專利名稱：一種產(chǎn)生指數(shù)上升脈沖電流的發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種指數(shù)上升脈沖電流發(fā)生器，是一種產(chǎn)生指數(shù)上升脈沖電流的發(fā)生器。具體的是一種通過控制兩級脈沖調(diào)制器的放電，產(chǎn)生一種類似指數(shù)上升的脈沖電流發(fā)生的裝置。從而可以在實(shí)驗(yàn)室中可以模擬例如爆磁壓縮發(fā)生器等指數(shù)上升脈沖電流源。
背景技術(shù)：
在脈沖功率技術(shù)中，爆磁壓縮發(fā) 生器是一種廣泛應(yīng)用的脈沖電流源，由于其使用到火炸藥，具有實(shí)驗(yàn)成本高，實(shí)驗(yàn)條件要求高，有一定的危險(xiǎn)性等缺點(diǎn)。所以給實(shí)驗(yàn)研究帶來很多的困難。目前在實(shí)驗(yàn)室中模擬爆磁壓縮發(fā)生器輸出電流一般米用電容放電的形式。但是一般的電容放電和爆磁壓縮發(fā)生器的電流波形存在很大的區(qū)別。電容放電在電流較小的時(shí)候電流上升快，在電流較大的時(shí)候電流上升慢。而爆磁壓縮發(fā)生器輸出電流是類似指數(shù)上升的，在電流較小的時(shí)候電流上升慢，在電流較大的時(shí)候電流上升快。普通電容放電和爆磁壓縮發(fā)生器放電的電流波形分別如圖1，圖2所示。由此可以看到他們輸出電流的波形差別很大。這將為在實(shí)驗(yàn)室中模擬爆磁壓縮發(fā)生器輸出電流對后級脈沖調(diào)制研究帶來如下問題 電流能量積累不同 電流能量傳遞不同 脈沖壓縮及脈沖變換不同這些差別將會(huì)對電爆絲斷路開關(guān)，隔離間隙氣體銳化開關(guān)，脈沖變壓器及微波變換器的設(shè)計(jì)帶來很大的區(qū)別。進(jìn)而無法在實(shí)驗(yàn)室中對爆磁壓縮發(fā)生器進(jìn)行精確模擬實(shí)驗(yàn)。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種指數(shù)上升脈沖電流發(fā)生器，解決目前實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用普通電容放電模擬爆磁壓縮發(fā)生器器輸出電流誤差大、通用性不強(qiáng)等諸多問題。技術(shù)方案一種產(chǎn)生指數(shù)上升脈沖電流的發(fā)生器，其特征在于包括兩個(gè)高壓充電電源、兩個(gè)脈沖形成網(wǎng)絡(luò)、兩個(gè)氣體開關(guān)、兩個(gè)氣體開關(guān)、兩個(gè)觸發(fā)脈沖、延時(shí)控制器、電爆絲斷路開關(guān)、氣體銳化開關(guān)、負(fù)載和高壓分壓測試計(jì)；第一高壓充電電源連接第一脈沖形成網(wǎng)絡(luò)，第一脈沖形成網(wǎng)絡(luò)通過硅堆控制第一氣體開關(guān)；第二高壓充電電源連接第二脈沖形成網(wǎng)絡(luò)，第二脈沖形成網(wǎng)絡(luò)控制第二氣體開關(guān)；第一氣體開關(guān)和第二氣體開關(guān)控制電爆絲斷路開關(guān)和氣體銳化開關(guān)；氣體銳化開關(guān)控制負(fù)載和高壓分壓測試計(jì)；延時(shí)控制器通過第一觸發(fā)脈沖控制第一氣體開關(guān)，通過第二觸發(fā)脈沖控制第二氣體開關(guān)；所述第一脈沖形成網(wǎng)絡(luò)包括三級并聯(lián)的電容、電感串聯(lián)電路，每級輸出通過電感與下一級連接；所述第二脈沖形成網(wǎng)絡(luò)包括五級并聯(lián)的電容和電感串聯(lián)電路，每級輸出通過電感與下一級連接；所述第一高壓電源的充電電壓范圍為1KV 20KV，功率為IKW ;所述第二高壓電源的充電電壓范圍為20KV 60KV，功率為 1KW。所述第一級脈沖形成網(wǎng)絡(luò)中三個(gè)電容都為60uf ;根據(jù)所需產(chǎn)生脈沖的上升沿的形狀在4UH 9UH范圍內(nèi)選擇第一級電感值；第二級電感為5uH ;根據(jù)所需產(chǎn)生脈沖下降沿的形狀在3uH 7uH范圍內(nèi)選擇第三級電感值。所述第二級脈沖行程網(wǎng)絡(luò)的五個(gè)電容都為10uF，根據(jù)所需產(chǎn)生脈沖的上升沿的形狀在2. 