高功率Z_Pinch脉冲源技术的发展

收稿日期:2000202216

作者简介:孙凤举(19672),男,山东籍,助研,博士生,主攻等离子体开关技术和脉冲功率技术应用研究。

综述和述评

高功率Z -P i nch 脉冲源技术的发展

孙凤举1,2,邱爱慈2,邱毓昌1,曾江涛2,蒯斌2

(11西安交通大学电气学院,陕西西安710049;21西北核技术研究所,陕西西安710024)

摘要:概述了脉冲功率系统中的电容储能、电感储能和磁感应储能技术。基于直线型脉冲变压器(L TD )、电感储能(IES )、等离子体断路开关(PO S )以及真空磁绝缘传输线(M ITL )技术的低电感、模块化快脉冲源将来可能作为基本的子模块应用于超大型高功率Z 2P inch 装置。

关键词:高功率Z 2P inch ;直线型脉冲变压器;电感储能

中图分类号:TL 6;O 531;O 539 文献标识码:A 文章编号:100323076(2001)0120044205

1　引言

Z 2P inch 开始于六十年代受控热核聚变(CT F )反应的研究,其结构简单、造价低廉、

运行方便,且效率较高,但是在八十年代以前,由于受当时脉冲功率技术水平的限制和Z 2P inch 等离子体不稳定性的困扰,进展一

直比较缓慢。96年以来,Z 2P inch 技术取得重大突破,主要在于采用了高功率短脉冲大电流驱动多丝阵列负载,目前Z 2P inch 正成为当今国际上十分活跃的科学前沿研究领域[1,2]。高功率Z 2P inch 的品质与高功率脉冲源的参数紧密相关,Z 2P inch 技术要得到发展和应用,在很大程度上取决于脉冲功率源

的技术水平。驱动惯性约束聚变(I CF )的Z 2P inch 要求脉冲源储能数十M J ,脉冲电流约50～60M A [2],尽管国外在PB FA 2Z 装置上

获得了出色的实验结果,但PB FA 2Z 装置距

上述要求还存在很大差距,采用的技术按照能够承担得起的造价、体积和效率要求很难扩大到更高的功率水平[3]。作为高功率Z 2p inch 的脉冲源,要求技术风险小,运行重复

性、可靠性和能量传输效率高,结构紧凑、造价低廉,这关系到Z 2p inch 在I CF 中是否能

有更大的竞争力。因此,国际上正在发展新的技术,探索合适的高功率Z 2p inch 脉冲源技术途径。近三十年来,脉冲功率技术发展了电容、电感和磁感应储能以及为压缩脉宽的各种高功率开关等技术,下面对传统的电容储能和近年来发展较快的电感储能、磁感应储能技术作简单介绍。

2　电容储能与电感储能技术

直到七十年代中期,脉冲功率技术一直以电容储能与闭合开关技术为基础。因为去

离子水的介电常数高(Ε～81),采用水介质同

轴线作中间储能电容,储能大、阻抗低,容易获得高功率大电流脉冲。水介质同轴线电容储能是比较成熟的技术,国外早期建造的脉冲功率装置基本采用水介质同轴线技术,如美国的Satu rn 装置和PB FA 2Z 装置等;国内如西北核技术研究所研制的“闪光二号”相对论电子加速器等。图1(a )为简单的电容储能装置电路原理示意图,实际的电容储能系统一般采用多级水线脉冲压缩段以获得高功率短脉冲大电流,见图2(a )。水介质同轴线电容储能与闭合开关技术的主要缺点是:1)由于传输线的电容耦合,在最终需要的高电压脉图1　(a )(b )分别为简单的电容储能和电感储能充放电电路原理示意图

冲(主脉冲)到达负载之前,负载上产生了虽幅值较低但作用时间较长的电压脉冲(预脉冲),如为抑制预脉冲而增加脉冲线和开关的数目,则系统的可靠性降低;2)为了获得～100n s 高功率大电流脉冲驱动Z 2p inch 负载,

初级储能需要经过几级水线脉冲成形、压缩和传输,因此系统庞大、结构复杂、造价过高;3)电容储能的能量密度由于受材料的击穿场强的限制,比电感储能的能量密度低约2个量级,并且水线之间的高电压闭合开关由于绝缘的限制,本质上电感不容易降低。电容储能与闭合开关技术存在的问题促使人们寻找另外的技术途径,电感储能(Inductance Energy Sto rage ,以下简称IES )与断路开关技术因此而发展起来。图1(b )为简单的电感储能装

置的原理示意图,实际的电感储能装置也要

采用多极断路开关,如图2(b )。电感储能与电容储能相比,储能密度高,系统体积小、重量轻、造价降低,因此应用电感储能有潜力得到更高的能量利用率和脉冲功率;电感储能系统的绝缘问题相对容易解决

。

图2(a )典型多极闭合开关的电容储能系统

(b )典型多极断路开关的电感储能系统

IES 必须使用断路开关才能将能量释放

到负载中去。断路开关有很多种,如等离子体

断路开关(P las m a Open ing Sw itch ,以下简

称为PO S )、

等离子体流开关、电子束控制反射开关和电爆炸金属导体断路开关等。IES

优点的发挥依赖于断路开关的性能,即传导时间、传导电流、断开阻抗及阻抗变化率和抖动,传导时间增加可以显著减小脉冲功率装置的造价和复杂程度[4]。目前,电感储能首选的断路开关仍然是PO S 开关,但PO S 传导电流达到数M A 、传导时间接近1微秒时,断路性能变差[5,6]。为了改善PO S 的性能,采用了外加辅助磁场[7,8]提高断路阻抗、降低断路抖动的措施,但仍处于初步的实验阶段。因此,建造大型脉冲功率装置,技术上风险比较低的途径是采用水介质同轴线电容储能和电

感储能组合,如美国在建的可用于Z 2P inch 等离子体辐射源和韧致辐射源的D ECAD E

[9]

装置由储能600kJ 的M arx 发生

器+中间储能水介质同轴线电容+触发气体开关+输出水线+真空同轴线储能电感+ PO S+磁绝缘传输线(M ITL)的基本模块多个并联构成。由于初级储能源的放电时间较长和PO S性能的限制,不得不采用水介质同轴线电容储能和电感储能的组合结构。为了彻底消除庞大笨重的水线,提高能量传输效率,要求初级储能源对储能电感充电的四分之一周期接近断路开关的传导时间,因此,必须研究快初级储能脉冲源技术,或设法提高断路开关的性能。

3　磁感应储能技术

为了提高IES的能量利用率,技术途径之一是采用快初级储能脉冲源,近年来由于高电压低电感脉冲电容器以及低电感大电流高压气体开关技术的进步,使基于磁感应的模块化直线型脉冲变压器快脉冲源(称为L inear T ran sfo r m er D river,简称L TD)发展起来。磁感应技术,既可用于初级储能,又可用于中间储能阶段的能量会聚、传递(称为Inductive V o ltage A dder,简称I VA)。L TD 和I VA原理上与脉冲变压器相同,它不仅结构紧凑和电感小,而且模块之间串联、并联使用非常方便,典型装置有美国的H er m es2III 装置[10],日本京都大学的A SO2X装置[11]等,俄罗斯强流电子学所与法国CEG合作对L TD技术进行了研究[12]。图3为直线型脉冲变压器和电感储能 PO S组合式脉冲源驱动Z2P inch丝阵负载的原理示意图。

