[發(fā)明專利]一種Marx發(fā)生器機芯和Marx發(fā)生器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910677130.1
• 申請日: 2019-07-25
• 公開（公告）號: CN110401374B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賈偉;陳志強;謝霖燊;郭帆;程永平;楊天;李堯堯;祁宇航
• 申請（專利權(quán)）人: 西北核技術(shù)研究院
• 主分類號: H02M9/04
• 分類號: H02M9/04;H03K3/02
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 王凱敏

為了使Marx發(fā)生器整機兼顧穩(wěn)定、可靠建立以及結(jié)構(gòu)緊湊的特點，本發(fā)明提供了一種Marx發(fā)生器機芯和Marx發(fā)生器。Marx發(fā)生器機芯包括第一單元和第二單元；第一單元包括沿第一直線并排間隔設(shè)置的N個單元組件；第二單元包括沿第二直線并排間隔設(shè)置的M個單元組件；第一直線和第二直線平行；第一單元中的N個單元組件與第二單元中的M個單元組件交替串聯(lián)，并形成局部S型布局，使整個Marx機芯長度大為減少。整個Marx發(fā)生器機芯的布局仍呈直線排列，Marx發(fā)生器機芯與外部金屬殼體之間構(gòu)成等效同軸結(jié)構(gòu)，形成較大的對地雜散電容，在Marx發(fā)生器建立過程中利于其內(nèi)部未擊穿氣體開關(guān)上過壓的產(chǎn)生，使Marx發(fā)生器可工作電壓范圍更大，建立更為可靠與穩(wěn)定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Marx發(fā)生器機芯和Marx發(fā)生器。

背景技術(shù)

Marx發(fā)生器作為一種經(jīng)典的高壓脈沖發(fā)生裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、運行維護方便、成本低、能量傳輸效率高等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于高能物理實驗研究和脈沖功率技術(shù)應(yīng)用等領(lǐng)域。Marx發(fā)生器通常由多個高壓電容器與開關(guān)交替串聯(lián)而成，其基本工作原理是：高壓直流電源通過充電網(wǎng)絡(luò)對n(n為正整數(shù))個電容器進行并聯(lián)充電，電容器之間通過開關(guān)隔離；當電容器上電壓達到預(yù)設(shè)值V₀時，通過外部觸發(fā)使Marx發(fā)生器內(nèi)部所有開關(guān)狀態(tài)由關(guān)斷變?yōu)閷?dǎo)通；電容器通過已導(dǎo)通的開關(guān)串聯(lián)對負載放電，從而在負載上形成n·V₀的高壓脈沖。因開關(guān)的導(dǎo)通過程需要一定的時間且具有不確定性，所以從外觸信號加載到末端高壓脈沖的輸出，Marx發(fā)生器的整機建立存在一定的建立時延與抖動。Marx發(fā)生器線路連接結(jié)構(gòu)對其建立時延與抖動具有重要影響。因此，根據(jù)使用條件與指標要求的不同，Marx發(fā)生器的線路連接結(jié)構(gòu)多種多樣。

強電磁脈沖模擬裝置通常選擇Marx發(fā)生器作為其初級脈沖源。為保證快前沿的產(chǎn)生以及模擬試驗環(huán)境的穩(wěn)定性與可重復(fù)性，同時實現(xiàn)脈沖源的輕便、可移動、便于運輸?shù)裙こ桃螅糜趶婋姶琶}沖模擬裝置的Marx發(fā)生器機芯通常采用全氣體絕緣、直線排列、緊湊型結(jié)構(gòu)。Marx發(fā)生器機芯直線排列可與發(fā)生器金屬外腔構(gòu)成較大的對地雜散電容，利于Marx發(fā)生器整機穩(wěn)定、可靠建立。但是，該結(jié)構(gòu)下為實現(xiàn)更高電壓等級的輸出，需不斷增加串入單元組件的數(shù)量，最終導(dǎo)致Marx發(fā)生器機芯長度增加。從而，引入充電不均勻、放電回路電感過大等一系列影響Marx發(fā)生器工作性能的新問題。因此，探索一種新的Marx發(fā)生器機芯線路連接結(jié)構(gòu)，使其既可以利用直線排列帶來的好處，又可以做到結(jié)構(gòu)方面的盡量緊湊，對于保證更高電壓等級下全氣體絕緣Marx發(fā)生器的穩(wěn)定可靠建立，具有非常重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了使Marx發(fā)生器整機兼顧穩(wěn)定、可靠建立以及結(jié)構(gòu)緊湊的特點，本發(fā)明提供了一種Marx發(fā)生器機芯和Marx發(fā)生器。本發(fā)明的Marx發(fā)生器機芯結(jié)合S型排列結(jié)構(gòu)更緊湊、直線排列更利于整機可靠建立的特點，提出了一種局部S型排列、整體直線排列的Marx發(fā)生器機芯，不但具備直線排列Marx發(fā)生器的建立特點，同時將Marx發(fā)生器整機長度控制在盡量短的范圍內(nèi)，實現(xiàn)了兆伏級高壓輸出時結(jié)構(gòu)的緊湊。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種Marx發(fā)生器機芯，其特殊之處在于：包括第一單元和第二單元；

第一單元包括沿第一直線并排間隔設(shè)置的N個單元組件；第二單元包括沿第二直線并排間隔設(shè)置的M個單元組件；第一直線和第二直線平行；M等于N，或者M等于N+1，或者M等于N-1；當M等于N-1時，N為大于等于2的自然數(shù)；當M等于N或者N+1時，N為大于等于1的自然數(shù)；

單個單元組件包括平行且間隔設(shè)置的第一電容器和第二電容器；第一電容器的上端和下端均設(shè)置有第一引出電極和第二引出電極；在第二電容器的上端和下端均設(shè)置有第三引出電極和第四引出電極；

第一引出電極和第三引出電極對稱設(shè)置，第二引出電極和第四引出電極對稱設(shè)置；第一引出電極和第三引出電極之間的間距，大于第二引出電極和第四引出電極之間的間距；