HK系列高功率脉冲电源
一．概述
所谓高功率并不是指电源的输出功率大，而是指将低功率存贮压缩后，在瞬间释放出大能量脉冲。该项技术主要是用在具有激发性质的负载上，用以在瞬间获得更高的激发效果。由于功率在存储期间不消耗能量，因此电源效率得到大大增强，电能利用率比传统电源高1个甚至几个量级，负载上几乎不会产生热量损耗。由于实现原理复杂，对原器件要求苛刻等原因，目前国内几乎没有商业化产品，只限在大功率微波源、激光器、电磁轨道炮、电子对撞机等军事科技领域。但小型化产品已经开始出现在相关院校和各种实验室中。我们就是在这种情况下开发出类似功能的实用化脉冲电源。所谓类似是因为我们采用的是前级压缩技术，用压缩后的脉冲驱动功率元件，比直接末级压缩仍有一定的差距，因为末级压缩技术需要更高地研发成本。还有就是我们针对的应用对象不具备那样高的价值。当然与传统电源相比它仍然具有很高的效率，各项指标超过1倍以上。仍属于高功率电源范畴。
二．电路组成
1、处理器
微处理器是采用意法半导体（ST）公司生产的STM32F系列Cortex-M3内核的32位产品。处理器主用来产生基准时钟频率
和各种信号的采集和运算。根据采集到的各种包括键盘输入、运行中的电压、电流、频率、占空比、主元件运行中的温度等信号，
判断电源的工作状态，根据运算结果指挥整个电路完成保护、跟踪调整等工作，并将结果显示在控制面板上。
2、控制电路
控制电路通过两个控制面板完成对电源的控制和参数读取。主控制面板包括5个按键，分别是占空比+、占空比-、频率+、频率-和频率位选择。分别用来调整占空比和频率，其中频率位选择是用来选择调整个位、十位、百位、千位或万位的哪一位来调整，以节约调整时间。副控制面板包括上下两个翻页，分别用来翻阅运行中的电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率等运行参数。
3、显示电路
显示电路通过2个显示面板来显示运行中的参数。主显示面板用来显示运行频率和占空比、副显示面板用来显示运行中的电气参数。
4、整流电路
整流电路是由大功率半导体整流模块组成，把三相交流电变换成直流电，并由电力滤波电容进行滤波，以保证功率输出电路正常工作。
5、脉冲压缩电路
脉冲压缩电路是采用微分电路对从CPU经过分频后得到的
脉冲信号进行压缩整形，得到理想的信号前沿，保证信号质量。
6、驱动电路
驱动电路是采用瑞士CONCEPT 公司原装进口2SD315AI专用IGBT驱动模块。适用于 1200V和1700V耐压的IGBT，具有短路保护和过电流保护，具有极高的可靠性和长使用寿命。能适用恶劣的工作环境。
7、功率输出电路
功率输出电路采用德国Infineon公司生产的IGBT模块组成桥式逆变电路，将整流电路得到的直流电转换成具有频率和占空比可调的高功率脉冲，输出到脉冲变压器或直接作用在负载上。
8、通讯电路
通讯电路采用485通讯模块，可以直接和电脑进行通信，也可以通过发射模块经过移动或网通网络直接与手机通信，用来适时读取电源工作信息和所授权操作。
三．应用
HK系列高功率脉冲电源可以适应绝大多数传统电源所能应用的范围，它比传统电源具有更小的消耗，更多的功能和更长的寿命。下面我们分别针对该电源在臭氧发生器、低温等离子、电絮凝等应用场合进行重点介绍。
1、臭氧发生器
1.1.臭氧的产生
臭氧是氧的同素异形体，是氧气分子吸收能量后被激发为原子状态，再由原子状态还原为氧气过程中产生的一种过度产物，随着时间的推移它最终还要还原为氧气。如果激发一直存在，它
就会一直存在着产生-还原这个不断重复的过程，最后达到平衡状态。这个过程所产生的氧气、臭氧以及空气中的其它气体混合体称任臭氧氧化气体。简称臭氧。大气层中的臭氧是空气中的氧气吸收太阳紫外线能量而激发产生，而臭氧发生器通常是用高能量电场来激发空气中的氧气来产生臭氧。
1.2臭氧发生器基本原理
空气或氧气有预地经过一个人为产生的高压电场，氧气在这里获得足够的能量被激发，就发生了上述“产生-还原”的过程，于是臭氧就被源源不断产生出来。无论是空气还是氧气，最后形成的臭氧化气体都不是纯臭氧，而是一种混合体。因此控制臭氧产生和还原的过程是臭氧发生器效率的关键环节，也是掌控臭氧产生技术的关键所在。各臭氧发生器制造商生产臭氧发生器的水平高低，往往就是对这个关键技术掌控程度的具体体现。
