电感的影响，致使脉冲前沿陡度降低。在大功率时，采用电爆炸导体代替上述的陡化电容器，具有更简单和廉价的优点。,所谓电爆炸导体方法，就是用适当的金属丝或箔来改善输出电压波形，减小回路损耗，增加工作的可靠性。,可以获得高压试验所需要的“截波”。,26,27,28,F,的断路时间与的横截面积，根数和电加热时间有关。减小的直径,d,和加热时间并适当增加根数，能使前沿变小。,选用的爆炸导体应足够长，以使它能承受住加在其上的电压而不发生沿面放电。,此时将出电流暂停现象：截断电流之后，经过一段时间,tp,，由于气态的体积膨胀而内部压力减小和电阻值下降，导致电流再次经过，我们把,tp,叫做电流暂停时间。当暂停过后，电流再次通过时，负载个的脉冲被截掉，于是负载的脉冲后沿也被整形，负载脉冲时间也近似地等于,tp,。,29,