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线形变压器带动源探讨概论

2012-11-27   浏览2060人   上一条资讯   下一条资讯

  技术优势LTD独特的电路结构赋予其诸多优点:(1)LTD中的电容器充放电均为并联进行,在次级实现电压叠加,初级工作电压低(<200kV),绝缘要求降低。(2)作为初级储能,可提供较短的脉冲输出,节省脉冲压缩段,使装置比较紧凑,降低了装置造价。(3)快脉冲LTD可提供100ns以下的短脉冲,可直接驱动Zpinch、二极管等负载。

  使用模块化LTD,输出参数可以灵活调整。如输出极性、输出电压及阻抗的改变。LTD的研究现状LTD的概念20世纪70年代就已提出,迄今为止LTD技术的发展经历了三个阶段,技术日益成熟展示出广阔的应用前景。

  提出原理与初步应用从20世纪70年代到90年代初,是LTD技术的最初发展阶段,LTD技术的原理被提出并得到初步应用。俄罗斯大电流所(HCEI)的G.A.Mesyats和B.M.Kovachuck是LTD技术的先驱。1979年,G.A.Mesyats等人研制了用于产生高温等离子体的Modul装置,其初级储能源首次应用了LTD技术,是LTD技术研究的开端。此时,LTD被命名为LPT,Modul装置的LTD由28级模块串联,每级模块由2个电容器(3F,40nH,50kV)和2个火花开关串联组成,正负充电,输出参数为2.3MV/1.4s.从1987年到1997年,HCEI陆续研制了SNOP2、SNOP3系列装置和MIG多用途装置。这些装置的初级储能源均采用了LTD技术,SNOP3装置的LTD由24级模块串联组成,输出参数为2MV/1.3s;MIG装置的LTD由60级模块串联组成,输出参数为6MV/1.3s<2>。

  在此发展阶段,LTD均作为初级储能源为水介质脉冲压缩段充电。装置的电容器和开关构成的初级回路结构松散,回路电感较大(约450nH),不利于快脉冲输出;初级回路工作于空微秒量级LTD模块气中,并未密封于金属壳体内,运行维护方便,但工作电压较低且不利于装置紧凑化;相邻模块间相互绝缘,初级电流全部绕过磁芯;次级采用甘油浸渍的绝缘介质膜来绝缘。

  模块系列化、标准化从1995年到2000年,s量级的LTD技术发展成熟,初步形成系列化、标准化模块,并开始应用于大型装置中。

  CEG与HCEI合作,计划采用s量级LTD作为初级能源,采用电感储能方式,用POS实现脉冲压缩,再经多路并联获得大电流,建造大型PRS辐射源装置(计划30MA)。1997年,报道用HAEFELY电容器(5.6F/75kV/10nH/50m)和同轴多级多通道开关(90kV/20nH/1MA)构成子块(单向充电),两个子块并联构成一个LTD模块,并以此为基础建成了一个20级模块串联的单路装置,末端用POS实现脉冲的最后压缩<5>。后来,SYRINX研究方向调整为探索用磁通压缩的方法实现功率增益。2000年,报道已建成的原理验证装置ECF1储能600kJ,由6路LTD并联组成,每路由4级LTD模块串联组成。其中2路为次级发生器,输出参数为250kA/1s,用于产生磁通;4路为初级发生器,输出参数为2MA/1s,用于驱动等离子体套筒压缩磁通。2002年,ECF1装置升级为ECF2,采用16路LTD并联,每路10级,其中初级发生器12路,次级发生器4路,总储能为3.6MJ.ECF2装置使用了新的LTD03模块,LTD03模块采用了HAEFELY电容器(4F/90kV/10nH/15m),运行时充电75kV;矩形多级多通道开关(4nH),极间均压用漏电电阻代替电晕针,开关工作于大气压空气中。模块输出电流大于1MA,1/4周期为800ns.ECF2经磁通压缩后对负载的输出电流为14MA.ECF2装置计划增加LTD并联路数和每路LTD模块数,并拟采用二级磁通压缩来实现脉冲压缩,以扩大到更大规模(60MA)<6>。ECF2用于磁通压缩的研究于2003年截至,装置经改造用作长脉冲(约1s)PRS驱动源,并重新命名为Sphinx.Sphinx由12路LTD并联组成,每路8级模块串联,总储能为1MJ.计划至2006年升级至16路,每路10级,总储能为3MJ,X射线产额超过100kJ<7>,现已完成16路并联,每路8级串联,单级模块进一步改进,使之能够运行在70kV,模块命名为LTD05<8>。ECF系列装置及Sphinx装置开创了LTD多路并联的先河,也是唯一储能达到MJ量级的LTD综合系统。

  该阶段,LTD的模块设计开始集成化和标准化;初级回路设计采用了类似感应电压叠加器(IVA)感应腔的结构;电容器和开关等关键器件的性能有很大改善;电容器和开关集成为一体全部密封在金属壳体内,装置紧凑,大大减小了初级回路电感(约110nH)且整个装置外壳在运行时始终处于地电位。

  讨论LTD技术经历了近30年的发展,目前快脉冲LTD技术成为发展的重点。主要的需求牵引和发展方向有:第一,用于ICF点火乃至未来惯性聚变能(IFE)研究的超大型Zpinch驱动源,100ns量级的LTD模块向电流水平更高、重复频率运行方向发展。第二,作为驱动各种类型二极管用于闪光照相的驱动源,脉宽50ns左右的LTD向重复频率运行,参数调整灵活方便、结构紧凑、运行高效可靠的方向发展。第三,作为磁驱动等熵压缩(ICE)驱动源,LTD向驱动电流波形调整灵活可靠、运行高效的方向发展。

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