1.3 影响臭氧产生因素
臭氧产生的过程是氧分子和氧原子结合的过程，氧分子可以被源源不断地送到臭氧发生器中，量非常大，因此产生臭氧的决定因素是氧原子的数量。氧分子吸收能量后就会发生离解现象，氧分子会分裂成为氧原子，这个过程可以用e+O2—O+O来表示。其中e表示氧分子吸收的能量，称为氧气的离解能。实验结果显示e=6eV。如果氧原子继续吸收能量，当e大于8.4eV，就会产生电离，失去电子成为离子态，失去氧原子的性质。由此可见当氧分子吸收能量小于6eV，不会发生离解现象，出现不了氧原子，
因此也就不会产生臭氧。当吸收能量大于8.4eV时，氧原子失去应有的性质，当然也不会产生臭氧。因此臭氧产生的效率是如何快速把氧分子离解成氧原子。影响臭氧产生的因素很多，其中高压电场的放电面积大小、通气量的多少、放电环境的温度和湿度等都是关键因素。这些因素一般生产臭氧发生器的厂商都可以通过反复试验得到解决。但这些因素不能影响氧分子的离解效率，影响离解效率的关键因素是电场强度的高低，阻挡介质的类型和放电间隙的大小。但这些因素虽然对离解效果有影响却不是关键因素，真正的决定因素就是臭氧发生器的电源，这就是我们开发的高功率脉冲电源。我们通过电路控制，让臭氧发生器不产生低于6eV和不高于8.4eV能量级别，很显然，低于6eV时，不仅不能离解氧分子，还会白白消耗能量，产生热量加速已经形成的臭氧热分解。而高于8.4eV会消耗大量的氧原子，同时会产生更高的热量而分解已经形成的臭氧。
1.4 高功率脉冲电源应用效果
我们是在一台设计产量为150g/h的传统臭氧发生器上进行的试验，这台臭氧发生器采用直径50mm的石英管作为介质材料，电极是用直径38mm的304不锈钢圆管，电极长度为1100mm，共7个放电单元，放电面积为0.92m2。电源采用变频器改制，工作频率为600Hz，以及空气作为气源，臭氧检测是以碘化钾滴定法和臭氧在线检测仪表同时进行，检测结果为128克/小时。单位面积臭氧产率为140g/m2。
能量损耗为15.1KWh/Kg.O3。换用我们开发的高功率脉冲电源后，检测条件相同的情况下，检测结果是270g/h，单位面积臭氧产
量为293g/m2。能量损耗为10.6KWh/Kg.O3。臭氧产率提高了109%，电量消耗下降了29.8%。这还是在电源、变压器和臭氧发生器都不匹配的情况下检测的结果，理论上可以达到单位臭氧产率
700g/ g/m2。
2、低温等离子体发生器
2.1 低温等离子体
低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质的第四态。当物体吸收能量后，物体将由固态转化成液态，继续吸收能量将转化为气态，如果再继续吸收能量则进入等离子态。等离子态的物体是包括大量吸收能量后被激发的电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。在等离子体中，电子的质量远小于各种离子，很容易被加热，而各种离子的温度却很低，这时的等离子处在不平衡状态，整个等离子处在较低的温度状态，因此又称为低温等离子体。由于低温等离子体是物质被激发后转化成的自由电子，各种带电离子和中性离子的混合体，因此失去了原有物质的性质，并且带有极高的活性。可以迅速氧化和分解还没有被激发为等离子态的其它物质，因此在处理工业废气中有着极佳的处理效果和非常广阔的应用前景。
2.2 高温等离子体
当等离子体大量吸收能量后，使得等离子体内的离子和自由
基温度快速升高，达到和电子相同的温度时，等离子体达到平衡状态，这时的等离子体温度可达到数千甚至上万度的高温，因此处在这种状态下的等离子体又称做高温等离子体，通常被用来热核反应发电、金属切割等领域。
2.3 低温等离子产生
由于低温等离子具有极强的氧化活性，并且可以自身改变性质，因此在工业废气处理过程中是直接让废气吸收能量转化为等离子态，没有被转化的废气也会被已经转化的等离子氧化分解为原子状态，废气分子不复存在。达到完美治理效果。
