紧凑型高压纳秒脉冲电源的设计

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1、摘要摘要脉冲功率技术在军事和民用领域有广泛的应用。近年来为满足实际应用的需要脉冲功率技术逐渐向高峰值功率和紧凑化方向发展。本论文通过对脉冲形成线、Tesla变压器、气体火花隙开关等关键部件进行理论分析、模拟研究，设计了一台紧凑重频GW级脉冲电源。论文的研究内容主要包括以下几个方面：（1）Blumlein脉冲形成线的设计。在介绍了脉冲形成线理论的基础上，对Blumlein线的参数进行了理论计算和结构设计，并利用电磁场分析软件对Blumlein线进行静电场模拟，对其耐压性能进行了分析。设计的平板脉冲形成线匹配阻抗为5

2、0，输出脉宽为4ns,击穿电压电压大于224kV。（2）设计了一台磁芯Tesla变压器。介绍了Tesla变压器一般理论分析方法，给出了各重要参数的计算公式，设计的变压器耦合系数为0.94，能量效率为55%。并通过电磁模拟软件分析了不同磁芯长度对Tesla变压器耦合系数的影响，同时验证了变压器设计的合理性。初步分析了变压器的磁芯损耗和磁芯饱。（3）高压气体火花隙开关和电容分压器的设计。首先给出了气体开关一般设计方法，完成了开关室的整体设计，并通过静电场模拟验证设计的合理性。其次完成了电容分压器的设计，设计的初级充

3、电电路，能使脉冲电源以100Hz重频工作。（4）用PSpice电路软件对设计的脉冲电源进行了全电路模拟计算。并分析了充电电感对波形的影响。建立包含各影响参数的电路，进行了模拟。分析了中筒与外筒之间电感对输出波形的影响。最后得到该脉冲电源输出脉冲峰值电压为224kV，半高全宽为4ns，脉冲平顶约2ns，峰值输出功率为1GW。关键字：磁芯Tesla变压器；Blumlein线；紧凑；重复频率；火花隙开关I万方数据ABSTRACTABSTRACTPulsedpowertechnologyhasbeenwidelyused

4、innationaldefense,industryandotherfields.ithasbeenahugedevelopment.Inrecentyears,tomeettheneedsofthepracticalapplication,thetendenciesofpulsedpowertechnologyincludehighpower,highrepetitivefrequencyandcompactness.Thispapersuccessfullytodesignapulsepowerofcompa

5、ct,GW-levelpulseandrepetitionratethroughanalyzingthetheoreticalandsimulationofthepulseformingline,Teslatransformers,gassparkgapswitchandotherkeycomponents,Researchpapersincludethefollowing:(1)Blumleinlineisdesigned.Thepulseforminglinetheoryisputforward。Struct

6、ureofBlumleinlineisdesignedbycalculatingtheelectromagneticparameters,andelectrostaticfieldoftheBlumleinlineisanalyzedusingelectromagneticfieldsoftware.MatchingimpedanceofBlumleinlineis50.Outputpulsewidthis4ns,thebreakdownvoltageofBlumleinisgreaterthan224kV.(

7、2)Teslamagneticcoretransformerisdesigned.Teslatransformertheoryisputforward.Thischapterintroducedtheformulaoftheimportantparameterstodesignthetransformerwhosecouplingcoefficientis0.94andefficiencyis0.558.Thecouplingcoefficientsofanair-coreTeslatransformerando

8、penmagneticcoreTeslatransformershavebeencalculatedandanalyzedbyelectromagneticsimulationandverifiedthereasonabilityofthetransformerstructure.Corelossandcoresaturationisanalyzedpreliminary