3kV大功率双指数脉冲源的研制

发布时间：2019-07-19 07:34

【摘要】：电磁脉冲具有很高的瞬间能量,可以引起周边电子设备失效甚至烧毁。随着电磁兼容和电磁武器技术的发展,电磁脉冲及其工程防护的研究依旧是学者关注的焦点。因而基于脉冲功率技术,研制可用于设备防护性能测试和电磁脉冲模拟器研究的脉冲源具有重要价值。本文结合脉冲功率技术和高电压技术,研制了符合MIL-STD-188-125-1/2标准、输出电压±100V～±3kV可调、输出电流10A～260A、负载10Ω、上升时间0.38μs、脉宽3.3ms的双极性中脉冲源。主要内容如下:论述了形成双极性双指数脉冲的基本原理,通过理论分析和建模仿真,分析了分布参数对脉冲波形的影响。分布电阻会使输出脉冲幅值减小,回路电感会引起脉冲上升沿变缓,对地电容不仅对脉冲幅值产生影响,同时会引起波形振荡。依据真空继电器原理,设计了放电开关电磁控制机构;通过开关电极材料和尺寸的对比,设计了圆弧形钼质电极,解决了因电流过大而引起的电极熔焊、电容无法储能等问题。最终,设计了一种适用于大功率kV级脉冲源的电磁控制式油浸开关,设计的开关具有微小的接触电阻和分布电容。设计了脉冲源的电路和结构,主要包括各元件参数计算和电压可调直流高压电源、充电电阻、储能电容以及负载的选型和设计。采用聚四氟乙烯、有机玻璃材质的加工件,解决了漏电现象,起到了高压绝缘效果。对脉冲源进行了测试,包括电压测试和电流测试。测试结果为平均上升沿0.38μs,半脉宽3.3ms左右,输出幅值可调,与脉冲源目标参数基本一致,达到目标要求。开展了直流滤波器防护性能测试,验证了脉冲源的工程应用性。本文最终完成了符合目标要求的3kV大功率双指数脉冲源研制,该脉冲源可用于电子设备的电磁防护性能测试。
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图片说明： 和脉冲形成装置构成。逡逑２．１脉冲源组成逡逑脉冲源的组成结构图如图２－１所示。一套完整的脉冲源系统由初级能源、逡逑充电电阻、储能设备、放电开关、源内阻（负载）和测量系统组成１９］。脉冲源逡逑工作原理是：可调的初级能源通过充电电阻对无感或低感储能设备充电，构成逡逑充电回路；待储能设备充电至指定电压后，通过触发或控制使放电开关由断开逡逑状态变为导通状态，从而储能设备通过放电开关对负载放电，构成放电回路，逡逑负载高压端输出所需脉冲。而后通过电阻式分压器、高压传输线将脉冲电压波逡逑形输出至存储示波器，通过电流互感器和电缆，将电流波形输出至存储示波器，逡逑以便于观察分析输出脉冲波形参数。为了实现输出脉冲幅值可调，初级能源采逡逑用电压可调式高压直流电源。逡逑＾２邋＿？！充电电阻ｈ邋—？！放电开关１－＾邋＝逦电压测量逡逑Ｉ逦Ｉ邋Ｉ逦ｚ逡逑逦逦邋逦］邋；逦逡逑控制器邋电流测量逡逑图２－１脉冲源组成结构图逡逑２．１．１初级能源逡逑初级能源一般为小电流、低功率的能量供应设备，为储能设备提供能量来逡逑源。常用的初级能源有Ｍａｒｘ发生器、可调直流高压电源、脉冲变压器。逡逑７逡逑
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图片说明： 逡逑Ｍａｒｘ发生器是Ｅｒｗｉｎ邋Ｍａｒｘ教授于１９２３年发明的，简化原理图如图２－２所逡逑示。工作原理为：在火花间隙开关处于开路状态时，把ｎ个电容量为Ｃ0的电容逡逑通过充电电阻并联充电至初始电压Ｕｏ，而后各火花间隙开关在外界触发下导通，逡逑使充满电的电容串联放电，，输出电压约为ｎＵ0的高电压脉冲。可见各路火花间逡逑隙开关能否同步动作，直接决定了脉冲源同步性能的好坏［２］。Ｍａｒｘ发生器由于逡逑自身存在较大的固有电感，往往需要借助陡化电容减小上升时间，陡化前沿。逡逑Ｒ邋１邋Ｒ邋３邋Ｒ邋５邋Ｒ邋７邋输出逡逑｜Ｃｐ邋ｊ0ｐ邋ｊ0ｐ邋＾邋ｙＣ０逡逑Ｒ逦Ｒ逦Ｒ逡逑图２－２邋Ｍａｒｘ发生器简化原理图逡逑高压直流电源一般采用半导体整流技术将２２０Ｖ交流电整流升压至几十ｋＶ逡逑高压直流电，主要由整流模块、滤波模块、逆变单元、倍压模块、调压模块和逡逑高压输出组成，结构框图如图２－３所示。传统的直流高压电源纹波系数大、体逡逑积大、质量重
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN78

【参考文献】

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本文编号：2516162