初级储能L TD与M arx发生器相比:1)在M arx发生器中,电容器组并联充电,通过第一级气体开关触发击穿、其余开关由于过电压快速击穿使电容器串联对负载放电,负载上的电压约为所有电容器的电压之和; L TD电容器组的充放电均为并联进行,负载上的电压是通过初级和次级的电磁耦合实现的,L TD输出电压幅值也约为所有电容器充电电压之和;2)M arx发生器放电时,电容器处的电位逐级升高,为了保证可靠绝缘,一般将整个M arx发生器置于变压器油中,检修维护不便;由于L TD初级电容器组的充放电均为并联进行,电容器处的电位相同,一般不需要变压器油作绝缘介质,而是利用干燥空气绝缘,维修方便;3)L TD结构紧凑、体积小,使回路电感大大减小、能量利用率提高;而M arx发生器各级之间由于绝缘的问题,电感不容易减小。由于L TD技术的优点,近年来获得较大发展,如俄罗斯强流电子学所最近研制成功的L TD模块[13]的初级储能14kJ,输出电压90kV,电流幅值0.75M A、电流上升时间～430n s,采用5只电容器并联(电容器参数:100kV、0.17ΛF、自电感40nH)和1只多通道、多间隙气体开关组成初级1路模块,L TD初级放电回路由4路并联构成与真空同轴线电感配合,直接驱动Z2P inch喷气负载,在充电电压为75kV时,获得总的辐射能量1.75kJ,脉宽(FW HM)150n s,能量利用率达18%,显示了基于L TD和电感储能技术快脉冲源的应用前景

。

图3　L TD与电感储能 PO S组合

原理结构示意图

4　脉冲源发展趋势

脉冲源的发展趋势是采用模块化结构和多路并联,因此模块同步是必须解决的基本关键技术,其中减小开关抖动是基础。在单个模块中,减小脉冲源体积、成本和复杂程度的

关键是快放电储能技术,核心是减小各个部件(电容器、开关和连接过渡部分)的固有电感、改善开关性能。尽管水介质同轴线电容储能与闭合开关技术存在体积庞大、造价高等缺点,但由于其技术相对成熟,美国拟建的高功率Z2P inch装置ZX[14]和X21[1]的选择方案之一还是准备采用如下技术途径:模块化M arx发生器+水线中储+激光触发气体开关+脉冲形成水线(PFL)+自闭合气体开关+输出线作为脉冲源的基本模块,通过磁感应实现电压升高(模块串联)、电流增加(模块并联),再经传输线到负载。电感储能系统的关键是断路开关技术能否取得突破,一是设法实现单只PO S满足亚微秒传导时间和数M A传导电流,同时断路阻抗高,二是设法减小PO S断路抖动以实现多路并联;磁感应储能技术具有明显的优点,但增大输出电流受到变压器磁芯饱和等限制,进一步减小电感受结构的限制,且要获得高电压、大电流,多模块串并联,总的漏电感增加,驱动电流脉冲变宽,因此在近期内模块化L TD技术需要与电感储能 断路开关技术组合,L TD在单个模块中有可能作为初级储能单元代替传统M arx发生器,在多个模块串并联时,可利用磁感应实现电压倍增和电流会聚;如何把高功率脉冲电流馈送到中心负载也是超大型Z2p inch装置必须解决的问题,采用长距离真空磁绝缘传输线(M ITL)或采用长的水介质传输线,或采用水介质传输线和真空磁绝传输线组合,然后再会聚到中心负载上,几种方案都在研究中,发展趋势是采用真空磁绝缘传输线。随着研究的深入和技术的不断进步,基于模块化快L TD、电感储能、等离子体断路开关和真空磁绝缘传输线技术的快脉冲电流源可能作为基本的子模块应用于超大型高功率Z2P inch装置,这将促进高功率Z2P inch 和脉冲功率技术在民用领域的发展,而且随着模块化快储能放电(如L TD)技术取得突破和Z2P inch等离子体内爆稳定时间增长,将来高功率脉冲源直接高效驱动Z2P inch的目标有可能实现。

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D evelopm en t of pulsed power source for h igh power Z-p i nch

SUN Feng2ju1,2,Q I U A i2ci2,Q I U Yu2chang1,ZEN G J iang2tao2,KUA IB in2

(1.D ep t.of E lec.Eng.,X i’an J iao tong U n iversity,X i’an710049,Ch ina;

2.N o rthw est In stitu te of N uclear T echno logy,X i’an710024,Ch ina)

Abstract:T he techn iques of cap acitive energy sto rage,inductive energy sto rage and electro2 m agnetic inducti on energy sto rage in pu lsed pow er techno logy are ou tlined b riefly.T he low inductance m odu lar fast pu lsed pow er sou rce w h ich con sists of linear tran sfo r m er driver (L TD),inductance energy sto rage,p las m a open ing s w itch and m agnetic in su lati on tran s m is2 si on line m ay be u sed fo r super2large size h igh pow er Z2p inch.

Key words:h igh pow er Z2p inch;linear tran sfo r m er driver;inductance energy sto rage

(上接第43页,con t.fro m p.43)

Study of novel ZCT sof t-sw itch i ng P WM converter

L I N Guo2qing1,ZHAN G Guan2sheng1,CH EN W ei1,HUAN G Sh i2peng2

(1.Fuzhou U n iversity,Fuzhou350002,Ch ina;

2.Zhejiang U n iversity,H angzhou310027,Ch ina)

Abstract:T he p ap er p resen ts a novel ZCT soft2s w itch ing PWM converter:the m ain s w itch is tu rned off under zero2cu rren t,and the aux iliary s w itch is tu rned on and off under zero2cu r2 ren t.It is very attractive fo r h igh pow er app licati on w here IGB T is p redom inan tly u sed as the pow er s w itches.T heo retical analysis,param eters selecti on,com p u ter si m u lati on and ex2 p eri m en tal resu lts are p resen ted to exp lain the p ropo sed schem e.

