專利名稱：方波crowbar脈沖電流系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)，特別涉及一種方波CROWBAR脈沖 電流系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著信息化技術(shù)的飛速發(fā)展，持續(xù)時間長，幅值高的脈沖電流系統(tǒng)的應(yīng)用 越來越廣泛。為了產(chǎn)生持續(xù)時間長的脈沖電流波，通常的方法是采用高效率的 CROWBAR放電模塊，放電回路中包含儲能電容、形成電感、負(fù)載和主放電開關(guān) 與CROWBAR放電開關(guān)。而為了產(chǎn)生幅值高的脈沖電流波，可以采用多個CROWBAR 放電模±央。但是這種CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)存在如下不足(1)由于每個存在 CROWBAR放電模塊中含有一個主放電開關(guān)和一個CROWBAR放電開關(guān)，當(dāng)需要多 個模塊同時觸發(fā)放電時，主放電開關(guān)和CROWBAR放電開關(guān)的同步觸發(fā)控制難度 非常大；(2)當(dāng)需要對多個?！姥脒M行時序控制，產(chǎn)生一平頂方波時，控制難度 更大，每次觸發(fā)放電輸出波形和幅值的分散性很大，無法輸出穩(wěn)定的、長持續(xù) 時間的、高幅值的脈沖電流波；(3 )傳統(tǒng)CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)中的CROWBAR 放電開關(guān)一般為半導(dǎo)體CROWBAR 二極管，其承受反相電壓的能力差，經(jīng)常出現(xiàn) 擊穿破壞現(xiàn)象，使得CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)可靠性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種可輸出穩(wěn)定可靠 的、長持續(xù)時間的、高幅值脈沖電流波的方波CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括方波電源形成網(wǎng)絡(luò)、主 放電開關(guān)、CROWBAR放電開關(guān)和負(fù)載，方波電源形成網(wǎng)絡(luò)和負(fù)載之間接有主放電開關(guān)，CROWBAR放電開關(guān)并接在方波電源形成網(wǎng)絡(luò)兩端，所說的方波電源形成網(wǎng)絡(luò)為一電容與電感組成的鏈狀網(wǎng)絡(luò)，充電電源的正極與方波電源形成網(wǎng)絡(luò)的末鏈電容C12的高壓端連接，其余的儲能電容Cll……Cl的高壓端分別和其前一鏈電容C12……C2的高壓端通過電感L12……L2相連，所有儲能電容C12……Cl的低壓端連接在一起；與末鏈電容C12高壓端相連的電感稱為末鏈電感L12，以此類推，連接首鏈電容C1高壓端與方波電源形成網(wǎng)絡(luò)l的電感稱為首鏈電感L1，首鏈電感Ll與主放電開關(guān)的高壓端相連，主放電開關(guān)2的低壓端與負(fù)載的一端相連接，負(fù)載的另一端與所有儲能電容C12……Cl的低壓端相連。
本發(fā)明的第二個特點是主放電開關(guān)和CROWBAR放電開關(guān)可以是高能真空開關(guān)或大功率晶閘管或者是大功率RSD開關(guān)，其通流容量要求大于100-200庫侖，觸發(fā)放電時延要求不大于1-10微秒。如果選用高能真空開關(guān)，可以選用專利ZL 200510042621. 7或公開專利200710017399. 4的真空開關(guān)。
本發(fā)明的第三^K寺點是為了防止負(fù)載開路時儲能電容能量無法釋放或在負(fù)載端部出現(xiàn)拉弧等故障，在CROWBAR放電開關(guān)支路中串接有大功率的泄能電阻。
本發(fā)明的第四個特點是為了防止某一鏈儲能電容在放電過程中出現(xiàn)短路而弓胞其他鏈儲能電容向其放電造成電容爆炸事故，在每一個儲能電容的支路中還串接有快速熔斷的保護器，其熔斷保護器的性能參數(shù)由方波CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)的性能指標(biāo)決定，快速熔斷的保護器F容許通過的能量大于通過方波電源形成網(wǎng)絡(luò)中電容最大電流能量的3-5倍。
本發(fā)明的第五個特點是方波CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)的充電電壓可以自動監(jiān)控，并且方波CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)的主放電開關(guān)和CROWBAR放電開關(guān)的觸發(fā)放電采用規(guī)定時間間隔T的時序控制。其時間間隔T由CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)的方波電源形成網(wǎng)絡(luò)的總電容參數(shù)SC和電感參數(shù)IZ決定，數(shù)學(xué)表達式為