5ulT5uH范圍內(nèi)選擇第一級電感值，以及在2. SuHluH范圍內(nèi)選擇第二級電感值；第三級電感取值為3uH ;根據(jù)所需產(chǎn)生脈沖下降沿的形狀在2. 811礦3. SuH范圍內(nèi)選擇第四級電感值，以及在2. 5ulT5uH范圍內(nèi)選擇第五級電感值。所述第一氣體開關(guān)的耐壓大于20KV ;所述第二氣體開關(guān)的耐壓大于60KV。所述氣體開關(guān)采用軌道式三電極場畸變結(jié)構(gòu)兩個(gè)不銹鋼主電極為棒狀結(jié)構(gòu)，電極兩端采用錐狀光滑過度；觸發(fā)電極橫截面形狀為倒三角狀結(jié)構(gòu)，位于兩個(gè)主電極正中間，內(nèi)腔中充SF6絕緣氣體。所述觸發(fā)電極采用不銹鋼材料。有益效果本發(fā)明提出的一種指數(shù)上升脈沖電流發(fā)生器，可以在普通實(shí)驗(yàn)室中模擬脈沖爆磁壓縮發(fā)生器輸出電流，其具有使用成本低、可重復(fù)使用、通用性強(qiáng)、使用方便安全等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明與現(xiàn)有的電容放電比較，具有以下特點(diǎn)1、其輸出電流由兩級脈沖形成網(wǎng)絡(luò)組成，脈沖形成網(wǎng)絡(luò)放電產(chǎn)生梯形放電波形，兩級脈沖形成網(wǎng)絡(luò)放電過程進(jìn)行一定的延時(shí)疊加，從而產(chǎn)生類指數(shù)上升的脈沖電流，這樣就可以模擬爆磁壓縮發(fā)生器的輸出電流。2、通過改變脈沖形成網(wǎng)絡(luò)的充電電壓，改變脈沖形成網(wǎng)絡(luò)的電感值，及其兩級脈沖形成網(wǎng)絡(luò)之間的放電延時(shí)，就可以在一定范圍內(nèi)對放電電流上升沿波形進(jìn)行調(diào)節(jié)。


圖1普通電容放電電流波形圖2某型爆磁壓縮發(fā)生器放電電流波形圖3系統(tǒng)組成框4脈沖形成網(wǎng)絡(luò)I電氣原理5脈沖形成網(wǎng)絡(luò)2電氣原理6兩級脈沖形成網(wǎng)絡(luò)模擬爆磁壓縮發(fā)生器指數(shù)上升電流示意7氣體開關(guān)橫截面圖1-主電極，2-觸發(fā)結(jié)構(gòu)，3-結(jié)緣結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述本發(fā)明實(shí)施例的解決技術(shù)問題的方案是該脈沖電流發(fā)生器主要是由脈沖形成網(wǎng)絡(luò)、氣體開關(guān)、氣體開關(guān)觸發(fā)脈沖、延時(shí)控制器、高壓充電電源、電爆絲斷路開關(guān)、氣體銳化開關(guān)、負(fù)載、高壓分壓測試計(jì)等部件組成。其組成框圖如圖3所示。其中高壓電源I充電電壓范圍為1KV-20KV，功率1KW，高壓電源2充電電壓范圍為20KV — 60KV，功率為1KW。圖2所示，首先根據(jù)所要模擬的爆磁壓縮發(fā)生器的輸出電流，確定平穩(wěn)上升段和急劇上升段電流的大小和斜率。從而確定每一級脈沖形成網(wǎng)絡(luò)充電電壓，電感大小和兩級脈沖形成網(wǎng)絡(luò)之間的延時(shí)。然后如圖3，4，5所示，根據(jù)分析確定每一級脈沖形成網(wǎng)絡(luò)的電感，調(diào)整好延時(shí)控制器的延時(shí)，然后就可以由高壓電源對每級脈沖形成網(wǎng)絡(luò)按照設(shè)計(jì)的充電電壓值進(jìn)行充電。當(dāng)脈沖形成網(wǎng)絡(luò)達(dá)到充電電壓后，關(guān)閉高壓電源。延時(shí)控制器首先控制觸發(fā)脈沖I工作，觸發(fā)脈沖I觸發(fā)氣體開關(guān)I，脈沖形成網(wǎng)絡(luò)I對電爆絲斷路開關(guān)放電，產(chǎn)生放電電流。當(dāng)經(jīng)過設(shè)定的放電延時(shí)(通常為幾納秒到幾十納秒)后，延時(shí)控制器控制觸發(fā)脈沖2工作，從而觸發(fā)氣體開關(guān)2的導(dǎo)通，脈沖形成網(wǎng)絡(luò)2對電爆絲斷路開關(guān)放電，當(dāng)電流達(dá)到一定的值后，電爆絲斷路開關(guān)開始工作，然后產(chǎn)生高壓擊穿銳化開關(guān)，把能量耦合到負(fù)載。