低温等离子产生过程和臭氧产生过程非常类似，是依靠高能量电场放电来吸收能量。前者是氧分子分解和臭氧合成的过程，后者是废气转化成低温等离子体和等离子氧化分解废气的过程。所不同的是臭氧的气源是空气或氧气，低温等离子的气源就是废气本向。很显然在臭氧发生器也存在着由氧气、氮气和其它气体转化的低温等离子体，这些等离子体也有和臭氧一样甚至更高的氧化能力，同样可以在废气和废水治理中发挥作用，但这些等离子产生在高效的臭氧发生器中被限制了，原因是低温等离子体会破坏已经分解的氧原子，影响了臭氧产生的效率，毕竟臭氧发生器的检测指标是臭氧而不是低温等离子或者两者的总量。
2.4 影响低温等离子产生的因素
和臭氧发生器一样，高压电场的放电面积大小、通气量的多少、放电环境的温度等都是关键因素。和臭氧不同的是湿度不会
对低温等离子子产生影响，在臭氧发生器中，空气或氧气中的水份会被激发成低温等离子，破坏氧原子。而在低温等离子发生器中却增加了等离子的浓度，是件好事。同时湿度的增加会氧化效果。电场强度的高低，阻挡介质的类型和放电间隙的大小。也是影响准备就绪的关键因素。等离子体的产生也是废气分子的离解过程，也是达到废气分子的离解能后才开始产生等离子。所以真正的决定因素还是的电源，控制电源不产生低于离解能以下的电场能量，会大大提高等离子产生效率。与臭氧不同的是它不用控制分子达到电解能量的高限值。
3、电絮凝
3.1电絮凝基本原理
电絮凝的反应原理是以铝、铁等金属为阳极，在直流电的作用下，阳极被溶蚀，产生Al、Fe等离子，在经一系列水解、聚合及亚铁的氧化过程，发展成为各种羟基络合物、多核羟基络合物以至氢氧化物，使废水中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀而分离.同时，带电的污染物颗粒在电场中泳动，其部分电荷被电极中和而促使其脱稳聚沉。
废水进行电解絮凝处理时，不仅对胶态杂质及悬浮杂质有凝聚沉淀作用，而且由于阳极的氧化作用和阴极的还原作用，能去除水中多种污染物。电絮凝是一个复杂的过程，在电场的作用下金属电极产生阳离子在进入水体时包括许多物理化学现象，从离子的产生到形成絮体主要包括四个连续的阶段：
(1)电解氧化电解过程中的氧化作用可以分为直接氧化，即污
染物直接在阳极失去电子而发生氧化；和间接氧化，利用溶液中的电极电势较低的阴离子，例如 OH-、Cl- 在阳极失去电子生成新的较强的氧化剂的活性物质如[O]、[OH]、Cl2 等。利用这些活性物质氧化分解水中的BOD5、COD、NH3-N等。
(2)电解还原电解过程中的还原作用也可以分为两类。一类是直接还原，即污染物直接在阴极上得到电子而发生还原作用。另一类是间接还原，污染物中的阳离子首先在阴极得到电子，使得电解质中高价或低价金属阳离子在阴极得到电子直接被还原为低价阳离子或金属沉淀。
(3) 电解絮凝可溶性阳极如铁铝等，通以直流电后，阳极失去电子，形成金属阳离子Fe2+、Al3+ ，与溶液中的OH-结合生成高活性的絮凝基团，其吸附能力极强，絮凝效果优于普通絮凝剂，利用其吸附架桥和网捕卷扫等作用，可将废水中的污染物质吸附共沉而将其去除。
(4)电解气浮电解气浮是对废水进行电解，水分子电离产生H+和OH-，在电场驱动下定向迁移，并在阴极板和阳极板表面分别析出氢气和氧气。新生成的气泡直径非常微小，氢气泡约为10～30μm，氧气泡约为20～60μm；而加压溶气气浮时产生的气泡直径为100～150μm，机械搅拌时产生的气泡直径为800～1000μm。由此可见，电解产生的气泡捕获杂质微粒的能力比后两者为高，且气泡的分散度高，作为载体粘附水中的悬浮固体而上浮，这样很容易将污染物质去除。电解气浮既可以去除废水中的疏水性污染物，也可以去除废水中
的亲水性污染物。
3.2 影响电絮凝效果的因素
应用电絮凝法有效处理废水，需要解决电极钝化和电解极化等问题，保证电流效率和絮凝效果，控制槽压和能耗。电极钝化主要由阳极溶出产生的金属离子氧化成膜并附着于阳极引起，电解极化则包括浓差极化、电化学极化和金属阳极表面极化。
（1）极板的影响
通常铁电极产生的絮体粒径小、沉淀密实、沉降快，但出水因含Fe3+而显黄色，断电时电极易继续锈蚀。而铝电极产生絮体速度快、无色度生成、絮体颗粒大且吸附能力强，但沉淀松散、沉降缓慢不利于后续处理。常用的极板材料有铁、铝、石墨、铁钛合金，不同的污染物选用不同的电极材料，可查阅相关资料。另外极板间距、流向和极板接线样式（单极或双极）都会影响处理效果。
（2） pH 的影响