r二2扭.sc 。
由于本發(fā)明在采用了由電容和電感組成的人工傳輸鏈的方式形成長持續(xù)
時間的、高幅值脈沖電流波的方波CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)，并采用高能真空開關(guān)或其它形式的大功率放電開關(guān)作為方波CROWBAR脈沖放電回路的主放電開關(guān)和CROWBAR放電開關(guān)，脈沖電流系統(tǒng)中只有兩個開關(guān)，整個系統(tǒng)的控制簡單，且輸出脈沖電流波分散性小，并且系統(tǒng)具有負(fù)載開路保護和儲能電容短足斜呆護等安全防護措施，旨方波CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性大大增強。另外，在需要持續(xù)時間更長、幅值更高的場合，也可以采用多個方波CROWBAR脈沖電流模塊的組合，此系統(tǒng)可用于電熱化學(xué)炮或電磁炮。


圖1是本發(fā)明方波CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)的原理框圖；圖2是本發(fā)明方波CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)的方波電源形成網(wǎng)絡(luò)原理圖；圖3是本發(fā)明方波CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)負(fù)載開路時的泄能原理框圖；圖4是本發(fā)明方波CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)某一鏈電容短路時的保護電路原理框圖。
圖5是本發(fā)明方波CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)的控制流禾呈框圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作進一步詳細(xì)說明。參見圖1,本發(fā)明包括與充電電源相連的方波CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)的方波電源形成網(wǎng)絡(luò)1、主放電開關(guān)2、 CROWBAR放電開關(guān)3和負(fù)載4組成方波CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)。在方波CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)的方波電源形成網(wǎng)絡(luò)1和負(fù)載4之間接有主放電開關(guān)2， CROWBAR放電開關(guān)3并接在方波電源形成網(wǎng)絡(luò)1兩端。其放電原理是當(dāng)系統(tǒng)控制觸發(fā)脈沖施加在主放電開關(guān)2的觸發(fā)電極上時，已充電的方波CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)的方波電源形成網(wǎng)絡(luò)1向負(fù)載4放電形成方波電流，在方波電流下降沿且電流值接近于零前的某一時刻，系統(tǒng)控制觸發(fā)脈沖施加在CROWBAR放電開關(guān)3的觸發(fā)電極，CROWBAR放電開關(guān)3導(dǎo)通放電，方波CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)的方波電源形成網(wǎng)絡(luò)1的剩余能量通過CROWBAR放電開關(guān)3支路泄放。
參見圖2，方波CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)的方波電源形成網(wǎng)絡(luò)1為一電容與電感組成的鏈狀網(wǎng)絡(luò)，鏈數(shù)可以為6-12，相應(yīng)的由6-12個電容C1、 C2……C12和電感L1、 L2……L12組成，其連接方式是充電電源接到末鏈電容C12兩端，末鏈電容C12和末鏈前一級電容Cll通過末鏈電感L12連接，……以此類推，首鏈后一級電容C2和首鏈電容Cl之間通過電感首鏈電感的后一級電感L2連接，首鏈電容C1通過首鏈電感L1輸出。
