[發(fā)明專利]一種傳輸線隔離型直線變壓器驅(qū)動(dòng)源

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910554116.2
• 申請(qǐng)日: 2019-06-25
• 公開（公告）號(hào): CN110212755B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張江華;呼義翔;殷科;楊杰;鄭鑫;王振宇;尤杰;徐馥芳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍軍事科學(xué)院國防科技創(chuàng)新研究院
• 主分類號(hào): H02M3/07
• 分類號(hào): H02M3/07
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 唐沛

本發(fā)明涉及一種傳輸線隔離型直線變壓器驅(qū)動(dòng)源，該驅(qū)動(dòng)源包括開關(guān)電容初級(jí)能源模塊、隔離傳輸線以及感應(yīng)電壓疊加模塊；開關(guān)電容初級(jí)能源模塊包括并聯(lián)設(shè)置的M級(jí)初級(jí)能源箱，每級(jí)初級(jí)能源箱內(nèi)并聯(lián)N個(gè)開關(guān)電容模塊；N個(gè)開關(guān)電容模塊中的所有高電壓氣體開關(guān)均由一路觸發(fā)信號(hào)同步并聯(lián)觸發(fā)；感應(yīng)電壓疊加模塊包括M級(jí)環(huán)形感應(yīng)腔，M級(jí)環(huán)形感應(yīng)腔串聯(lián)設(shè)置；每級(jí)環(huán)形感應(yīng)腔內(nèi)均設(shè)有磁芯以及N條沿圓周均勻分布的徑向傳輸線；本發(fā)明通過將開關(guān)電容初級(jí)能源模塊和感應(yīng)電壓疊加模塊相隔離的方式解決了現(xiàn)有LTD技術(shù)里開關(guān)置于感應(yīng)腔中導(dǎo)致的擊穿性能降低和維護(hù)工作量大的問題，同時(shí)也解決了Thor類型裝置無法實(shí)現(xiàn)電壓疊加的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于脈沖功率技術(shù)和高電壓技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種傳輸線隔離型直線變壓器驅(qū)動(dòng)源。

背景技術(shù)

利用直線變壓器驅(qū)動(dòng)源(Linear Transformer Driver，LTD)實(shí)現(xiàn)高功率Z-pinch是近年來國際上的前沿研究領(lǐng)域^[1]。這是因?yàn)橄啾扔趥鹘y(tǒng)的脈沖功率技術(shù)，LTD技術(shù)能通過感應(yīng)疊加原理輸出強(qiáng)流高壓快脈沖，而不需耍任何脈沖壓縮段。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、模塊化、高重復(fù)頻率運(yùn)行、輸出波形可調(diào)和容錯(cuò)能力較強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。

當(dāng)前LTD的研究以俄羅斯強(qiáng)流電子學(xué)研究所(HCEI)和美國圣地亞實(shí)驗(yàn)室(SNL)為代表，中、法、英也都同時(shí)在進(jìn)行相應(yīng)研究。

HCEI于2004年研制成功1MA/100kV、上升時(shí)間為70ns的LTDZ^[3]。在與HCEI的合作下，美國SNL于2010年建成了Ursa Minor裝置^[4]。該裝置采用21級(jí)LTD串聯(lián)，共使用了210個(gè)開關(guān)和420個(gè)電容器，在充電±90kV時(shí)在30歐姆負(fù)載上實(shí)現(xiàn)了2MV的電壓輸出。同時(shí)SNL也引進(jìn)了HCEI的500kA^[5]和1MA LTD模塊^[6]，目前已經(jīng)建成了5級(jí)LTD串聯(lián)的500kV,1MA MYKKONOSV裝置^[7]，使用開關(guān)數(shù)量為200個(gè)。法國原子能部CEA建造了10級(jí)LTDR裝置，在6歐姆的負(fù)載上獲得了170kA/1.1MV，半高寬92ns的脈沖輸出^[8]。該裝置共使用了160個(gè)開關(guān)和320個(gè)電容器。英國原子能武器研究機(jī)構(gòu)在與HCEI和法國的合作下，研制成功了全空氣絕緣的17級(jí)LTD裝置，以替代其現(xiàn)有的Mevex裝置。該LTD使用了34個(gè)多級(jí)多通道開關(guān)，典型輸出參數(shù)為35kA/800kV^[9]。中國工程物理研究院研制成了10級(jí)串聯(lián)的LTD裝置，共使用100個(gè)開關(guān)和200個(gè)電容器。該裝置在充電±85kV時(shí)，負(fù)載電流約為116kA，電壓約為1.1MV，電壓前沿約為53ns，脈寬為146ns^[10]。西北核技術(shù)研究所從2000年開始，先后研制了300kA/100ns、700kA/140ns、800kA/100ns的LTD模塊。于2013年研制成功了7級(jí)LTDR串聯(lián)裝置以及計(jì)算機(jī)控制的去磁、充電、觸發(fā)、開關(guān)換氣等附屬系統(tǒng)^[11]。該裝置共使用168個(gè)開關(guān)和336個(gè)電容器。

在LTD裝置中高電壓氣體開關(guān)是決定其穩(wěn)定性和壽命的關(guān)鍵單元。現(xiàn)有的LTD技術(shù)方案中，開關(guān)均密封于感應(yīng)腔體內(nèi)，對(duì)于開關(guān)的維護(hù)需要將幾乎整個(gè)裝置拆開，其維護(hù)成本非常高。單只性能優(yōu)異的高壓開關(guān)壽命在數(shù)萬次量級(jí)，并且在放入LTD封閉的金屬腔體后由于復(fù)雜的邊界條件變化，其擊穿性能也會(huì)降低，無法達(dá)到其開放條件下的測(cè)試性能。

當(dāng)前已經(jīng)和正在建設(shè)的絕大部分LTD裝置開關(guān)數(shù)量均在500只以下。然而，目以美國SNL設(shè)計(jì)的Z-pinch慣性約束聚變驅(qū)動(dòng)源為例：該方案計(jì)劃采用210路LTD并聯(lián)，每路60個(gè)1MA LTD模塊串聯(lián)，每個(gè)LTD模塊包含40個(gè)開關(guān)，峰值電壓電流分別為24MV，68MA。據(jù)此計(jì)算，用于核聚變驅(qū)動(dòng)的LTD裝置開關(guān)規(guī)模將達(dá)到50萬只以上。這比現(xiàn)有的技術(shù)水平在開關(guān)數(shù)量的要求上提升了3個(gè)數(shù)量級(jí)以上，如此大規(guī)模的開關(guān)同步、觸發(fā)以及維護(hù)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成了極大的挑戰(zhàn)。