[實用新型]一種電纜傳輸多模塊匯流的強脈沖電流裝置

有效

• 申請號: 201420484655.6
• 申請日: 2014-08-27
• 公開（公告）號: CN204012184U
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 王桂吉;陳學秒;趙劍衡;孫承緯;譚福利;吳剛;張旭平;羅斌強;蔡進濤;種濤
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院流體物理研究所
• 主分類號: H01T2/00
• 分類號: H01T2/00;H01T15/00
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 王記明

技術領域

本實用新型涉及脈沖功率技術、動高壓科學與技術領域，具體是指一種電纜傳輸多模塊匯流的強脈沖電流裝置。

背景技術

數兆安培甚至數十兆安培的強脈沖電流裝置在材料科學領域的應用研究越來越廣泛，主要應用于納米金屬材料的制備、動態載荷下材料的動力學行為研究，也可應用于金屬絲陣內爆產生強X射線輻射、金屬固體套筒內爆產生強磁壓力斜波或沖擊柱面壓縮材料樣品，獲得高壓力、高溫度的極端條件，研究該狀態下材料的物理力學性質。

目前，國際上研制這類可重復使用的強脈沖電流裝置的技術路線主要有兩條路線，一條是多條介質脈沖形成傳輸線接續放電的大型裝置，例如美國圣地亞實驗室的Z機器，中國工程物理研究院流體物理研究所的PTS裝置。這類裝置的特點是裝置工作電壓高，達數百萬伏特（3-6MV）；放電電流大，為10兆安培至數十兆安培；負載的特性阻抗大，為電阻數百毫歐姆，電感數十納亨利；裝置體積大，占地直徑數十米（30至60米）。第二條是低電感電容器組并聯、平行板傳輸放電的緊湊型裝置，例如美國圣地亞實驗室的VELOCE、法國原子研究中心的GEPI、中國工程物理研究院流體物理研究所的CQ-4裝置。這類裝置的特點是工作電壓低，通常在100kV及以下；放電電流中等，為數兆安培；負載的特性阻抗小，為電阻數毫歐姆，電感數納亨利。這兩類裝置在材料科學、動高壓物理、高能量密度物理等學科領域應用廣泛。

上述的傳輸裝置均存在較為明顯的缺陷：回路電感、回路電阻較高，同時實驗裝置的真空度較低，漏率較高，匯流不均勻導致驅動力的不均勻。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種電纜傳輸多模塊匯流的強脈沖電流裝置，解決目前的實驗裝置存在的回路電感、回路電阻較高的問題，達到實現回路低電感、低電阻的阻抗特性，獲取峰值數兆安培、上升時間數百納秒的強脈沖電流的目的。

本實用新型的目的通過下述技術方案實現：

一種電纜傳輸多模塊匯流的強脈沖電流裝置，包括多組并聯的放電開關模塊，多組放電開關模塊并聯后通過低阻抗高壓的同軸電纜連接至電纜過度轉接器，電纜過渡轉接器件通過陶瓷高壓電纜連接件與真空靶室連接。本實用新型采用多個低電感電容器/放電開關模塊并聯組成，然后通過數百根低阻抗高電壓同軸電纜并聯傳輸至電纜過渡轉接器件，通過該電纜過渡轉接器件將數百根傳輸電纜過渡為數十根陶瓷高壓電纜連接件，將裝置能量傳輸進入實驗真空靶室，因負載的不同，在該真空靶室中可進行金屬絲的電爆炸產生強X射線輻射源、金屬絲電爆炸納米顆粒材料的制備、或電磁驅動平面斜波加載材料動力學行為研究。該強脈沖電流裝置的特點是整個回路低阻抗即低電感和低電阻，整個回路電感約10nH，電阻2-4mW。為了實現裝置回路的低阻抗設計，本裝置采取低阻抗器件多路并聯匯流的設計思路；同時為便于裝置靶室抽取真空，裝置能量傳輸采用特殊設計的低阻抗高壓同軸電纜進行，裝置儲能部分輸出的傳輸電纜達到二百余根，并聯使用，以降低傳輸部分的阻抗；為便于傳輸電纜進入靶室，采用電纜過渡轉接器件將數百根電纜轉接過渡至數十根進入靶室；為解決靶室的密封問題，實現高真空度，進入靶室的傳輸電纜轉接件為專門設計的低阻抗陶瓷高壓電纜連接件，該陶瓷連接件可承受50kV以上高電壓，漏率不大于1*10^-10Pa×m³/s。工作時，用高壓功率源給裝置的儲能電容器充電至實現預設的電壓60-100kV，然后多路輸出的高壓脈沖觸發器輸出100-120kV的脈沖電壓，觸發裝置的放電開關，放電開關導通，裝置儲存在電容器的能量瞬間：亞微秒至微秒釋放，通過低阻抗高壓電纜傳輸給位于真空靶室內的負載短路平行板電極、絲陣、金屬套筒等，實現預定的研究目標。

所述的放電開關模塊包括模塊支架，在模塊支架上安裝有多個儲能電容器，在儲能電容器上安裝有三電極場畸變放電開關、以及接地保護電阻。三電極場畸變開關主要用于實驗前隔離裝置儲能組件與傳輸線路，以及工作過程中將裝置儲能釋放給負載。接地保護電阻用于泄放傳輸電纜中的殘余電荷，以保護操作人員安全。