废水pH 会影响絮凝剂的生成和除污效率。聚铝或聚铁絮凝剂在较高pH 下吸附架桥能力会更强，混凝效果更好。一般情况下，pH 过低不利于絮凝剂的生成，另一方面，在强碱性条件下，铝或铁的氢氧化物又会溶解，抑制其聚合生成絮凝剂。因此通常电絮凝剂生长适宜的pH 为中性或弱碱性（pH 在 6~8）。然而，pH 还影响污染物和絮凝剂表面电荷的分布，而各种絮凝剂在水中等电位所对应pH 不同，因此pH 的选取还应视具体水质而定。
（3）水中污染物的影响
废水电导率低会增加电絮凝处理时的能耗和导致电极过度极化，降低除污效率和电极寿命。电絮凝技术对于去除由悬浮颗粒引起的高化学需氧量（COD）十分有效，但对于可溶解COD则效果较差。
（4）电流密度的影响
电絮凝过程中极板溶出、絮凝和气浮作用的动力来源于电流，通常电流密度大电絮凝效率就高。然而电流密度过大易引起电极过度极化，加速电极钝化和增加槽压，引起更多的副反应，阳极产生过多的金属阳离子，影响絮凝剂的生成；阴极析氢过多，干扰和削弱絮凝作用。通常电流密度选择在50-80A/m3为宜。
（5）电场施加方式的影响
目前研究有效抑制极板钝化的方法是采用脉冲电流替代直流电流，降低电解极化的方法为极板换相。脉冲电流产生的电解间歇期可使电解出的金属离子与水体中的 OH- 充分反应，生成絮凝剂并随水流迁出电极区，从而减少金属离子氧化成膜的几率。极板换相可周期性更换极化方向，破坏固定极化区域并有效抑制钝化。将直流电源改为脉冲电源对含铬废水进行测试时，脉冲电流的除铬率比直流电流的高6.27%，能耗比直流电流的低65.2%。另外采用脉冲电源后，电极的钝化率会得到极大的改善。
3.3 高功率脉冲电源优点
高压脉冲电絮凝与直流电絮凝相比,由于脉冲周期为脉冲宽度和脉冲间歇之和,通过占空比(脉冲宽度与脉冲周期之比)的调节可以达到不同节能效果。脉冲供电除了可以大大地节约电能之外,高压脉冲
在电极的反应时断时续,有利于扩散,降低浓差极化,增强废水的处理效果。
高功率脉冲电源不仅可以灵活的进行电压调节（调占空比），还可根据需要进行频率调节，适应不同工艺的要求，相比直流电源，有着更高的输出电压（0-600V可调），因此输出电流大大降低，对导线的要求更低，节省了电气成本和安装难度。由于电流的降低，对极板的侵蚀更低，极大的延长了极板的使用寿命。
高功率脉冲电源采用380V电源直接整流，通过逆变电路输出方波的脉冲信号，省去了笨重的整流变压器。极板换相采用直接控制IGBT的方式，省去了换相电路。和前面介绍的臭氧及等离子一样，电絮凝极板之间的电场向电解质传递能量，也是在能量在达到一定的能级之后才产生作用，高功率脉冲电源可以不向电解质传递能级以下的能量，因为这部分能量只能是消耗，并没有起到任何作用。
四、高功率脉冲电源高效原理
不论是臭氧发生器、低温等离子发生器还是电絮凝，我们都提到了不向其传递能级以下的能量的概念。因为这部分能量不起作用，如果说起作用，那就是负能量（不是指电压和电流的正负，而是指负作用特注）。那么在高功率脉冲电源中是如何实现的呢？那就是前面提到的脉冲压缩技术。我们知道，无论是正弦波，三角波还是方波，能量（电压和电流）都是要从零变化到起作用阈值（我们所说的能级），这个变化需要时间。我们称之为脉冲上长时间。同样这个能量（电压和电流）从阈值下降到零这段时间，我们称之为脉冲下降时间，在这
个时间段内显然也是负能量。所谓脉冲压缩实际上就是压缩了这两个时间。这两个时间越短，电源传递出的负能量越少，这才是脉冲电源的技术关键所在。根据我们实际测试，我们研发的高功率脉冲电源的这两个时间都小于300纳秒，目前在电源市场上是没有的。
高功率脉冲电源在有些特定的情况下，能达到其它电源没法完成的特效，有着十分广阔的使用前途。我们还会继续努力，开发出更多更好的产品服务于社会。
山东省环科院环境科技有限公司
2016年3月8日
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
