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紧凑型高压纳秒脉冲电源的设计

作　者: 熊平戬
导　师: 蒙林；刘金亮
学　校: 电子科技大学
专　业: 等离子体物理
关键词: 磁芯Tesla变压器 Blumlein线 紧凑 重复频率 火花隙开关
分类号: TN86
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


脉冲功率技术在军事和民用领域有广泛的应用。近年来为满足实际应用的需要脉冲功率技术逐渐向高峰值功率和紧凑化方向发展。本论文通过对脉冲形成线、Tesla变压器、气体火花隙开关等关键部件进行理论分析、模拟研究,设计了一台紧凑重频GW级脉冲电源。论文的研究内容主要包括以下几个方面:(1)Blumlein脉冲形成线的设计。在介绍了脉冲形成线理论的基础上,对Blumlein线的参数进行了理论计算和结构设计,并利用电磁场分析软件对Blumlein线进行静电场模拟,对其耐压性能进行了分析。设计的平板脉冲形成线匹配阻抗为50Ω,输出脉宽为4ns,击穿电压电压大于224 kV。(2)设计了一台磁芯Tesla变压器。介绍了Tesla变压器一般理论分析方法,给出了各重要参数的计算公式,设计的变压器耦合系数为0.94,能量效率为55%。并通过电磁模拟软件分析了不同磁芯长度对Tesla变压器耦合系数的影响,同时验证了变压器设计的合理性。初步分析了变压器的磁芯损耗和磁芯饱。(3)高压气体火花隙开关和电容分压器的设计。首先给出了气体开关一般设计方法,完成了开关室的整体设计,并通过静电场模拟验证设计的合理性。其次完成了电容分压器的设计,设计的初级充电电路,能使脉冲电源以100Hz重频工作。(4)用PSpice电路软件对设计的脉冲电源进行了全电路模拟计算。并分析了充电电感对波形的影响。建立包含各影响参数的电路,进行了模拟。分析了中筒与外筒之间电感对输出波形的影响。最后得到该脉冲电源输出脉冲峰值电压为224 kV,半高全宽为4 ns,脉冲平顶约2ns,峰值输出功率为1GW。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-17
  1.1 脉冲功率技术介绍  9-10
  1.2 紧凑型脉冲电源发展简介  10-15
  1.3 本论文的主要工作  15-17
第二章 脉冲形成线的设计  17-28
  2.1 脉冲形成线的波形成过程的理论分析  17-25
    2.1.1 单同轴脉冲形成线的波传输过程  17-19
    2.1.2 Blumlein 线的波形成过程  19-22
    2.1.3 脉冲形成线电场分布和击穿场强理论  22-23
    2.1.4 Blumlein 线电参数的计算和结构设计  23-25
  2.2 Blumlein 线电场模拟  25-27
  2.3 本章小结  27-28
第三章 Tesla 变压器的设计  28-40
  3.1 空芯与磁芯Tesla 变压器耦合系数的理论计算  28-33
  3.2 磁芯Tesla 变压器结构的设计  33-36
    3.2.1 变压器线圈和磁芯的设计  33-36
  3.3 空芯与磁芯Tesla 变压器耦合系数的模拟计算  36-39
    3.3.1 空芯Tesla 变压器电磁模拟  36-39
  3.4 本章小结  39-40
第四章 开关及电容分压器等部件的设计  40-50
  4.1 脉冲电源主开关的设计  40-43
    4.1.1 气体火花隙开关主要参数的理论计算  40-43
  4.2 电容分压器的设计  43-45
    4.2.1 电容分压器原理  43-44
    4.2.2 电容分压器结构设计  44-45
  4.3 Tesla 变压器初级储能系统的初步研究  45-49
    4.3.1 储能控制系统原理电路  45-46
    4.3.2 初级电容充电电路模拟  46-49
  4.4 本章小结  49-50
第五章 脉冲电源电路模拟分析  50-61
  5.1 中筒与外筒之间电感对负载波形的影响  50-52
  5.2 中筒与外筒之间电感影响的电路模拟分析  52-55
    5.2.1 中筒与外筒之间无电感影响负载电压波形  52-54
    5.2.2 中筒与外筒之间有电感影响时负载电压波形  54-55
  5.3 初级回路杂散电阻对Blumlein 线充电电压的影响  55-56
  5.4 脉冲电源全电路模拟分析  56-60
    5.4.1 充电电感的设计  57
    5.4.2 中筒与外筒间连接电感的估算  57-58
    5.4.3 脉冲电源全电路模拟  58-60
  5.5 本章小结  60-61
第六章 总结  61-63
致谢  63-64
参考文献  64-67
在学期间的研究成果  67-68

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线电设备、电信设备 > 电源
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