电感支撑磁绝缘传输线的设计与初步实验.pdf

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1、第23卷第9期强激光与粒子束Vo1．23，NO．92011年9月HIGHPOWERIASERANDPARTICIEBEAMSSep．，2011文章编号：1001—4322(2011)09—2547—05电感支撑磁绝缘传输线的设计与初步实验章乐，邹文康，刘瑜，谢卫平，王勐，陈林，卫兵，戴英敏，任靖(中国工程物理研究院流体物理研究所，四川绵阳621900)摘要：为了研究电感支撑内筒对磁绝缘传输线(MITI)功率流传输的影响，设计了一套电感支撑的MITI及其诊断系统，对MITI各个位置电参数进行了测量，获得了MITI阴阳极电流波形和MITL电压波形。其中一发支撑前阴极电流为9O．O8k

2、A，支撑后阴极电流为93．88kA，阴极电流传输效率为95．96，多次实验传输效率平均值为92．8，证实了电感支撑MITL的可行性。关键词：磁绝缘传输线；电流；电感支撑；空间电子流；传输效率中图分类号：TM835．4文献标志码：Adoi：l0．3788／HPIPB20112309．2547真空磁绝缘传输线(MITI)是高能量密度粒子束及等离子体驱动器中传递Tw／cm。量级功率流密度的常用技术。在许多大型脉冲功率装置中，由于能量传输设计、隔离驱动源和靶、工程设计等原因，往往需要用到尺度较长(数十II1长度量级)的磁绝缘传输线。由于阴极一般处于悬空状态，如果不采取任何措施，将使阴极偏

3、心，对磁绝缘造成影响。为了保证磁绝缘，必须使阴阳极尽量严格对直，以保证其同轴度。在快前沿(数十ns)脉冲触发下，采用在内外筒之间加入电感连接方式，可以对内筒进行支撑并平衡内外筒位置，使阴阳极同轴度更好地得到保障，在电参数方面，由于电感感抗(百kQ量级)远大于MITI负载电阻(数十Q)，因此设计具有合理感抗的弹簧电感可以使其流过的电流相比于负载电流可忽略不计]。本文从物理上分析了电感支撑MITI的可行性，并设计了在磁绝缘传输线不同位置，包括电感支撑段前后位置的电参数测试探头，从实验上证实了电感支撑MITI的可行性。1电感支撑原理分析电感在高频条件下具有较大的感抗，在1MV直线变压器

4、驱动源(LTD)采用百ns前沿脉冲情况下，假设电感L为10H，前沿t为100ns，则其感抗为oJL一2兀_厂L===251Q(1)式中：等效频率_厂≈O．4／t。设计的磁绝缘传输线的负载二极管电阻R。为5Q，可以看出》R(2)当电流流过带电感回路时，将大部分电流传输到负载区，很少一部分流过电感并损耗掉。为检验电感支撑传输线方法，并考虑电感的参数设置，建立了一个PSpice电路模型，如图1所示]。其中R，R，RR．RFig．1EquivalentcircuitofMITIwithinductivespring图1包含电感的磁绝缘传输线等效电路*收稿日期：2O110721；修订日期：

5、2011一O9一O1基金项目：国家自然科学基金重点项目(10635050)作者简介：章乐(1987)，男，硕士研究生，主要从事磁绝缘传输技术研究；phypku@qq．corn。强激光与粒子束第23卷LTD输出电压脉冲由10级模块构成，每一级LTD等效为一个RLC放电电路，通过磁绝缘传输线串联，磁绝缘传输线等效为若干段无损传输线。模块输出磁绝缘传输线等效为电感支撑前后两段，并根据实际长度将其等效电长度分别设为1．69ns和2．8ns。电感在负载电阻端并联连接，负载为5Q静态电阻。通过PSpice计算，可以得到包括流过电感电流在内所有位置的电流电压波形。图2给出了典型电感值下总电流、

6、流过电感和流过负载的电流结果，表1给出了具体峰值电流和电流损失。可见，在二极管负载阻值为5Q的情况下，考虑实际加工用弹簧电感所能达到的量级，电感取10H可得到较为满意的结果，可使电流损失(<7)在可接受的范围之内。／=(a)1H／一1一～一一一～一～———一口一一～，【II(b)10H。一、一，l，一、／一、、／、f，“(c)1O0H、卜、，l、一l』】llO02003004005O06007O0800，／[IS图2等效电路仿真结果表1传输电流损失计算结果Table1CalculatedlossofMlTLcurrent2电感支撑磁绝缘传输线设计2．1结构设计具有电感支撑的MIT

7、I设计如图3所示。图中右侧为水电阻或二极管负载，左侧与LTD装置连接。LTD装置由LTD模块、充电系统、触发系统和复位系统组成。充电系统为连续可调、峰值为100kV的直流高压，复位由位于竖直段的复位杆完成。使用B—dot和Rogowski线圈测量MITL的电流。MITL电压测量采用两种方法，一种是使用D—dot探头，另一种是使用布置在支撑电感接地位置处的B—dot探针等Fig．3LayoutofMITLwithinductivespring效获得电感电压。图3直筒负载区(MITI