第40卷第8期红外与激光工程2011年8月Vol.40No.8Infrared and Laser Engineering Aug.2011 高精度高重频脉冲激光测距系统 纪荣祎，赵长明，任学成 (北京理工大学光电学院，北京100081) 摘要：在三维激光扫描探测系统中，激光测距的测量重频和测量精度是影响整个系统性能的关键参数。介绍了三维激光扫描探测系统的工作特点，设计了一种以Nios II嵌入式软处理器为核心的高重频、高精度脉冲激光测距系统。通过分析影响测量重频和测距精度的因素，采用双阈值时刻鉴别方法进行计时起止时刻的鉴别，使用TDC-GP2高精度时间间隔测量芯片进行精密计时，设计了基于Nios II嵌入式软处理器的计时控制系统以提高测量重频。实验结果表明：实现了测量重频为20000次/s、测距精度为3cm的激光测距。与传统的单片机控制的计时系统相比,该系统不仅测量重频和测量精度高，且具有更好的可扩展性和灵活性。 关键词：脉冲激光测距；精密时间测量；三维激光扫描；Nios II 中图分类号：TN247文献标志码：A文章编号：1007-2276(2011)08-1461-04 High precision and high frequency pulse laser ranging system Ji Rongyi,Zhao Changming,Ren Xuecheng (School of Photoelectronics,Beijing Institute of Technology,Beijing100081,China) Abstract:In three-dimensional(3D)laser scanning detection system,the measurement repetition rate and measurement precision of laser ranging are the key parameters affecting the performance of the whole system.The work characteristics of3D laser scanning detection system were introduced,and a high repetition rate and high measurement precision pulse laser ranging system based on the Nios II soft-core was designed.According to the analysis of the factors which affected the repetition rate and precision of range measure,the double-threshold time discriminator was adopted to produce timing mark for the start-stop time discrimination,and the TDC-GP2high-precision interval measuring chip was used to achieve high precision on time measure.In addition,the time measure control system based on the Nios II soft-core was designed to improve the measurement repetition rate.Experimental results show that the measurement repetition rate of20000/s and the ranging precision of±3cm are https://www.doczj.com/doc/ff4937544.html,pared with the traditional MCU time measure control system,the designed system owns the advantages of high repetition rate and high measurement precision,furthermore,it is more expandable and flexible. Key words:pulse laser ranging;high precision time measure;3D laser scanning;Nios II 收稿日期：2010-12-18；修订日期：2011-01-17 基金项目：国防科技工业技术基础科研项目(J172009C001) 作者简介：纪荣祎(1984-)，男，博士生，主要从事三维扫描激光探测系统的研究。