大規(guī)模開關(guān)同步與觸發(fā)技術(shù)研究.pdf

1、由于快脈沖直線變壓器驅(qū)動源(LTD)能夠直接產(chǎn)生前沿小于100ns的高功率脈沖，其在脈沖功率領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景，其已成為近年來各國相關(guān)機(jī)構(gòu)的研究熱點和重點發(fā)展方向。目前，針對快脈沖LTD感應(yīng)腔結(jié)構(gòu)及特性的研究已較為成熟，但隨著LTD裝置規(guī)模的擴(kuò)大，大規(guī)模氣體開關(guān)的同步與觸發(fā)問題已成為制約LTD技術(shù)發(fā)展的瓶頸。因此，開展適應(yīng)LTD裝置運(yùn)行特點的大規(guī)模開關(guān)同步與觸發(fā)技術(shù)研究具有重要的意義和應(yīng)用價值。本文結(jié)合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，主要從外觸發(fā)

2、技術(shù)和自觸發(fā)技術(shù)兩個方面對大規(guī)模開關(guān)同步與觸發(fā)技術(shù)進(jìn)行研究。
　　本文首先通過廣泛調(diào)研，歸納了目前LTD裝置中所使用的各類開關(guān)特性及觸發(fā)要求，并提出了解決大規(guī)模開關(guān)同步與觸發(fā)技術(shù)的方法和思路。針對目前LTD裝置的規(guī)模，提出了一套基于LTD反向工作原理的同步外觸發(fā)系統(tǒng)方案，本文將其命名為LTD-trigger。研究了LTD-trigger的工作原理、結(jié)構(gòu)以及關(guān)鍵組件特性。在此基礎(chǔ)上，分別從單個觸發(fā)感應(yīng)腔及多級觸發(fā)感應(yīng)腔串聯(lián)的角度對L

3、TD-trigger進(jìn)行了建模分析，提出了LTD-trigger的簡化電路模型。在分析過程中，對回路參數(shù)進(jìn)行了細(xì)致的研究，主要的研究內(nèi)容包括:回路電感、磁芯等效損耗電阻、分布電容、輸出同軸傳輸線以及開關(guān)負(fù)載。通過一系列分析，確定了LTD-trigger的參數(shù)設(shè)計與計算方法，為仿真模擬研究提供依據(jù)。
　　利用PSPICE仿真軟件對LTD-trigger進(jìn)行了系統(tǒng)模擬。以變壓器模型為仿真基礎(chǔ)，分別建立了單感應(yīng)腔仿真電路和多感應(yīng)腔串聯(lián)仿

4、真電路。通過仿真，研究了變壓器匝數(shù)、初級脈沖源以及輸出同軸電纜對LTD-trigger輸出結(jié)果的影響。考慮到LTD-trigger的實際負(fù)載是氣體開關(guān)，而氣體開關(guān)的工作具有一定的不確定性，針對這種不確定性，本文研究了在負(fù)載不同工作情況下，LTD-trigger的工作特性。仿真結(jié)果表明，LTD-trigger具有結(jié)構(gòu)簡單、易擴(kuò)展以及容錯能力強(qiáng)等特點，最后本文針對已有的LTD裝置設(shè)計相應(yīng)的基于LTD-trigger的大規(guī)模開關(guān)的同步觸發(fā)系統(tǒng)

5、方案。
　　基于LTD-trigger的理論和仿真研究，研制了一套小型LTD-trigger原理樣機(jī)進(jìn)行實驗驗證，該原理樣機(jī)能夠同步輸出電壓幅值約為25kV的高壓觸發(fā)脈沖，其前沿約為60ns。詳述了小型LTD-trigger的設(shè)計方案、系統(tǒng)布局、初級脈沖源、觸發(fā)系統(tǒng)以及磁芯復(fù)位系統(tǒng)。對磁芯脈沖磁特性、開路負(fù)載輸出結(jié)果以及模擬開關(guān)間隙負(fù)載進(jìn)行了實驗研究，并進(jìn)行了相關(guān)的理論分析。通過與仿真結(jié)果進(jìn)行對比，驗證了LTD-trigger方案

6、的可行性。
　　在自觸發(fā)技術(shù)方面，基于LTD-trigger電磁感應(yīng)原理提出了兩種實現(xiàn)途徑:分組感應(yīng)式自觸發(fā)和級聯(lián)感應(yīng)式自觸發(fā)。分別對分組感應(yīng)式自觸發(fā)模式和級聯(lián)感應(yīng)式自觸發(fā)模式進(jìn)行了介紹和原理分析。利用已知的國內(nèi)外實驗結(jié)果，本文建立了1MA LTD感應(yīng)腔的PSPICE模型，在該模型基礎(chǔ)上，建立了幾種自觸發(fā)感應(yīng)腔的模型用于仿真研究。通過仿真結(jié)果對比，證明本文所建立的模型具有參考意義，能夠反映實際電路的工作過程。建立了60級感應(yīng)腔串聯(lián)