脈沖形成網(wǎng)絡(luò)I和脈沖形成網(wǎng)絡(luò)2都是采用等電容，等電感的形式。其中脈沖形成網(wǎng)絡(luò)I是三級，脈沖形成網(wǎng)絡(luò)2采用五級，其電氣原理框圖分別如圖4和圖5所示。在脈沖形成網(wǎng)絡(luò)I中其電容約為60uf，電感約為5uf，在脈沖形成網(wǎng)絡(luò)2中其電容約為IOuf，電感約為3uf。其中電感要根據(jù)電流波形的需要進(jìn)行調(diào)整。脈沖形成網(wǎng)絡(luò)輸出電流為梯性電流波形，兩個(gè)脈沖形成網(wǎng)絡(luò)輸出電流梯形前沿陡度有很大區(qū)別，脈沖形成網(wǎng)絡(luò)I的梯度比較平緩，而脈沖形成網(wǎng)絡(luò)2的梯度比較陡峭，輸出波形按照一定的時(shí)間延遲進(jìn)行疊加就可以產(chǎn)生類指數(shù)上升的電流前沿，其最大輸出電流可以達(dá)到30KA。從而可以模擬爆磁壓縮發(fā)生器的輸出電流，其作用原理如圖6所示。由于第二級脈沖形成網(wǎng)絡(luò)的充電電壓遠(yuǎn)高于第一級脈沖形成網(wǎng)絡(luò)，為了防止在第二級脈沖形成網(wǎng)絡(luò)對第一級過充，所以在第一級脈沖形成網(wǎng)絡(luò)后加入硅堆。在使用過程中，脈沖形成網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié)方法為當(dāng)波形的前沿所占時(shí)間太長時(shí)，則應(yīng)減小第一節(jié)電感；當(dāng)前沿所占時(shí)間不太長，而在前沿頂部拐彎處上不去或者出現(xiàn)上沖時(shí)，則應(yīng)減小或者增大第一節(jié)與第二節(jié)之間的互感，如果此時(shí)線圈是密繞的，為增加互感就需要增加大線圈直徑，為了減小互感就需要把第一節(jié)和第二節(jié)之間空開幾圈。在本設(shè)計(jì)中由于通過氣體開關(guān)的電量很大，對電極的燒蝕很嚴(yán)重，一般的半球面式電極結(jié)構(gòu)不能滿足要求。所以氣體開關(guān)采用軌道式三電極場畸變結(jié)構(gòu)，圖7為其橫截面圖，兩個(gè)不銹鋼主電極為棒狀結(jié)構(gòu)，電極兩端采用錐狀光滑過度以減弱局部場強(qiáng)；觸發(fā)電極采用不銹鋼材料，橫截面形狀為倒三角狀結(jié)構(gòu)，位于兩個(gè)主電極正中間。該開關(guān)采用密閉結(jié)構(gòu)，中間充SF6絕緣氣體。其中氣體開關(guān)I的耐壓大于20KV，氣體開關(guān)2的耐壓大于60KV。延時(shí)控制器控制氣體開關(guān)觸發(fā)脈沖的工作，從而控制氣體開關(guān)的導(dǎo)通。其對氣體開關(guān)的控制精度達(dá)到納秒級。負(fù)載的選擇要根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行選擇，在精度要求不高的情況時(shí)，可以選用水負(fù)載進(jìn)行試驗(yàn)。本發(fā)明的指數(shù)上升脈沖電流發(fā)生器可以模擬多種爆磁壓縮發(fā)生器的輸出電流，具有使用靈活，方便，安全，試驗(yàn)成本低，可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生指數(shù)上升脈沖電流的發(fā)生器，其特征在于包括兩個(gè)高壓充電電源、兩個(gè)脈沖形成網(wǎng)絡(luò)、兩個(gè)氣體開關(guān)、兩個(gè)氣體開關(guān)、兩個(gè)觸發(fā)脈沖、延時(shí)控制器、電爆絲斷路開關(guān)、氣體銳化開關(guān)、負(fù)載和高壓分壓測試計(jì)；第一高壓充電電源連接第一脈沖形成網(wǎng)絡(luò)，第一脈沖形成網(wǎng)絡(luò)通過硅堆控制第一氣體開關(guān)；第二高壓充電電源連接第二脈沖形成網(wǎng)絡(luò)，第二脈沖形成網(wǎng)絡(luò)控制第二氣體開關(guān)；第一氣體開關(guān)和第二氣體開關(guān)控制電爆絲斷路開關(guān)和氣體銳化開關(guān)；氣體銳化開關(guān)控制負(fù)載和高壓分壓測試計(jì)；延時(shí)控制器通過第一觸發(fā)脈沖控制第一氣體開關(guān)，通過第二觸發(fā)脈沖控制第二氣體開關(guān)；所述第一脈沖形成網(wǎng)絡(luò)包括三級并聯(lián)的電容、電感串聯(lián)電路，每級輸出通過電感與下一級連接；所述第二脈沖形成網(wǎng)絡(luò)包括五級并聯(lián)的電容和電感串聯(lián)電路，每級輸出通過電感與下一級連接；所述第一高壓電源的充電電壓范圍為IKV 20KV，功率為IKW ;所述第二高壓電源的充電電壓范圍為20KV飛OKV，功率為1KW。