Key words:ZCT;soft2s w itch ing;converter

激光脉冲的平均功率和功率

激光脉冲的平均功率和功率， 设脉冲激光器输出的单个脉冲持续时间（脉冲宽度）为：t,（实际为FWHM宽度） 单个脉冲的能量：E, 输出激光的脉冲重复周期为：T, 那么,激光脉冲的平均功率Pav = E/T,（即在一个重复周期内的单位时间输出的能量） 脉冲激光讲峰值功率（peak power）Ppk = E/t 能量密度=（单脉冲能量*所用频率）/光斑面积算 通常也用单位时间内的总能量除以光斑面积 峰值功率=脉冲能量除以脉宽 平均功率=脉冲能量*重复频率（每秒钟脉冲的个数） 脉冲激光器的能量换算 脉冲激光器的发射激光是不连续，一般以高重频脉冲间隔发射。发射能量以功的单位焦耳J） 计，即每次脉冲做功多少焦耳。 连续激光器发射的能量以功率单位瓦特（W）计量，即每秒钟做功多少焦耳，表示单位时间内 做功多少。 瓦和焦耳的关系：1W=1J/秒。 一台脉冲激光器，脉冲发射能量是1焦耳/次，脉冲频率是50Hz,则每秒钟发射激光50次，每秒钟内做功的平均功率为：50X 1焦耳=50焦耳，所以，平均功率就换算为50瓦。再举例 说明峰值功率的计算，一台绿光脉冲激光器，脉冲能量是0.14mJ/次，每次脉宽20 ns,脉冲 频率100kHz， 平均功率为：0.14mJ X 100k=14J/s=14W，即平均功率为14瓦；峰值功率是每次脉冲能量与脉宽之比，即 峰值功率：0.14mJ/20ns=7000W=7kW，峰值功率为7千瓦。 要想知道镜片的脉冲激光损伤阈值是否在承受极限内，既要计算脉冲激光的峰值功率，也要计算脉冲激光的平均功率，综合考虑。 如某ZnSe镜片的激光损伤阈值时是500MW/cm2,使用在一台脉冲激光器中，脉冲激光器的 脉冲能量是10J/cm2，脉宽10ns，频率50kHz。首先，计算平均功率：10J/cm2 X 50kHz =0.5MW/cm2 其次，再计算峰值功率：10J/cm2 / 10ns = 1000MW/cm2 从脉冲激光器的平均功率看，该镜片是能承受不被损伤的，但从脉冲激光器的峰值功率看， 是大于该镜片的激光损伤阈值的。所以，综合判断，该ZnSe镜片不宜用于此脉冲激光器。如果有条件，对脉冲激光器镜片，应当分别测试平均功率和峰值功率的激光损伤阈值。 Ave. Power :平均功率Pulse energy :脉冲能量Pulse Width :脉宽Peak Power:峰值功率Rep. Rate :脉冲频率ps：皮秒，10-12 S ns：纳秒，10-9S M: 兆, 106 J:焦耳W:瓦 氙灯作为激光设备一个常用光源，通常被人们也叫做激光氙灯、脉冲氙灯。氙灯是一 种填充氙气的光电管或闪光电灯。氙气化学性质不活泼，不能燃烧，也不助燃。是天然的稀

脉冲功率技术

脉冲功率技术 摘要：脉冲功率技术是以较慢的速度将能量储藏在电容器中或者电感线圈中，然后将此电场能获磁场能迅速的释放出来，产生幅值极高的，但持续时间极端的脉冲电压及脉冲电流，从而导致极高功率的脉冲。 关键词：脉冲功率，储能技术 引言：脉冲功率技术中的储能技术包括惯性储能，电容储能，电感储能 一.、脉冲功率技术的发展 脉冲功率技术正式作为一个独立的部门发展,还是近几年的事。事实上作为脉冲功率技术基础的脉冲放电, 早就存在于大自然中。而对脉冲放电的研究则开始于研究天然雷电特性, 以及它对输电线路、建筑物危害及其防护措施。当时这种放电仅限于毫秒级和微秒级。四十年代末期, 就有人开始注意到亚微秒及毫微秒级的高压强流脉冲放电形式。但是, 一方面由于当时客观要求并不迫切；另一方面, 这样快的脉冲放电, 无论在产生技术上, 或者在测量技术上都存在着一定的困难。因此, 其后十多年,这种技术发展并不迅速。六十年代初期, 由于闪光辐射照相和瞬时辐射效应研究的需要, 英国原子能武器研究中心的J.C.马丁所领导的研究小组，开拓了称之为脉冲功率加速器的研究领域, 使毫微秒级脉冲功率技术往前推进了一步。同时, 一些科学技术在发展中受到障碍, 急需找寻新的途径。以微波和激光的发展为例, 利用速调管、行波管等原理去产生大功率高效率毫米或亚毫米微波已经不可能。利用一般方法产生大功率、高效率、波长可调的激光束也不可能。正当人们探索和寻找新的解决途径的时候, 他们发现脉冲功率技术是解决这些问题的良好途径。为此, 美国许多单位, 为桑地亚实验室、物理国际公司、海军研究实验室、康乃尔大学、加利福尼亚大学和斯坦福大学等单位, 对脉冲功

用于等离子体注入的高频高压全固态脉冲功率源

用于等离子体注入的高频高压全固态脉冲功率源 刘克富吴异凡邱剑 复旦大学电光源研究所 kfliu@https://www.sodocs.net/doc/7b10191946.html, 1 引言 随着脉冲功率技术的发展，Marx 发生器（如图1）目前已经远不是传统意义上仅仅作为进行耐压试验升压装置，在很多需要高功率脉冲的场合，都可以看到Marx 发生器的身影。由于传统的Marx发生器通常使用气体开关，因而重复频率，稳定性和寿命方面都有很大局限，整个系统的效率也很低。随着近几十年来电力电子半导体固态开关器件的发展和成熟，国内外的很多研究人员开始研制采用半导体开关作为主开关的Marx 发生器系统。 图1 传统Marx发生器结构 本课题所研制的固态Marx 发生器产生的重频高压脉冲可应用于等离子源离子浸没式注入（Plasma Source Ion Immersion Implantation）研究，在其他应用领域如雷达电源，高功率微波源，快脉冲放电源也有着非常广泛的前景。等离子源离子浸没式注入的实验及理论论证，用高重复频率短上升沿的负高压脉冲放电，可以获得很好的效果。传统的高功率脉冲源的输出脉冲很难兼顾高压、高重复频率和快上升前沿的要求，并且使用寿命和稳定性也不理想，本文将充分利用Marx 发生器和现代半导体器件在频带上的优势，旨在研制一台重频脉冲功率源，实现电压幅值最高－60kV，频率500Hz，上升时间800ns，负载脉冲电流25A 稳态电流3A，脉冲宽度20μs 到100μs 的方波输出。 本文通过对该Marx 发生器系统原理详细分析，设计出系统各部分的详细参数并选取了合适的器件；提出并改进了一种新颖的自取电IGBT 驱动电路；通过假负载测试给出了电源输出波形，并且将整套系统用于等离子源离子浸没式注入实验中，给出等离子

高压大功率脉冲电源的设计

1绪论 1.1论文的研究背景 电源设备用以实现电能变换和功率传递，是一种技术含量高、知识面宽、更新换代快的产品。现今已广泛应用到工业、能源、交通、运输、信息、航空、航天、航运、国防、教育、文化等领域。在信息时代，上述各行各业都在迅猛地发展，发展的同时又对电源产业提出了更多更高的要求。显然，电源技术的发展将 带动相关技术的发展，而相关技术的发展反过来又推动了电源产业的发展。当前在电源产业，占主导地位的产品有各种线性稳压电源、通讯用的AC y DC开关电源、DC y DC开关电源、交流变频调速电源、电解电镀电源、高频逆变式整流焊接电源、中频感应加热电源、电力操作电源、正弦波逆变电源、大功率高频高压直流稳压电源、绿色照明电源、化学电源、UPS可靠高效低污染的光伏逆变电 源、风光互补型电源等。而与电源相关的技术有高频变换技术、功率转换技术、数字化控制技术、全谐振高频软开关变换技术、同步整流技术、高度智能化技术、电磁兼容技术、功率因数校正技术、保护技术、并联均流控制技术、脉宽调制技术、变频调速技术、智能监测技术、智能化充电技术、微机控制技术、集成化技术、网络技术、各种形式的驱动技术和先进的工艺技术。 1.2脉冲电源的特点及发展动态 脉冲电源是各种电源设备中比较特殊的一种，顾名思义，它的电压或电流波 形为脉冲状。按脉冲电源的输出特性分类，有高频、低频、单向、双向、高压、低压等不同的分类，具体选择怎样的输出电压、输出电流和开关频率，根据具体的应用场合而定。按脉冲波形分，有矩形波、三角波、梯形波、锯齿波等多种形式，如图1. 1所示。 图1 . 1各种脉冲波形 由于矩形波具有较好的可控性和易操作性，所以这种波形的应用居多。究其本质，

