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《直线型变压器储存能量与磁芯和电路参数的关系》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第15卷 第2期强激光与粒子束Vol.15,No.22003年2月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSFeb.,2003文章编号:100124322(2003)0220191204X直线型变压器储存能量与磁芯和电路参数的关系孙凤举, 邱爱慈, 曾江涛, 曾正中, 尹佳辉, 蒯 斌(西北核技术研究所,陕西西安710024) 摘 要:定义了直线型变压器(LTD)初、次级等效回路电感分别与激磁电感的比值系数。在N级模块串联LTD分别连接电容或电感负载时,获得了磁芯磁感应增量及单位体积传输的最大能量与磁芯和电路参数的关系。利用LTD等效电路与PSPI
2、CE程序相结合,计算了LTD性能,给出判断磁芯是否饱和的简便方法。 关键词:直线型变压器; 激磁电感; 磁饱和 中图分类号:TM836文献标识码:A 高功率Z2pinch等离子体辐射源可用于模拟核辐射效应,也是一种将来实现惯性约束聚变(ICF)很有前途[1,2][3]的技术途径。尽管美国在PBFA2Z装置上获得了出色的实验结果,但该装置采用的技术,若扩大到更高[4]的功率水平,可能导致装置造价较高、体积较大。因此,高功率Z2Pinch驱动源需要发展新的技术,以便降低装置的造价和体积。直线型变压器(LinearTransformerDriver,LTD)是一种能够
3、产生脉冲大电流的新装置,其结构紧凑、串并联方便,能够以相对高的能量传输效率和低的成本获得脉冲大电流,如法国SYRINX计划当中[4][5,6]的GSI脉冲源、俄罗斯大电流所(HCEI)模块化LTD脉冲源,以及西北核技术研究所“强光一号”加速器的初级储能等。要使LTD能够有效工作,关键是保证在向负载传输能量的过程中其磁芯不饱和,并且初级多路脉冲源要同步。1LTD的激磁电感与激磁电流 对LTD而言,次级开路时,其激磁电流等于初级电流,此时LTD的等效电感即为LTD的激磁电感。LTD激磁一般采用两种形式:(1)n路脉冲电流源并联后单匝激磁,如图1(a);(2)n路脉冲电流
4、源各自单独激磁,如图1(b)。Fig.1ConfigurationofLTDwithtwodifferentstimulationmode图1LTD不同方式激磁结构1.1n路脉冲电流并联单匝激磁 在图1(a)中,LTD初级由n路脉冲电流并联后单匝激磁。根据安培环路定理有∮LH·dl=I,在近似条件下可得磁芯中平均磁场强度H≈I/l,则激磁电感为Ψμrμ0SHkTμrμ0SkTLm=≈=(1)IHll-7式中:S为磁芯的几何截面积,μ0=4π×10H/m,μr为磁芯相对磁导率,kT为磁芯占空系数,l为磁芯平均环X收稿日期:2002207205;修订日期:2002209
5、223基金项目:国家自然科学基金重点项目(10035020)资助课题作者简介:孙凤举(19672),男,博士,副研究员,从事脉冲功率技术研究;西安69210信箱;E2mail:Csun@nint.ac.cn。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.192强激光与粒子束 第15卷长。 在图1(a)中,LTD次级开路时,激磁电感Lm远大于回路其它部分电感L,忽略回路的电阻,n路并联时的激磁电流峰值近似为nClIn=U/Lm/nC=U=nI1(2)μrμ0SkT周
6、期为Tn=2πnCLm=nT1(3)Cl式中:I1,T1分别为单路激磁时激磁电流峰值和激磁电流周期,I1=U/Lm/C=U,T1=2πCLm,μrμ0SkT因此Hn/H1=n(4)式中:Hn为n路并联单匝激磁时的激磁磁场强度;H1为单路单匝激磁时的激磁磁场强度。1.2n路脉冲电流各自单独激磁 根据图1(b),用类似方法可以求得在LTD次级开路与n路脉冲电流各自独立激磁时,每一路电感ΨΦ0μrμ0SkTnL′m==≈(5)nIIl 采用n路并联等效,则激磁电感为Lm≈μrμ0SkT/l,与(1)式相同。因此,在适当的等效下,LTD单路激磁和n路激磁(包括n路并联单匝
7、激磁或n路各自单独激磁)时,激磁电感相等,激磁电感只与磁芯的参数有关,而与激磁脉冲电流源的参数无关。 在图1(b)中,当激磁电感Lm远大于回路其它部分电感L时,同理可以得到n路脉冲电流各自独立激磁时,总的激磁电流峰值为nClIn=nU/L′m/C=U=nI1(6)μrμ0SkT 式(2)和(6)表明:当激磁电感Lm远大于回路其它部分电感且LTD次级开路时,LTD由n路各自单独激磁与n路并联后单匝激磁时的激磁电流相同,即两种激磁方式是等效的。实际上,在LTD连接负载时,两种激磁方式也是等效的。不同之处在于,由于多路脉冲电流源并联后单匝激磁,不同脉冲
