用于工事破坏的MARX发生器研制

发布时间：2020-10-15 08:30

　　 近年来高压脉冲放电破岩以其环境友好、能量利用率高等优点,在医疗、工程领域取得了显著成果,如结石破碎、石油钻井等。为满足工事破坏的需要,本文结合脉冲功率技术原理研制了一台能够重频输出的MARX发生器。论文主要包括以下内容:基于并联充电串联放电的原理对MARX发生器的结构进行设计,并对电场突出的部分进行了仿真分析。对发生器的触发开关进行仿真及实验设计,针对触发开关研制了一套输出电压幅值可达210KV左右的触发系统。采用恒流充电的方式对电容进行充电,对充电电路进行仿真,结果表明在充电元件参数选择合适的条件下没有明显的过充现象。研制了一个两级分压的分压器对发生器输出电压进行测量,分析了罗氏线圈法测量电流的原理及方法。接着对脉冲放电破碎岩石的静电场进行仿真分析,仿真结果表明高压脉冲放电破岩时能量首先集中在破岩电极头部,然后在岩石内部形成等离子通道,通道的膨胀使岩石从内部受到拉应力而发生破碎;对不同放电电极间距、不同脉冲放电次数及不同绝缘液三种情况的脉冲放电进行实验研究,实验表明高压脉冲放电法对靶块破碎效果明显,破碎后的凹坑深度约为放电电极间距的1/3;最后对发生器进行了放电实验,测量了其输出电压电流波形,经计算可知发生器的内感约0.85μH,特征阻抗约3.44?,输出电流可达几十千安,基本完成了发生器低电感、小内阻、大电流设计目标。
【学位单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TJ51
【部分图文】：

MARX 发生器结构设计的主要依据为电容的并联充电串联放电。在满足以上要求的基础上对 MARX 发生器的结构设计本着尽可能紧凑的原则来设计，结构紧凑除了能够使得发生器所占空间小之外，还能减小结构内部的电感、电阻值，使得输出波形能够得到较陡的上升前沿。2.1 MARX 发生器的原理MARX 发生器的电压提升依靠并联充电的电容在开关接通之后串联，这时电压叠加使输出电压达到最大值。现在以一个 5 级 MARX 发生器来解释一下高压脉冲放电的原理。MARX 发生器的储能电容是串并联关系，使得储能元件中的能量进行叠加，并在瞬间进行释放。如图 2.1 所示为一个 5 级 MARX 发生器的电路原理图。

5个电容处于串联状态。若不计损耗则最达到了电压叠加的目的。如果希望获得更高的输数，同时考虑高电压的电气绝缘性问题。由于为的 MARX 发生器的级数共10级。击穿仿真与设计器的主体结构放置于金属壳体内部，放电时壳体通电压进行叠加输出时，最后一级电容上的电压电容接线处和壳体之间有可能发生放电击穿。构紧凑的前提下，电容接线处与壳体之间要保证维电磁场仿真软件 CST 对1级电容与壳体之间的合理的防击穿结构。为防止电容和壳体之间发生电场仿真，模型图如图2.3所示。

1．强电场区 2．弱电场区图 2.4 1 级电容与壳体电场强度分布图Fig.2.4 1Capacitor and shell electric field intensity distributio以看出场强较强的区域主要集中在电容和中间金，而在壳体和电容外侧之间的场强则很弱，即图中连接不会造成电容与壳体之间的击穿问题。仿真与设计事进行破坏设计了破岩电极，由于输出电极部分子和罐体之间的爬电击穿，对输出部分进行了特时的静电场进行了仿真，具体的输出电极及端子
【参考文献】

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本文编号：2841939