关于脉冲功率电源的介绍

关于脉冲功率电源的介绍 在全球化的发展环境下，各国为了提高自身的综合竞争力，均十分关注科学技术的应用。脉冲功率技术作为重要的技术之一，该技术的发展始于20世纪60年代，在多个领域均有着较为广泛的应用，其中在国防领域扮演着重要的角色。文章主要研究了脉冲功率电源的概况，并分析了其发展的技术阻碍，为了实现其快速的发展，要对其中存在的问题进行有效处理，在此基础上，脉冲功率技术的发展才能够更加稳定，同时，我国的国防竞争力也将不断增强。 标签：脉冲功率电源；电容器组；发电机系统；电池组；技术阻碍 当前，电源的相关问题得到了广泛的关注，其中最敏感的为小型化电源问题。在科学技术的支持下，电源的小型化得到了快速的发展，此类电源的应用是广泛的，其作用日益显著。但小型化电源的发展也存在不足，为了促进其发展，需要对先进的技术进行积极的、全面的运用。在此背景下，文章研究了脉冲功率电源，该电源是借助不同方式进行提供的，具体的方式有电容器组、发电机系统、电感储能系统与蓄电池组等。脉冲功率电源的应用满足了国防武器系统的电能需求，为我国国防工作的开展奠定了坚持的基础。 1 脉冲功率电源的概况 1.1 电容器组 目前，在工业、军事等领域对电容器的应用具有一定的普遍性，其中在电磁炮中的应用取得了良好的效果。随着电磁炮的快速发展，对电容器组的要求不断提高，在脉冲形状控制方面，利用了闭合开关；在能量存储密度方面，利用了新的介电材料，在此基础上，电容器组得到了进一步的发展，进而适应了实际应用的需求[1]。 对于脉冲功率电源而言，作为电源的电容器组存在一定的不足，主要为偏低的转化效率，同时，其充电状态未能保持长期性。为了有效解决此问题，需要借助高功率的大型充电设备，以此保证充电的快速与便捷，与此同时，工作电压也将得到控制。在此基础上，电容器组拥有较大的体积，但在军事领域对于武器系统的体积有着严格的要求。因此，在轨道炮系统中，电容器组的应用缺少针对性与时效性，此时的电源未能适应军事发展的需要。 在对电容器组展开设计过程中，要关注其热量的控制。对于电容器的介电材料而言，通常情况，均属于电绝缘体与热绝缘体。在炮弹发射时，电容器内部的热量将不断升高，为了保证电容器组的安全性，要对其给予高度的重视[2]。 1.2 发电机系统 关于电磁炮发电机的研究，其应用的类型较多，主要有单极脉冲发电机、补

环形磁芯快脉冲动态参数测量方法

第16卷　第10期强激光与粒子束Vol.16,No.10 2004年10月HIGH POWER LASER AND PARTIC LE BE AMS Oct.,2004　 文章编号:　100124322(2004)1021345204 环形磁芯快脉冲动态参数测量方法X 丁臻捷,　苏建仓,　丁永忠,　俞建国 (西北核技术研究所,陕西西安710024) 摘　要:　磁开关压缩脉冲过程中,磁芯磁参数需历经非饱和与饱和两个阶段,磁滞回线变化经历半个周 期,通过测量这一变化过程中通过磁开关绕组的电流和磁通量变化率,可以计算出磁芯的磁滞回线,确定饱和 磁通密度、剩磁等动态参数。讨论了基于高电压放电和脉冲压缩方法测量磁芯动态参数的原理,给出了测试装 置的电路原理和电路元件参数的选择方法,测量了大型磁开关磁芯快脉冲条件下的电参数,计算了相关的磁参 数,给出了实验结果。 关键词:　磁开关;　磁滞回线;　饱和磁通密度;　剩磁;　磁脉冲压缩法 中图分类号:　T N78 文献标识码:　A 随着材料科学和脉冲功率技术的发展,磁开关技术在铜蒸气激光产生装置[1～3]及全固态高重频脉冲发生器[5]等重复频率脉冲功率技术领域得到了普遍的应用。 磁开关工作时,磁芯需在饱和与非饱和两种状态间来回转化。因此设计磁开关时,不仅要考虑磁芯饱和和非饱和时的磁参数,而且要关心两者之间的转变过程。随着磁芯磁化时间的缩短,变化的磁场会在构成磁芯的薄带之间产生一定的感应电压,因此必须在薄带之间加上适当的涂层用以减小涡流损耗。这样,磁开关磁芯表现的不仅是磁芯的材料性能,还间接反映了磁芯的制造工艺。由于工艺条件的限制,较大体积的磁芯与同种磁性材料小样环的性能有相当大的差别。因此,不能用小样环的性能来表征较大磁芯的整体性能水平。 一般实验室和工厂所用磁芯性能测试设备,由于电源功率的限制,励磁磁场强度在几百A/m到几千A/m 之间,这样的励磁磁场强度对于测试小样环静态、动态特性或较大磁芯的静态特性是足够了,而对于大型磁开关磁芯在快脉冲磁化条件下的性能测试就无能为力了。 本文讨论了基于脉冲压缩方法测量磁芯动态参数的原理,给出了测试装置电路原理和电路元件参数的选择方法,测量了大型磁开关磁芯快脉冲磁化条件下的电参数,计算了相关的磁参数,给出了实测结果。 1　测量原理 1.1　磁性参数测量原理 环形磁芯磁开关的截面如图1所示[5]。图中R i和R o分别为磁开关绕组的内外半径,H为高,r i和r o分别为磁开关磁芯的内外半径,h为高,磁开关绕组匝数为N,通过绕组的电流为i。考虑环形磁芯的对称性,根据安培环路定律,磁芯截面上的平均磁场强度为 H m= Ni 2π(r o-r i) ln( r o r i )(1) Fig.1　Illustration of magnetic switch 图1　磁开关截面图 则磁开关绕组截面上的磁通量 <=μ0M m S m+μ0H t S t(2)式中:M m为磁芯截面上磁化强度的平均值;S m为磁芯的截面积;S t为绕组的截面积;μ0为真空磁导率;H t为磁开关绕组内不含磁芯时的平均磁场强度 H t= Ni 2π(R o-R i) ln( R o R i )(3) 利用公式(2)可以求得与磁开关绕组面积相等的感应线圈 上的感应电压 X收稿日期:2003212226; 修订日期:2004204215 基金项目:国家863计划项目资助课题 作者简介:丁臻捷(1974—),男,硕士,工程师,主要从事脉冲功率技术研究;西安市69226信箱;E2mail:ding family@https://www.sodocs.net/doc/7b10191946.html,。

