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MARX放电电路脉冲成形技术的研究

作　者: 于春来
导　师: 李霄燕
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: Marx发生器重复频率脉冲成形
分类号: TN722
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 363次
引　用: 1次
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内容摘要

Marx发生器最早应用于高电压专业中被用作冲击电压发生器,是高压试验中的常用设备。近年来由于脉冲功率技术的蓬勃发展,其应用领域不断拓展。在很多需要高功率脉冲的场合,都可以看到Marx发生器的身影。激光推进是当今航天领域中的新兴领域之一,由于其低成本、高效费比、环保的特点越来越受到人们的关注,并被认为是小卫星等轻载荷的理想发射方式。各国都很重视这方面的相关研究工作,其中作为其关键技术之一的CO2高功率脉冲激光器已成为激光研究领域的一个重要的研究方向。主要的研究目标是提高激光器输出激光的能量和重复频率以满足激光推进技术的需求。因为Marx发生器具有输出电压峰值高、结构较简单、以脉冲模式工作等优点,是激励高功率CO2激光器的合适选择。但是,传统Marx发生器主要工作在间断输出的模式下,并不适合激光推进领域高重复频率工作模式的要求。本文分析了激光推进技术的技术特点及对高功率激光器的技术要求,针对激光器工作气体激发的稳定性控制和重复频率的要求,给出了激光器激励电源的结构设计。在对Marx发生器的结构及工作过程分析的基础上,建立了Marx发生器的数学模型。通过计算机仿真,模拟了Marx发生器运行的基本过程。得出了限流电阻的损耗、充电时间、电容电压、放电效率、放电脉冲上升时间等各个变量及参数之间的制约关系。本文引入了由电感代替电阻的Marx发生器隔离方式。通过对电感隔离Marx发生器充电过程和放电过程进行理论分析,建立了基于传输线理论的充电过程数学模型,给出了数学定量公式用以分析充电过程的时间和作为充电电阻的配置原则。并利用拉氏变换,建立了放电模型并求解出时域过程的数学表达式。通过建立Matlab仿真模型,分别对充电和放电过程进行仿真分析。结果表明,电感隔离Marx发生器充电过程电流波形为准方波,电压利用率高,充电时间短,充电电容电压均衡。放电过程,隔离电感隔离效果显著提高,旁路电流较小,放电过程迅速。此外,在对主电路改进的同时,本文对与Marx发生器的放电脉冲波形和重复频率密切相关的其他方面(如对输出脉冲成形环节Blumlein电路的机理、行波过程)也进行了一定的分析,并给出了相关的仿真研究结果。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 课题背景和意义  9-11
    1.1.1 课题背景  9
    1.1.2 课题意义  9-11
  1.2 国内外研究现状  11-15
    1.2.1 激光推进技术的发展  11-13
    1.2.2 CO_2激光器的发展  13-14
    1.2.3 重复频率 Marx发生器的研究进展  14-15
    1.2.4 脉冲成形环节的发展  15
  1.3 本课题主要的研究内容  15-17
第2章 TEA CO_2激光器电源系统研究  17-28
  2.1 激光器重复脉冲模式的确定  17-18
  2.2 TEA CO_2激光器的负荷研究  18-22
    2.2.1 CO_2激光器的工作方式  18-19
    2.2.2 激发过程的稳定辉光放电分析  19-20
    2.2.3 激光器激励电源的技术要求  20-22
  2.3 Marx发生器为主体的电源系统  22-27
    2.3.1 Marx发生器的组成  22-25
    2.3.2 Marx发生器的工作过程  25-27
    2.3.3 脉冲成形环节  27
  2.4 本章小结  27-28
第3章传统Marx发生器的运行机理分析  28-37
  3.1 充电过程Marx发生器的损耗分析  28-32
    3.1.1 充电过程理论模型  28-30
    3.1.2 充电过程的损耗分析  30-32
  3.2 充电过程的效率分析  32-33
  3.3 电容组充电电压的不平衡分析  33
  3.4 Marx发生器的放电过程数学分析  33-36
    3.4.1 放电波形的数学描述  33-35
    3.4.2 负载放电效率  35
    3.4.3 放电电压建立时间的影响因素  35-36
  3.5 本章小结  36-37
第4章传统Marx发生器数字仿真与实验模拟  37-53
  4.1 传统Marx发生器的Matlab仿真  37-50
    4.1.1 充电部分仿真  37-42
    4.1.2 放电部分仿真分析  42-46
    4.1.3 仿真结果分析  46-50
  4.2 传统Marx发生器的实验模拟  50-52
    4.2.1 实验方案  50-51
    4.2.2 实验数据及分析  51-52
  4.3 本章小结  52-53
第5章重复频率Marx发生器与脉冲成形  53-68
  5.1 隔离结构改进  53-62
    5.1.1 电感隔离Marx发生器的充电过程  53-55
    5.1.2 电感隔离Marx发生器的放电分析  55-59
    5.1.3 工作过程数值仿真分析  59-62
  5.2 输出脉冲成形  62-67
    5.2.1 Blumlein电路行波过程分析  62-66
    5.2.2 利用PSpice进行仿真分析  66-67
  5.3 本章小结  67-68
结论  68-69
参考文献  69-74
附录1 Simulink仿真图  74-76
附录2 Matlab程序  76-77
攻读学位期间发表的学术论文  77-79
致谢  79

MARX放电电路脉冲成形技术的研究

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