[發(fā)明專利]一種基于初級(jí)脈沖源自耦合的能量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410320331.3
• 申請(qǐng)日: 2014-07-07
• 公開（公告）號(hào): CN104113051B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呼義翔;曾江濤;孫鳳舉;尹佳輝;魏浩;叢培天
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北核技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): H02H9/00
• 分類號(hào): H02H9/00;H03K3/02
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司61211
• 代理人: 王少文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種能夠直接通過初級(jí)脈沖源耦合產(chǎn)生觸發(fā)脈沖并控制能量轉(zhuǎn)移開關(guān)閉合釋放儲(chǔ)能的保護(hù)系統(tǒng)和方法，應(yīng)用于大型脈沖功率裝置中對(duì)初級(jí)脈沖源、主開關(guān)、傳輸線等關(guān)鍵部件的保護(hù)。

背景技術(shù)

初級(jí)脈沖源(如Marx、LTD等)自放和主開關(guān)未動(dòng)作或動(dòng)作延遲是現(xiàn)有大型脈沖功率裝置運(yùn)行中不可避免的常見故障之一。發(fā)生該故障時(shí)，脈沖功率裝置主開關(guān)之前部分會(huì)產(chǎn)生一個(gè)長(zhǎng)脈寬電壓波和周期性振蕩衰減的電流波，如此會(huì)對(duì)裝置初級(jí)驅(qū)動(dòng)源絕緣支撐部件、傳輸線和主開關(guān)絕緣外殼構(gòu)成較大的威脅，同時(shí)，振蕩電流波對(duì)儲(chǔ)能電容器的使用壽命也極為不利。因此，如何實(shí)現(xiàn)上述狀態(tài)下初級(jí)脈沖源、傳輸線及主開關(guān)的有效保護(hù)成為裝置可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。

目前，國(guó)內(nèi)外已研制成功的用于上述故障狀態(tài)保護(hù)的能量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)主要有兩類，一類是在初級(jí)脈沖源輸出端設(shè)置一通過阻尼電阻接地的自擊穿開關(guān)(即能量轉(zhuǎn)移開關(guān))，要求其自擊穿時(shí)刻滯后于主開關(guān)導(dǎo)通時(shí)刻一定時(shí)間；另一類是在初級(jí)脈沖源輸出端設(shè)置一同樣通過阻尼電阻接地的觸發(fā)開關(guān)(激光或電脈沖觸發(fā))，其擊穿時(shí)刻與初級(jí)脈沖源和主開關(guān)觸發(fā)時(shí)刻均通過外圍的同步機(jī)預(yù)先設(shè)定。對(duì)于第一類能量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，只適用于初級(jí)脈沖源對(duì)下游傳輸線充電時(shí)間(即初級(jí)脈沖源充電時(shí)間)較長(zhǎng)條件下，一般為微秒量級(jí)，且對(duì)自擊穿開關(guān)與主開關(guān)擊穿時(shí)間差無嚴(yán)格要求，例如：在J.Douglas,J.Corley,R.Sears等人的《Performance of self-closing diverter switch for ZR/Z20Marx and intermediate store protect ion》(15^th IEEE International Pulsed Power Conference,Monterey,Cal ifornia USA,2005,pp.174-177)中，介紹了一種油介質(zhì)自擊穿開關(guān)配合阻尼電阻保護(hù)ZR裝置Marx和中儲(chǔ)的能量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，ZR裝置Marx充電時(shí)間約1μs，能量轉(zhuǎn)移開關(guān)在主開關(guān)導(dǎo)通約300ns后自擊穿導(dǎo)通；當(dāng)初級(jí)脈沖源充電時(shí)間較短時(shí)(數(shù)百納秒)，該類系統(tǒng)難以保證能量轉(zhuǎn)移開關(guān)自擊穿發(fā)生在脈沖上升階段，而電壓脈沖峰值后的開關(guān)自擊穿時(shí)刻難以控制，甚至可能出現(xiàn)不擊穿問題，因此該類系統(tǒng)對(duì)于具有較短充電時(shí)間的脈沖功率裝置便不再適用。對(duì)于第二類能量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，其能量轉(zhuǎn)移開關(guān)動(dòng)作時(shí)刻受外圍同步機(jī)控制，例如：在P.Corcoran,K.Thomas,V.Carboni等人的《Design of an induction voltage adder based on gas-switched pulse forming lines》(15th IEEE International Pulsed Power Conference,Monterey,California USA,2005,pp.308-313)中，介紹了一能量轉(zhuǎn)移開關(guān)為激光觸發(fā)多間隙氣體開關(guān)的能量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，其工作過程首先由同步機(jī)預(yù)設(shè)初級(jí)脈沖源、主開關(guān)和能量轉(zhuǎn)移開關(guān)觸發(fā)時(shí)序，同步機(jī)輸出信號(hào)首先觸發(fā)一激光器，而后通過激光器觸發(fā)能量轉(zhuǎn)移開關(guān)；當(dāng)初級(jí)脈沖源發(fā)生自放電時(shí)，由于該類系統(tǒng)沒有反饋信息，能量轉(zhuǎn)移開關(guān)并不能獲得相應(yīng)觸發(fā)信號(hào)，因此該類能量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)對(duì)初級(jí)脈沖源發(fā)生自放時(shí)不能實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)脈沖功率裝置的保護(hù)，同時(shí)由于氣體觸發(fā)開關(guān)和激光的使用，該類系統(tǒng)尺寸結(jié)構(gòu)一般均比較龐雜。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有能量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)對(duì)于初級(jí)脈沖源充電時(shí)間較短或發(fā)生自放電故障條件下難以實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖功率裝置保護(hù)的問題，本發(fā)明提供了一種基于初級(jí)脈沖源自耦合的能量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)移開關(guān)采用一場(chǎng)畸變油介質(zhì)觸發(fā)開關(guān)(以下簡(jiǎn)稱場(chǎng)畸變觸發(fā)開關(guān))，解決了具有較短充電時(shí)間初級(jí)脈沖源的適用性問題；同時(shí)通過采用從初級(jí)脈沖源直接耦合產(chǎn)生電脈沖觸發(fā)能量轉(zhuǎn)移開關(guān)的方法，解決了初級(jí)脈沖源發(fā)生自放電條件下對(duì)裝置的有效保護(hù)問題。此外，該系統(tǒng)避免了氣體觸發(fā)開關(guān)、激光器和同步控制系統(tǒng)的使用，有效縮減了系統(tǒng)尺寸結(jié)構(gòu)、降低了研制成本。適用于各類大型脈沖功率裝置中初級(jí)脈沖源、傳輸線和主開關(guān)的保護(hù)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種基于初級(jí)脈沖源自耦合的能量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，其特殊之處在于：所述系統(tǒng)包括阻尼電阻9、觸發(fā)器5、能量轉(zhuǎn)移開關(guān)和充電電阻8；

所述能量轉(zhuǎn)移開關(guān)為場(chǎng)畸變觸發(fā)開關(guān)6；

所述阻尼電阻9一端與初級(jí)脈沖源輸出端4電連接，另一端與場(chǎng)畸變觸發(fā)開關(guān)6的一端電連接，所述阻尼電阻9、場(chǎng)畸變觸發(fā)開關(guān)6置于變壓器油絕緣介質(zhì)環(huán)境中；