高功率脉冲激光应用

高功率脉冲激光应用 High peak power, low power consumption and compact package 峰值功率高，功耗低，紧密封装 Mining, Civil Engineering, Manufacturing, Forest Management, Underwater Topography, … require long range 3D laser scanning and with the most advanced lasers. Keopsys’s KULT (Ultra compact Laser Transmitter) series are the world's most used laser in 3D scanning applications. 采矿、土木工程、制造、森林管理、水下地形等需要远程三维激光扫描和最先进的激光器。Keopsys KULT(超紧凑型激光发射机)系列是世界上使用最多的三维激光扫描设备。 The KULT series, pulsed fiber lasers, cover the major eye safe wavelengths 1,5μm and 2μm but also 532nm and 1μm for specific applications. The KULT lasers provide high energy per pulse in an extremely compact package, making them the preferred lasers in many 3D scanning systems. KULT系列脉冲光纤激光器覆盖主要的人眼安全波长1.5μm、2μm以及532 nm和1μm，用于特定应用场合。KULT激光器在极其紧凑封装的条件下能提供高能量脉冲,使其成为三维激光扫描系统的首选。 In terms of high peak power, power consumption and compact package, KEOPSYS has one of the best offers on the market. We have developed very strong partnership with the leading manufacturers of 3D scanning systems. Our experienced and highly educated team will work with you to design custom solutions for your next generation scanner. 在高峰值功率、低功耗、紧凑封装方面，KEOPSYS拥有市场上最好的产品之一。我们已经和领先的三维扫描系统制造商建立了强力合作关系。我们的经验和高精尖团队将与您合作，为您的下一代扫描设备制定解决方案。 Telemetry for environmental and industrial surveys Range-Finding and Speed sensing for collission avoidance

EMP电磁脉冲

EMP电磁脉冲装置元器件清单： R1 3个47k，1W电阻(黄一紫一橙)串联连接 D1,D2 两个16KV，10ma快速恢复高压整流器 C1 0.05uf，5kv电容 L1 采用#12铜线绕制的电感，绕3圈，直径1cm L2 电感线圈 基本理论概述： 信号对敏感电路干扰的能力需要有几个属性。大多数微处理器由工作电压非常低的场效应晶体管(FET)组成。一旦工作电压过大，灾难性故障就即将来临。在实际中是不能宽恕这种过压错误的，因为控制部件之间为超细金属氧化物。在这些控制部件之间产生的任何过压，必然产生永久性破坏，在某些严重的场合下，还会导致程序消失。由外部电源产生这些破坏性电压需要电压的波动，这种波动能够在电路板的走线上、元器件和其他关键点上产生持续的能量波动。因此，对电路来说，外部信号的能量必须足够高，因为在这个波长上，几何尺寸是能量非常重要的一部分。微波具有快速的上升时间(等效为傅里叶频率高)，且持续时间短，因此会获得最好的效果。所需要的能量是巨大的，这个能量势必会产生更大的破坏。一种良好的度量方法是能量除以波长的商。大功率的微波脉冲能够通过下面介绍的几种方法产生。爆炸物的磁力线压缩驱动虚阴极振荡器，其一般的相关物能够仅从几百焦耳产生千兆瓦的峰值功率。最初始的电流变成脉冲送入电感器，而电

流的峰值被成形的爆炸物电荷压缩，因而捕获磁力线并产生很高能量的电流源。利用极高速度的爆炸物如三甲基三硝胺(cyclotrimethyltrinitramine)，它的派生词是PETN或相当能量的爆炸物，线圈沿着其轴向和径向压缩。这些捕获的磁力线产生能量增长，通过微波激励(HEPM)变成最终的大功率峰值的脉冲。像原子能初始爆炸一样，磁力线压缩需要爆炸充电器的精确定时。对于磁力线压缩，克里管(Krytron)开关或类似开关可以用来代替大多数的增强抗辐射的Sprytrons, Sprytrons用在原子能初始反应，在原子能初始反应中，由固有的裂变物质产生电离辐射。虚阴极振荡器也可以很方便地由小型Marx脉冲发生器产生200^}4ookV的激励。快速的上升电流以及大的峰值功率能够产生强大的微波脉冲。其他方法包括爆炸丝(exploding wire)。这种方法允许能量流向LCR电路，因为爆炸丝在附近蒸发，反馈线的爆炸快速地中断峰值注人电流。一个上升速度很快、能量非常大的脉冲就产生了，这种方法能够产生电磁脉冲(EMP) e微波脉冲对于破坏敏感电子电路是一个非常优秀的候选者。

脉冲变压器的铁芯选材要求

脉冲变压器的铁芯选材要求 脉冲变压器是用来传输脉冲的变压器。当一系列脉冲持续时间为t d(m s)、脉冲幅值电压为U m(V)的单极性脉冲电压加到匝数为N的脉冲变压器绕组上时，在每一个脉冲结束时，铁芯中的磁感应强度增量ΔB(T)为：ΔB=U m t d/NS c′10-2其中S c为铁芯的有效截面积（cm2）。即磁感应强度增量ΔB 与脉冲电压的面积（伏秒乘积）成正比。对输出单向脉冲时，ΔB=B m-B r,如果在脉冲变压器铁芯上加去磁绕组时，ΔB=B m+B r。在脉冲状态下，由动态脉冲磁滞回线的ΔB与相应的ΔH p之比为脉冲磁导率m p。 理想的脉冲波形是指矩形脉冲波，由于电路的参数影响，实际的脉冲波形与矩形脉冲有所差异，经常会发生畸变。比如脉冲前沿的上升时间t r与脉冲变压器的漏电感Ls、绕组和结构零件导致的分布电容C s成比例，脉冲顶降l与励磁电感L m成反比，另外涡流损耗因素也会影响输出的脉冲波形。 脉冲变压器的漏电感L s=4b p N12lm/h 脉冲变压器的初级励磁电感L m=4mp p S c N2/l′10-9 涡流损耗Pe=U m d2t d lF/12N12S c r b为与绕组结构型式有关的系数，l m为绕组线圈的平均匝长，h为绕组线圈的宽度，N1为初级绕组匝数，l为铁芯的平均磁路长度，S c为铁芯的截面积，m p为铁芯的脉冲磁导率，r为铁芯材料的电阻率，d为铁芯材料的厚度，F为脉冲重复频率。 从以上公式可以看出，在给定的匝数和铁芯截面积时，脉冲宽度愈大，要求铁芯材料的磁感应强度的变化量ΔB也越大；在脉冲宽度给定时，提高铁芯材料的磁感应强度变化量ΔB，可以大大减少脉冲变压器铁芯的截面积和磁化绕组的匝数，即可缩小脉冲变压器的体积。要减小脉冲波形前沿的失真，应尽量减小脉冲变压器的漏电感和分布电容，为此需使脉冲变压器的绕组匝数尽可能的少，这就要求使用具有较高脉冲磁导率的材料。 为减小顶降，要尽可能的提高初级励磁电感量L m，这就要求铁芯材料具有较高的脉冲磁导率m p。为减小涡流损耗，应选用电阻率高、厚度尽量薄的软磁带材作为铁芯材料，尤其是对重复频率高、脉冲宽度大的脉冲变压器更是如此。 脉冲变压器对铁芯材料的要求为： 1、高饱和磁感应强度Bs值； 2、高的脉冲磁导率，能用较小的铁芯尺寸获得足够大的励磁电感； 3、大功率单极性脉冲变压器要求铁芯具有大的磁感应强度增量ΔB,使用低剩磁 感应材料；当采用附加直流偏磁时，要求铁芯具有高矩形比，小矫顽力Hc。 4、小功率脉冲变压器要求铁芯的起始脉冲磁导率高； 5、损耗小。