參見圖3，為了防止運行過程中負(fù)載突然開路造成方波CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)的方波電源形成網(wǎng)絡(luò)1儲存的能量無法釋放造成高壓操作事故，或造成方波電源形成網(wǎng)絡(luò)中電容和電感的重復(fù)振蕩現(xiàn)象，在方波CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)中CROWBAR放電開關(guān)3的支路中串接一泄能電阻5。當(dāng)負(fù)載在運行中開路或需要關(guān)斷方波CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)的方波電源形成網(wǎng)絡(luò)1向負(fù)載釋放方波脈沖電流時，通過控制CROWBAR放電開關(guān)3使其導(dǎo)通，方波CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)的方波電源形成網(wǎng)絡(luò)1中各鏈電容的旨g量泄放到泄能電阻5。泄能電阻5的性能參數(shù)可根據(jù)方波CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)的方波電源形成網(wǎng)絡(luò)1中電容和電感的參數(shù)決定。
參見圖4，在方波CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)中，為了獲得較高能量的方波脈沖電流，方波電源形成網(wǎng)絡(luò)l中電容容量一般較大，在放電過程中，如果其中的一只電容發(fā)生擊穿，則方波電源形成網(wǎng)絡(luò)中的其他電容將向該損壞電容灌入大量能量，嚴(yán)重時引起該故障電容的爆炸，如方波電源形成網(wǎng)絡(luò)1中的C3發(fā)生閃絡(luò)擊穿，則方波電源形成網(wǎng)絡(luò)l中的電容l、電容2……電容ll、電容12將通過放電回路對閃絡(luò)擊穿的電容3放電。為防止這種事故的發(fā)生，在方波電源形成網(wǎng)絡(luò)的各鏈電容中串接快速熔斷保險絲Fll……F12，快速熔斷保險絲Fll……F12的性能參數(shù)由方波電源形成網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)決定,選取的原則是快速熔斷保險絲Fll……F12容許通過的能量大于通過方波電源形成網(wǎng)絡(luò)中電容最大電流能量的3-5倍。
參見圖5，本發(fā)明的方波crowbar脈沖電流系統(tǒng)的控制流程通過人機交互界面設(shè)定方波crowbar脈沖電流系統(tǒng)的主放電開關(guān)2和crowbar放電開關(guān)3之間的時間間隔AT以及預(yù)置放電電壓等參數(shù)，人機交互界面可以是觸摸屏或其它，人機交互界面上設(shè)定的參數(shù)通過RS232通訊接口傳輸給微機控制單元。同時，在人機交互界面上輸入方波crowbar脈沖電流系統(tǒng)的預(yù)置放電電壓，儲能電容上充電電壓通過電壓傳感器也輸入到微機控制單元，當(dāng)電容充電電壓超過預(yù)置放電電壓時，微機控制單元發(fā)出控制信號1并經(jīng)光纖傳輸控制主放電開關(guān)2觸發(fā)放電；在微機控制單元給出控制信號1的同時，微機控制單元啟動計時功能，待計時時間間隔Ar到時，微機控制單元發(fā)出控制信號2并同樣經(jīng)過光纖傳輸控制CROWBAR放電開關(guān)3觸發(fā)放電。方波crowbar脈沖電流系統(tǒng)向負(fù)載4輸出一方波沖擊電流波， 一次放電過程完成。
參見圖5，方波crowbar脈沖電流系統(tǒng)主放電開關(guān)和crowbar放電開關(guān)的觸發(fā)放電時刻之間必須遵循規(guī)定的時序控制。其時序控制的流程是(1)根據(jù)方波crowbar脈沖電流系統(tǒng)的方波電源形成網(wǎng)絡(luò)的中的總電容和電感參數(shù)，計
算方波crowbar脈沖電流系統(tǒng)輸出方波的持續(xù)時間r-2Vsn:c; (2)在方
波crowbar脈沖電流系統(tǒng)的控制裝置中輸入主放電開關(guān)和crowbar放電開關(guān)觸發(fā)放電的時間間隔，此時間間隔Ar小于等于方波crowbar脈沖電流系統(tǒng)輸出方波的持續(xù)時間r = 2扭 。本發(fā)明不同于現(xiàn)有用于電熱化學(xué)炮或電磁炮的"鐘型"脈沖電流試驗系統(tǒng)最顯著的特點是利用集總電容和電感參數(shù)形成方波脈沖電流，在同樣儲能電
容的情況下，產(chǎn)生規(guī)定幅值和持續(xù)時間的脈沖電流波，方波CROWBAR脈沖電流
系統(tǒng)要比傳統(tǒng)的多豐莫塊疊加產(chǎn)生的鐘型"脈沖電流試驗系統(tǒng)的效率高；由于方
波CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)中只有一個主放電開關(guān)和一個CROWBAR放電開關(guān)，控制過程大大簡化，控制的穩(wěn)定可靠性增強，更重要的是提高了輸出脈沖電流波的一致性；用真空CROWBAR開關(guān)代替CROWBAR 二極管，也提高了 CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性。