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述產(chǎn)生指數(shù)上升脈沖電流的發(fā)生器，其特征在于所述第一級脈沖形成網(wǎng)絡(luò)中三個(gè)電容都為60uf;根據(jù)所需產(chǎn)生脈沖的上升沿的形狀在4u!T9uH范圍內(nèi)選擇第一級電感值；第二級電感為5uH;根據(jù)所需產(chǎn)生脈沖下降沿的形狀在3ιι!Γ7ιιΗ范圍內(nèi)選擇第三級電感值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述產(chǎn)生指數(shù)上升脈沖電流的發(fā)生器，其特征在于所述第二級脈沖行程網(wǎng)絡(luò)的五個(gè)電容都為IOuF,根據(jù)所需產(chǎn)生脈沖的上升沿的形狀在2. 5ιι!Γ5ιιΗ范圍內(nèi)選擇第一級電感值，以及在2. SuHluH范圍內(nèi)選擇第二級電感值；第三級電感取值為3uH ;根據(jù)所需產(chǎn)生脈沖下降沿的形狀在2. 8u!T3. SuH范圍內(nèi)選擇第四級電感值，以及在2.5u!T5uH范圍內(nèi)選擇第五級電感值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述產(chǎn)生指數(shù)上升脈沖電流的發(fā)生器，其特征在于所述第一氣體開關(guān)的耐壓大于20KV ;所述第二氣體開關(guān)的耐壓大于60KV。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述產(chǎn)生指數(shù)上升脈沖電流的發(fā)生器，其特征在于所述氣體開關(guān)采用軌道式三電極場畸變結(jié)構(gòu)兩個(gè)不銹鋼主電極為棒狀結(jié)構(gòu)，電極兩端采用錐狀光滑過度；觸發(fā)電極橫截面形狀為倒三角狀結(jié)構(gòu)，位于兩個(gè)主電極正中間，內(nèi)腔中充SF6絕緣氣體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述產(chǎn)生指數(shù)上升脈沖電流的發(fā)生器，其特征在于所述觸發(fā)電極采用不銹鋼材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種產(chǎn)生指數(shù)上升脈沖電流的發(fā)生器，其特征在于第一高壓充電電源連接第一脈沖形成網(wǎng)絡(luò)，第一脈沖形成網(wǎng)絡(luò)通過硅堆控制第一氣體開關(guān)；第二高壓充電電源連接第二脈沖形成網(wǎng)絡(luò)，第二脈沖形成網(wǎng)絡(luò)控制第二氣體開關(guān)；第一氣體開關(guān)和第二氣體開關(guān)控制電爆絲斷路開關(guān)和氣體銳化開關(guān)；氣體銳化開關(guān)控制負(fù)載和高壓分壓測試計(jì)；延時(shí)控制器通過第一觸發(fā)脈沖控制第一氣體開關(guān)，通過第二觸發(fā)脈沖控制第二氣體開關(guān)。本發(fā)明提出的一種指數(shù)上升脈沖電流發(fā)生器，可以在普通實(shí)驗(yàn)室中模擬脈沖爆磁壓縮發(fā)生器輸出電流，其具有使用成本低、可重復(fù)使用、通用性強(qiáng)、使用方便安全等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H03K4/02GK103023462SQ20121054006
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者解江遠(yuǎn), 何鵬軍, 閆自讓, 金兆鑫, 荊曉鵬, 王彥, 謝軍, 張帆, 康小平, 趙程光 申請人:西安電子工程研究所