脉冲变压器

脉冲变压器 脉冲变压器是一种宽频变压器，对通信用的变压器而言，非线性畸变是一个极重要的指标，因此要求变压器工作在磁心的起始导磁率处，以至即使象输入变压器那样功率非常小的变压器，外形也不得不取得相当大。除了要考虑变压器的频率特性，怎样减少损耗也是一个很关心的问题。 与此相反，对脉冲变压器而言，因为主要考虑波形传送问题。即使同样是宽频带变压器，但只要波形能满足设计要求，磁心也可以工作在非线性区域。因此，其外形可做得比通信用变压器小很多。还有，除通过大功率脉冲外，变压器的传输损耗一般还不大。因此，所取磁心的尺寸大小取决于脉冲通过时磁通量是否饱和，或者取决于铁耗引起的温升是否超过允许值。 一、脉冲变压器工作原理 脉冲变压器利用铁心的磁饱和性能把输入的正弦波电压变成窄脉冲形输出电压的变压器。可用于燃烧器的点火、晶闸管的触发等。脉冲变压器结构为原绕组套在断面较大的由硅钢片叠成的铁心柱上，副绕组套在坡莫合金材料制成的断面较小的易于高度饱和的铁心柱上，在两柱中间可设置磁分路。电压和磁通的关系，输入电压u1是正弦波，在左面铁心中产生正弦磁通Φ1。右面铁心中磁通Φ2高度饱和，是平顶波，它只有在零值附近发生变化，并立即饱和达到定值。当Φ2过零值的瞬间，在副绕组中就感应出极陡的窄脉冲电动势e2。磁分路有气隙存在，Φσ基本上按线性变化，与漏磁相似，其作用在于保证Φ1为正弦波。 二、脉冲变压器的应用 脉冲变压器广泛用于雷达、变换技术；负载电阻与馈线特性阻抗的匹配；升高或降低脉冲电压；改变脉冲的极性；变压器次级电路和初级电路的隔离应用几个次级绕组以取得相位关系；隔离等)相同，但就磁芯的磁化过程这一点来看是有区别的，分析如下: (1) 脉冲变压器是一个工作在暂态中的变压器，也就是说，脉冲过程在短暂的时间内发生，是一个顶部平滑的方波，而一般普通变压器是工作在连续不变的磁化中的，其交变信号是按正弦波形变化. （2) 脉冲信号是重复周期，一定间隔的，且只有正极或负极的电压，而交变信号是连续重复的，既有正的也有负的电压值。 (3) 脉冲变压器要求波形传输时不失真，也就是要求波形的前沿，顶降都要尽可能小，然而这两个指标是矛盾的。 三、脉冲变压器与一般变压器的比较 所有脉冲变压器其基本原理与一般普通变压器(如音频变压器、电力变压器、电源变压器等)相同，但就磁芯的磁化过程这一点来看是有区别的，分析如下: (1) 脉冲变压器是一个工作在暂态中的变压器，也就是说，脉冲过程在短暂的时间内发生，是一个顶部平滑的方波，而一般普通变压器是工作在连续不变的磁化中的，其交变信号是按正弦波形变化. (2) 脉冲信号是重复周期，一定间隔的，且只有正极或负极的电压，而交变信号是连续重复的，既有正的也有负的电压值。 (3) 脉冲变压器要求波形传输时不失真，也就是要求波形的前沿，顶降都要尽可能小，然而这两个指标是矛盾的。 本文由https://www.sodocs.net/doc/7b10191946.html,整理。

脉冲功率技术

华中科技大学研究生课程考试答题本 考生姓名李猛虎 考生学号 M201371361 系、年级高电压与绝缘技术2013级类别硕士 考试科目脉冲功率技术 考试日期 2013年12月15日

脉冲功率技术是指把较小功率的能量以较长时间慢慢输入到能储存能量的设备中，然后通过动作时间在毫微秒左右的快速开关将此能量在毫微秒至微秒时间内释放到负载上，以得到极高的功率，实质上是输出功率对输入功率的放大。脉冲功率系统中能量的储存方式有许多种，如电容储能，电感储能，脉冲电机储能以及电池储能等。脉冲功率技术研究的技术指标为：电压1kV~10MV，电子能量0.3~15MeV（电子伏），述流大小1kA~10MA，脉冲宽度0.1~100ns，束流功率0.1~100TW，总能量：1kJ~15MJ。脉冲功率技术的特征是：高脉冲功率，短脉冲持续时间，高电压，大电流。 脉冲功率技术，是以电气科学技术为基础，把电工新技术和高电压－大电流技术融为一体的新型学科。脉冲功率技术在国防科研和高新技术领域有着极为重要的应用,而且现在已经越来越多地应用于工业和民用部门,它是高新技术研究的重要技术基础之一,有着极其广泛的发展和应用前景。 脉冲功率的发展历程 脉冲放电现象存在于大自然。人们最早是在20世纪30年代开始研究脉冲功率现象。1938年，美国人Kingdon和Tanis第一次提出用高压脉冲电源放电产生微秒级脉宽的闪光X 射线；1939年，苏联人制成真空脉冲X射线管，并把闪光X 射线照相技术用于弹道学和爆轰物理学实验。采用高压脉冲电容器并联充电、串联放电方式来获得较高电压脉冲。第二次世界大战期间，企图将脉冲功率技术应用于军事的电磁炮和其他研究再度兴起，也促进了脉冲功率科学技术的形成和发展。1947年，英国人A.D.Blumlien以专利的形式，把传输线波的折反射原理用于脉冲形成线，在纳秒脉冲放电方面取得了突破。1962年，英国原子能研究中心的J.C.Martin领导的研究小组，将Marx发生器与Blumlien的专利结合起来，建造了世界上第一台强流相对论电子束加速器SOMG（3MV，50kA，30ns），脉冲功率达TW（1012W）量级，开创了高功率脉冲技术的新纪元。1986年建成PBFA-II 装置，其峰值电压为12MV、电流8.4MA、脉宽40ns，其二极管束能为4.3MJ，脉冲功率1014W，是世界上第一台功率闯过100TW 大关的脉冲功率装置。 美国和俄罗斯目前在脉冲功率技术上处于领先地位。美国从事脉冲功率技术研究的机构有Sandia国家实验室、Lawrence Livermore国家实验室、Maxwell实验室、Los Alamos科学实验室、海军武器研究中心、Texas技术大学等。1967年在Sandia 实验室建成的Hermes2I 为当时最大的脉冲功率装置；1972年美国陆军的Hary Diamond实验室建成了Aurora装置，这个设备由4台Marx发生器组成，是脉冲功率史上的一个里程碑；1986年Sandia实验室又建成了FBFA2II，是世界上第1个闯过100TW 大关的装置。俄罗斯从事脉冲功率技术研究的机构有库尔恰托夫研究所、新西伯利亚核物理所、托姆斯科大电流电子学研究所、电物理装备所、列别捷夫所等, 建造了许多大型的Marx成形线型联合装置,1985 年建成的AHrapa25就是其中之一。日本的脉冲功率技术主要应用于强流粒子束加速器，特别重视轻离子的惯性约束聚变。从事脉冲功率技术研究的机构有东京大学、熊本大学、大阪大学、长岗技术大学等, 较著名的装置有大阪大学的Raiden2IV和1986年长岗技术大学建成ETIGO 2II。

电阻脉冲功率计算和参考的详细资料

Yageo RC Series Pulse Load Capability November 2010

RC0402 Pulse Limit Power

Peak Pulse Power RC0402 0,1 1 100,0000010,000010,00010,0010,010,11 T(Sec) P (W )Maximum permissible peak pulse power as a function of pulse duration for typical 0402 resistor (R ≦10k Ω) Single Pulse rep. Pulse

Peak Pulse Voltage RC0402 1 10 100 10000,0000010,000010,00010,0010,010,11 T(Sec) V (M a x .) Maximum permissible peak pulse voltage (Vmax.) as a function of pulse duration (T) for a typical 0402 resistor .

