高压快脉冲电源系统的分析与设计

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1、四川大学硕士学位论文第一章绪论1．1课题来源北京_i：：F负电子对撞机自1988年运行以来，在基本粒子研究领域已做出了显著的成绩，如t粒子质量的精确测量，t粒子蜕变过程新共振态的发现等。使我国在国际高能物理的研究中不仅占据了一席之地，而且取得了越来越多的发言权。为发展我国高能物理事业，政府已批准将北京正负电子对撞机升级改造，即为北京正负电子对撞机重大改造工程BEPCII工程。BEPCII工程的目的是在原有老储存环的基础上再增加一个新的内环，提供质心能量从1GeV×2到2．1GeV×2的对撞束流供高能物理实验用，亮度为l×101‘cm-2s～，是

2、目前的100倍。同时可提供2．5GeV，250mA的束流作为同步辐射研究。RFSRItY．"：：。器#海≯。一⋯。锌女三舞鬻．‰E飞l。E—K1分K2E’蟹≤-“’舔!十j★“Norlla’：TP、’1，蔷j。嚣旺=争*鲥密碥廿扯半熏￡．，0”图11BEPCII示意图冲击磁铁系统是BEPCII注入系统的关键部件，其作用是通过脉冲磁场使带心川人学硕士学位论文电粒子偏转，造成局部闭合轨道畸变，从而使新注入的束团落入到储存环的接受度之中，而已储存在环中的束团受到K1、K3两块冲击磁铁的作用相互抵消，重新回到稳定的闭合轨道上。冲击磁铁电源(即为kick

3、er电源)为一个重要的组成部分，它直接关系到其磁铁负载上产生的磁场是否达到运行标准，是否稳定等多项指标。而在冲击磁铁电源中一个主要的组成部分就是高压快脉冲电源，本文的谋题就紧紧围绕高压快脉冲电源的设计来讨论。1．2课题特点及目的本课题所研制的高压快脉冲电源是指产生高压，大电流的脉冲输出，脉冲的宽度一般都在微秒级的电源。高压快脉冲电源是冲击磁铁电源的重要组成部分，用高压大电流的脉冲源对冲击磁铁供电，使冲击磁铁产生的磁场轨道产生一定的凸轨，从而更好地对粒子进行有效的俘获[

4、】。图1．2凸轨注入法尔薰图由于冲击磁铁采用导体管开缝式结构，大电流脉冲放电

5、回路的接地点必须接在储存环的真空盒上，因此脉冲源应设计成双极性输出的电源。根据双束团注入的要求(保持间隔56ns的两个束团所受偏转的一致性)，脉冲磁场顶部间隔56ns处，沿纵向磁场的积分值偏差应小于±5％。而磁铁本身由于涡流效应引起的波形畸变在间隔56ns时已有2％以上的偏差，故要求脉冲电流波形的光滑性、一致性、幅度稳定性以及波形的时间稳定性等所引起的偏差之和应小于±3％。空心管道开缝式冲击磁铁的励磁效率很低，大约为66Gauss／kA，是铁氧体磁芯冲击磁铁的1／4—1／5，因此产生同样的磁场所需的脉冲电流的幅度及脉冲源的工作电压也就要成比例的

6、增加。所以要求在脉冲源的设计和制作中，设法解决工作电压高所带来的一系列问题，确保高压设备长期工作的可靠性。2嚣引大掌硬±学位沦文本课题的目的就是设计制作实现J：述要求的商驱快脉冲电源，且要求输出为一半正弦波脉冲电源。由于脉冲电源会安置在隧道之中，紧靠冲击磁铁。邀撵秧虽然霹骧大辐度簿低王终电压，产生毙溪夔波形，虽省去羹毅镶设裹蓬躲冲传输线的工程，但隧道中的空间必怒是狭小的，所以要求脉冲源的结构要紧凑，体积尽可能小，而且便于维修，这是对脉冲源设计的又一要求。本文所爨设计脉冲源技术设计指标见表l-l：。襄卜1稼渖电源主要技术攒栝脉冲电流波形准’h正弦

7、波脉冲底宽<600ns豫’枣奄瀛摇痉2．1kA脉冲电流幅度稳定性<0．5％电流波骺时间稳定度(抖动十漂移)±5ns磁铁等效趣蒜(包括穿壤侮爱；l线)0。94驻珏波形不一致性爱尾随振荡幅度<5％{。3国内外脉冲技术发展现状簿介寒压浚琢；孛龟嚣圭癸涉及鬟稼渖麓率技寒。数渖凌率技术惹一门磷究黧秘产生和控制精确定时波形，以及如何传输和检测脉冲信号的电予技术【2】。功率快脉冲技术是特指所研究处理的对象怒具有一定功率的，上井时间为微秒级擞至更抉麓辣渖。辣跨王鸯攀产生往往是避遵把“浸”襻德莛来懿爨骞较蹇密度戆能量从空间上和时间上邀行快速压缩，转换或直接释放给

8、负载来实现【3j。脉冲功率技术从其产生到现在得到了不断的发展，同时其应用领域也越来越广泛。下蘑简要介缡几个有代表性脉冲功率技术研究领域积典型应用。(i)电磁发鸯

9、技术电磁发射技术是一种利用磁场中带电导体受到的电磁力来发射导体的技术，它可以应用到军事和航天发射领域中去”J。该技术的进步完企依靠于脉冲凌搴技术裁攘关辩学鼓拳鹣发曩。睡滋发袈器兹熬潦凄率源鼓零瓣磅究方寓，t往往是在追习乏如何产生爨高的脉冲功率，提高效能。；电磁发射器还要求能方便控制脉冲功率源输出电流，以通过调节发射用的功率来改变发射速度和射程：另钤，还簧兖分考虑电磁发射器躲冲功率源的安

10、全燃、可靠性和搬动性，以瀵瓣豫大掌秧士学位论文足不同作战方式的需要。电磁发射器对脉冲功率源输出的脉冲电流波形没有什么要求。(2)魄磁歉；串模拟器电磁辣