權(quán)利要求
1、方波CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)，其特征在于包括方波電源形成網(wǎng)絡(luò)(1)、主放電開關(guān)(2)、CROWBAR放電開關(guān)(3)和負(fù)載(4)，方波電源形成網(wǎng)絡(luò)(1)和負(fù)載(4)之間接有主放電開關(guān)(2)，CROWBAR放電開關(guān)(3)并接在方波電源形成網(wǎng)絡(luò)(1)兩端，所說的方波電源形成網(wǎng)絡(luò)(1)為一電容與電感組成的鏈狀網(wǎng)絡(luò)，充電電源的正極與方波電源形成網(wǎng)絡(luò)(1)的末鏈電容(C12)的高壓端連接，其余的儲能電容(C11……C1)的高壓端分別和其前一鏈電容(C12……C2)的高壓端通過電感(L12……L2)相連，所有儲能電容(C12……C1)的低壓端連接在一起；與末鏈電容(C12)高壓端相連的電感稱為末鏈電感(L12)，以此類推，連接首鏈電容(C1)高壓端與方波電源形成網(wǎng)絡(luò)(1)的電感稱為首鏈電感(L1)，首鏈電感(L1)與主放電開關(guān)(2)的高壓端相連，主放電開關(guān)(2)的低壓端與負(fù)載(4)的一端相連接，負(fù)載(4)的另一端與所有儲能電容(C12……C1)的低壓端相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方波CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)，其特征在于所 說的主放電開關(guān)(2)和CROWBAR放電開關(guān)(3)采用高能真空開關(guān)、大功率晶 閘管或大功率RSD開關(guān)，其通流容量要求大于(100-200)庫侖，觸發(fā)放電時 延要求不大于(10-50)微秒。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方波CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)，其特征在于所 說的CROWBAR放電開關(guān)(3)的支路中串接有大功率的泄能電阻(5)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方波CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)，其特征在于所 說的每一個儲能電容的支路中還串接有快速熔斷的保護器(F)，快速熔斷的保 護器(F)容許通過的能量大于通過方波電源形成網(wǎng)絡(luò)(1)中電容最大電流能 量的3-5倍。
5、根據(jù)權(quán)利要求l所述的方波CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)，其特征在于所 說的充電電壓自動監(jiān)控，并且主放電開關(guān)(2)和CROWBAR放電開關(guān)(3)的觸 發(fā)放電采用規(guī)定時間間隔T的時序控制，其時間間隔T由方波電源形成網(wǎng)絡(luò)(l) 的總電容參數(shù)SC和電感參數(shù)S丄決定，數(shù)學(xué)表達式為r-2V^T^。
全文摘要
方波CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)，采用了由電容和電感組成的人工傳輸鏈的方式形成長持續(xù)時間的、高幅值脈沖電流波的方波CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)，并采用高能真空開關(guān)或其它形式的大功率放電開關(guān)作為方波CROWBAR脈沖放電回路的主放電開關(guān)和CROWBAR放電開關(guān)。由于CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)中只有兩個開關(guān)，整個系統(tǒng)的控制簡單，且輸出脈沖電流波分散性小，并且系統(tǒng)具有負(fù)載開路保護和儲能電容短路保護等安全防護措施，整個方波CROWBAR脈沖電流系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性大大增強。另外，在需要持續(xù)時間更長、幅值更高的場合，也可以采用多個方波CROWBAR脈沖電流模塊的組合，此系統(tǒng)可用于電熱化學(xué)炮或電磁炮。
文檔編號H02M9/00GK101478259SQ20091002090
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月15日
發(fā)明者姚學(xué)玲, 陳景亮 申請人:西安交通大學(xué)