Email:xiaoxiao8673@https://www.doczj.com/doc/ff4937544.html,。 导师简介：赵长明(1960-)，男，教授，博士生导师，博士，主要从事新型激光器件与技术、光电子信息技术与系统方面的研究工作。 Email:zhaochm1@https://www.doczj.com/doc/ff4937544.html,
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，
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
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.doczj.com/doc/ff4937544.html,。
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。
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
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。
连续或脉冲输出功率可调LD驱动电源设计 LD(激光二极管)不仅具有一般激光器高单色性、高相干性、高方向性和准直性的特点，还具有尺寸小、重量轻、低电压驱动、直接调制等特性，因而广泛应用于国防、科研、医疗、光通信等领域。然而，由于LD 是一种高功率密度并具有极高量子效率的器件，对于电冲击的承受能力差，微小的电流波动将导致光功率输出的极大变化和器件参数的变化，这些变化直接危及器件的安全使用，因而在实际应用中对驱动电源的性能和安全保护有着很高的要求。在驱动电源的设计过程中，同时考虑对LD 进行安全有效保护，如防止浪涌冲击，慢启动等问题。1 电路结构及原理LD 是依靠载流子直接注入而工作的，注入电流的稳定性对激光器的输出有直接、明显的影响，因此，LD 驱动电源需要 为LD 提供一个纹波小，毛刺少的稳恒电流。该LD 驱动电源包括4 部分：基准电压源，恒流源电路，脉冲控制电路，保护电路。结构框图如图1 所示。 1．1 基准电压源电路基准电压源电路构成如图2 所示，其作用是为恒流源电路提供一个高精度，低温漂的电压参考，同时，为电路中的集成电路(如光耦合器、运算放大器、反相器等)提供稳定工作电压。 LM317 是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路，输出电压范 围是1．2～37 V，负载电流最大为1．5 A，使用简单。其工作过程如下：输出电压Vout 通过R1、VQ1，对C2 充电，开始时VQ1 饱和导通，Vout 最低(约1．5 V)。随着C2 上电压的升高，VQ1 逐渐退出饱和并趋于截止，Vout 逐渐升高至额定电压。改变R1、C2 的常数可改变软启动的时间。改变可变电阻R2 的值，可调整输出电压Vout 的值。VD1 用于关机后使C2 上的电荷快速泄放。其输出电压为：1．2 恒流源电路为了实现高的电流稳定度，驱动电路
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.doczj.com/doc/ff4937544.html,整理。
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。
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 .
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
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
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。