RC0603 Pulse Limit Power

Peak Pulse Voltage RC0603 1 10 100 10000,0000010,000010,00010,0010,010,11 T(Sec) V (M a x .) Maximum permissible peak pulse voltage (Vmax.) as a function of pulse duration (T) for a typical 0603 resistor .

高功率Z_Pinch脉冲源技术的发展

收稿日期:2000202216 作者简介:孙凤举(19672),男,山东籍,助研,博士生,主攻等离子体开关技术和脉冲功率技术应用研究。 综述和述评 高功率Z -P i nch 脉冲源技术的发展 孙凤举1,2,邱爱慈2,邱毓昌1,曾江涛2,蒯斌2 (11西安交通大学电气学院,陕西西安710049;21西北核技术研究所,陕西西安710024) 摘要:概述了脉冲功率系统中的电容储能、电感储能和磁感应储能技术。基于直线型脉冲变压器(L TD )、电感储能(IES )、等离子体断路开关(PO S )以及真空磁绝缘传输线(M ITL )技术的低电感、模块化快脉冲源将来可能作为基本的子模块应用于超大型高功率Z 2P inch 装置。 关键词:高功率Z 2P inch ;直线型脉冲变压器;电感储能 中图分类号:TL 6;O 531;O 539 文献标识码:A 文章编号:100323076(2001)0120044205 1　引言 Z 2P inch 开始于六十年代受控热核聚变(CT F )反应的研究,其结构简单、造价低廉、 运行方便,且效率较高,但是在八十年代以前,由于受当时脉冲功率技术水平的限制和Z 2P inch 等离子体不稳定性的困扰,进展一 直比较缓慢。96年以来,Z 2P inch 技术取得重大突破,主要在于采用了高功率短脉冲大电流驱动多丝阵列负载,目前Z 2P inch 正成为当今国际上十分活跃的科学前沿研究领域[1,2]。高功率Z 2P inch 的品质与高功率脉冲源的参数紧密相关,Z 2P inch 技术要得到发展和应用,在很大程度上取决于脉冲功率源 的技术水平。驱动惯性约束聚变(I CF )的Z 2P inch 要求脉冲源储能数十M J ,脉冲电流约50～60M A [2],尽管国外在PB FA 2Z 装置上 获得了出色的实验结果,但PB FA 2Z 装置距 上述要求还存在很大差距,采用的技术按照能够承担得起的造价、体积和效率要求很难扩大到更高的功率水平[3]。作为高功率Z 2p inch 的脉冲源,要求技术风险小,运行重复 性、可靠性和能量传输效率高,结构紧凑、造价低廉,这关系到Z 2p inch 在I CF 中是否能 有更大的竞争力。因此,国际上正在发展新的技术,探索合适的高功率Z 2p inch 脉冲源技术途径。近三十年来,脉冲功率技术发展了电容、电感和磁感应储能以及为压缩脉宽的各种高功率开关等技术,下面对传统的电容储能和近年来发展较快的电感储能、磁感应储能技术作简单介绍。 2　电容储能与电感储能技术 直到七十年代中期,脉冲功率技术一直以电容储能与闭合开关技术为基础。因为去 离子水的介电常数高(Ε～81),采用水介质同

(整理)高功率脉冲电源

高功率脉冲电源 学院（系）：电气工程学院班级：1113班 学生姓名：高玲 学号：21113043 大连理工大学 Dalian University of Technology

1分类及结构原理 高功率脉冲最早始于30年代，随着用电容器放电产生X射线的出现，经过了几十年的发展，目前高功率脉冲电源应用范围非常广泛，例如用于闪光X射线照相、高功率激光、大功率微波、电磁脉冲、电磁发射(或推进)、粒子束武器和电磁成形等离子体物理与受控核聚变研究、核爆炸模拟等方面。‘ 如图1所示。高功率脉冲电源包括初级能源、中间储能脉冲成形系统及转换系统等几个部分。 图1. 高功率脉冲电源组成框图 脉冲功率的形成过程是：首先经过慢储能，使初级能源具有足够的能量；其次，向中间储能和脉冲形成系统注入能量；再次，能量经过储存、压缩、形成脉冲或转化，等复杂过程之后，最后快速释放给负载。 (1)初级能源为小功率的能量输入设备，如电容器的充电机、电感线圈的励磁电源、飞轮电机的拖动电机，其能源来在电网。 (2)中间储能设备有以电容器和Marx发生器为例的电场储能，以常温或超导电感线圈为例的磁场储能，以各类具有转动惯量的脉冲发电机为主的机械储能，以蓄电池、磁流体发电机、爆炸磁通压缩发生器为代表的化学储能，以及以核能磁流体发电机为例的核能初级能源，等等。 (3)能量转换与释放系统主要包括各种大容量闭合开关和断路开关及各种波形调节技术设备。 脉冲功率装置初级能源的储能方式主要包括：以电场形式储能的电容器、以磁场方式储能的电感器、机械能发电机、化学能装置以及核能等。如表1所示。 (1)电容储能简单、技术成熟，因此它的应用最为广泛，如惯性约束、强激光、粒子束武器、大功率微波等。世界上一些著名的脉冲功率装置都采用电容储能放电回路，如美国的PBFA．II等。 (2)电感储能最大的优点是储能密度大，所以倍受研究者的关注。电感储能技术在诸如受控等离子体物理、受控核聚变、电磁推进等现代科学技术领域中，都有着极为重要的应用。 (3)机械储能具有储能密度高、结构紧凑、易做成移动式，且提取十分方便等优点，因此也得到了广泛的应用。目前，其主要的应用领域有：近代同步加速器、托卡马克热核装置、等离子体。箍缩、大型风洞装置、大截面金属对头焊接等。

脉冲变压器设计

脉冲变压器设计

目录 前言 ......................................... 错误!未定义书签。 1 脉冲变压器设计要求和原始数据 ............... 错误!未定义书签。 脉冲变压器计算程序设计要求................. 错误!未定义书签。 计算原始数据：............................. 错误!未定义书签。 2 脉冲变压器的设计 ........................... 错误!未定义书签。 线路的计算................................. 错误!未定义书签。 绝缘的设计................................. 错误!未定义书签。 铁心和绕组的选择........................... 错误!未定义书签。 铁心的设计要求............................ 错误!未定义书签。 铁心的去磁电路............................ 错误!未定义书签。 绕组的选择............................... 错误!未定义书签。 脉冲变压器的脉冲的计算..................... 错误!未定义书签。 脉冲平顶降落的验算....................... 错误!未定义书签。 脉冲的前沿畸变验算....................... 错误!未定义书签。 脉冲后沿宽度的检查....................... 错误!未定义书签。 脉冲变压器的整体结构....................... 错误!未定义书签。 脉冲变压器的温升与经济指标................. 错误!未定义书签。 脉冲变压器的温升和经济指标................ 错误!未定义书签。 脉冲变压器的温升和经济指标的验算......... 错误!未定义书签。 3 脉冲变压器的试验 ........................... 错误!未定义书签。 脉冲变压器的初次试验....................... 错误!未定义书签。 加压试验................................. 错误!未定义书签。 改变回路参数的试验....................... 错误!未定义书签。 “+／-极性”的试验....................... 错误!未定义书签。 脉冲变压器的负荷试验....................... 错误!未定义书签。 脉冲波形的检查........................... 错误!未定义书签。 漏感和电容............................... 错误!未定义书签。 变比的测量............................... 错误!未定义书签。总结 ........................................ 错误!未定义书签。致谢 ....................................... 错误!未定义书签。参考文献 ..................................... 错误!未定义书签。

激光脉冲的平均功率和功率

激光脉冲的平均功率和功率, 设脉冲激光器输出的单个脉冲持续时间(脉冲宽度)为：t,(实际为 FWHM宽度 ) 单个脉冲的能量：E, 输出激光的脉冲重复周期为：T, 那么,激光脉冲的平均功率 Pav = E/T,（即在一个重复周期内的单位时间输出的能量）, 脉冲激光讲峰值功率（peak power）Ppk = E/t 能量密度=（单脉冲能量*所用频率）/ 光斑面积算 通常也用单位时间内的总能量除以光斑面积 峰值功率=脉冲能量除以脉宽 平均功率=脉冲能量*重复频率（每秒钟脉冲的个数） 脉冲激光器的能量换算 脉冲激光器的发射激光是不连续，一般以高重频脉冲间隔发射。发射能量以功的单位焦耳(J)计，即每次脉冲做功多少焦耳。 连续激光器发射的能量以功率单位瓦特(W)计量，即每秒钟做功多少焦耳，表示单位时间内做功多少。 瓦和焦耳的关系：1W=1J/秒。 一台脉冲激光器，脉冲发射能量是1焦耳/次，脉冲频率是50Hz，则每秒钟发射激光50次，每秒钟内做功的平均功率为：50X1焦耳=50焦耳，所以，平均功率就换算为50瓦。再举例说明峰值功率的计算，一台绿光脉冲激光器，脉冲能量是0.14mJ/次，每次脉宽20ns,脉冲频率100kHz， 平均功率为：0.14mJ X100k=14J/s=14W，即平均功率为14瓦；峰值功率是每次脉冲能量与脉宽之比，即 峰值功率：0.14mJ/20ns=7000W=7kW,峰值功率为7千瓦。 要想知道镜片的脉冲激光损伤阈值是否在承受极限内，既要计算脉冲激光的峰值功率，也要计算脉冲激光的平均功率，综合考虑。 如某ZnSe镜片的激光损伤阈值时是500MW/cm2,使用在一台脉冲激光器中，脉冲激光器的脉冲能量是10J/cm2，脉宽10ns，频率50kHz。首先，计算平均功率：10J/cm2X50kHz=0.5MW/cm2其次，再计算峰值功率：10J/cm2/10ns=1000MW/cm2 从脉冲激光器的平均功率看，该镜片是能承受不被损伤的，但从脉冲激光器的峰值功率看，是大于该镜片的激光损伤阈值的。所以，综合判断，该ZnSe镜片不宜用于此脉冲激光器。如果有条件，对脉冲激光器镜片，应当分别测试平均功率和峰值功率的激光损伤阈值。 Ave.Power：平均功率Pulse energy：脉冲能量Pulse Width：脉宽Peak Power:峰值功率Rep.Rate：脉冲频率ps：皮秒，10-12S ns：纳秒，10-9S M:兆，106J:焦耳W:瓦 氙灯作为激光设备一个常用光源，通常被人们也叫做激光氙灯、脉冲氙灯。氙灯是一种填充氙气的光电管或闪光电灯。氙气化学性质不活泼，不能燃烧，也不助燃。是天然的稀有气体中分子量最大、密度最高的。氙气高压灯辐射发出很强的紫外线，可用于医疗，制作光谱仪光谱以及各种工业激光设备中。

高功率脉冲磁控溅射技术的特点及其研究

高功率脉冲磁控溅射技术的特点及其研究班级：机械工程学院材料1301班学号：0335******* 作者：程乾坤摘要：本论文主要介绍高功率脉冲磁控溅射技术的主要特点以及目前的研究状况和未来的发展方向。简介该技术到目前为止世界范围内的进展和发展历程，作者对该技术到目前为止的发展分析以及对该技术所作的一些想法。 关键词：高功率磁控脉冲、离化率、薄膜性能 一、高功率脉冲磁控溅射技术的介绍 磁控溅射（HIPIMS）是在溅射的基础上，运用靶板材料自身的电场与磁场的相互电磁交互作用，在靶板附近添加磁场，使得二次电离出更多的离子，增加溅射效率。这种技术应用于材料镀膜。其中高功率脉冲磁控溅射（high-power impulse magnetron sputtering (HiPIMS) 或 high-power pulsed magnetron sputtering (HPPMS)）近来使用较为普遍。磁控溅射的工作原理是指电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子；新电子飞向基片，Ar离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜，而产生的二次电子会受到电场和磁场作用，产生E（电场）×B（磁场）所指的方向漂移，简称E×B漂移，其运动轨迹近似于一条摆线。若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶表面做圆周运动，它们的运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，并且在该区域中电离出大量的Ar 来轰击靶材，从而实现了高的沉积速率。随着碰撞次数的增加，二次电子的能量消耗殆尽，逐渐远离靶表面，并在电场E的作用下最终沉积在基片上。由于该电子的能量很低，传递给基片的能量很小，致使基片温升较低。磁控溅射是入射粒子和靶的碰撞过程。入射粒子在靶中经历复杂的散射过程，和靶原子碰撞，把部分动量传给靶原子，此靶原子又和其他靶原子碰撞，形成级联过程。在这种级联过程中某些表面附近的靶原子获得向外运动的足够动量，离开靶被溅射出来。高功率磁控溅射是著名已故俄罗斯科学家Vladimir Kouzentsov开发并且拥有专利的一种脉冲物理气象沉积（PVD）的方法。它的主要特点是离化率高，堆积致密，镀膜性能好。高功率，顾名思义，是用非常高的电压产生的脉冲撞击靶材表面而使得靶材离化率大幅增加的技术，但是发射高功率脉冲是对电极的一个考验，所以，这种高功率的发射不是连续的，而是在电极的可承受范围内断续而高频的发射，这种方法既增加了靶材的离化率，又相对延长了电极的使用寿命。由于击中基体的带正电荷的粒子能量和方向均受到施加于基体的负电压（偏压）的有利影响，因此，高的靶材金属离化率相对于传统方法，使涂层结构和特点上得到了改进。1 二、截止目前的发展及研究 1999年，瑞典的V,Kouznetsov及其团队[1]首次采用高功率磁控脉冲作为磁控溅射的供电模式，提出了HPPMS的方法，并沉积了Cu薄膜，相对于普通的直流溅射，HPPMS获得高的CU离化率，膜层高致密度，高的靶材利用率，均匀的厚度[2]。这时有很多做磁控溅射研究的学者开始关注这一研究方向，并且在试验中将这种设备逐渐完善。其中主要包括改进磁控放电的稳定性和改变脉冲结构增加沉积率两个方面。高功率脉冲磁控溅射技术(HPPMS)由于能够产生较高的离化率而受到人们的重视。为了提高离化率/沉积速率协同效应,基于直流和脉冲耦合叠加技术我们研制了高功率密度复合脉冲磁控溅射电源,并对高功率复合 脉冲磁控溅射放电特性进行研究。结果表明脉冲峰值电流随脉冲电压的增加而增加,但随着脉冲宽度的增加而减小。在高功率脉冲期间工件上获得的电流可以增加一个数量级以上,表明磁控离化率得到显著增强。[3]此外，国内的一些学者研究出了复合高功率脉冲磁控溅射，