本发明专利技术公布了一种电缆传输多模块汇流强脉冲电流装置，由数十个低电感电容器/放电开关/电容器模块并联组成，通过数百根低阻抗高电压同轴电缆并联传输至电缆过渡转接器件，通过该电缆过渡转接器件将数百根传输电缆过渡为数十根陶瓷高压电缆连接件，将装置能量传输进入实验真空靶室。本发明专利技术因负载的不同，可产生幅值2-3MA，上升时间600-800ns强脉冲电流，可进行金属丝的电爆炸产生强X射线辐射源、金属丝电爆炸纳米颗粒材料的制备、或电磁驱动平面斜波加载材料动力学行为研究。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公布了一种电缆传输多模块汇流强脉冲电流装置，由数十个低电感电容器/放电开关/电容器模块并联组成，通过数百根低阻抗高电压同轴电缆并联传输至电缆过渡转接器件，通过该电缆过渡转接器件将数百根传输电缆过渡为数十根陶瓷高压电缆连接件，将装置能量传输进入实验真空靶室。本专利技术因负载的不同，可产生幅值2-3MA，上升时间600-800ns强脉冲电流，可进行金属丝的电爆炸产生强X射线辐射源、金属丝电爆炸纳米颗粒材料的制备、或电磁驱动平面斜波加载材料动力学行为研究。【专利说明】一种电缆传输多模块汇流的强脉冲电流装置
本专利技术涉及脉冲功率技术、动高压科学与
，具体是指一种电缆传输多模 块汇流的强脉冲电流装置。
技术介绍
数兆安培甚至数十兆安培的强脉冲电流装置在材料科学领域的应用研究越来越 广泛，主要应用于纳米金属材料的制备、动态载荷下材料的动力学行为研究，也可应用于金 属丝阵内爆产生强X射线辐射、金属固体套筒内爆产生强磁压力斜波或冲击柱面压缩材料 样品，获得高压力、高温度的极端条件，研究该状态下材料的物理力学性质。 目前，国际上研制这类可重复使用的强脉冲电流装置的技术路线主要有两条路 线，一条是多条介质脉冲形成传输线接续放电的大型装置，例如美国圣地亚实验室的Z机 器，中国工程物理研究院流体物理研究所的PTS装置。这类装置的特点是装置工作电压高， 达数百万伏特（3-6MV);放电电流大，为10兆安培至数十兆安培；负载的特性阻抗大，为电 阻数百毫欧姆，电感数十纳亨利；装置体积大，占地直径数十米（30至60米)。第二条是低 电感电容器组并联、平行板传输放电的紧凑型装置，例如美国圣地亚实验室的VEL0CE、法国 原子研究中心的GEPI、中国工程物理研究院流体物理研究所的CQ-4装置。这类装置的特点 是工作电压低，通常在l〇〇kV及以下；放电电流中等，为数兆安培；负载的特性阻抗小，为电 阻数毫欧姆，电感数纳亨利。这两类装置在材料科学、动高压物理、高能量密度物理等学科 领域应用广泛。 上述的传输装置均存在较为明显的缺陷：回路电感、回路电阻较高，同时实验装置 的真空度较低，漏率较高，汇流不均匀导致驱动力的不均匀。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电缆传输多模块汇流的强脉冲电流装置，解决目前的 实验装置存在的回路电感、回路电阻较高的问题，达到实现回路低电感、低电阻的阻抗特 性，获取峰值数兆安培、上升时间数百纳秒的强脉冲电流的目的。 本专利技术的目的通过下述技术方案实现： 一种电缆传输多模块汇流的强脉冲电流装置，包括多组并联的放电开关/电容器模 块，多组放电开关/电容器模块并联后通过低阻抗高压的同轴电缆连接至电缆过度转接 器，电缆过渡转接器件通过陶瓷高压电缆连接件与真空靶室连接。本专利技术采用多个低电感 电容器/放电开关/电容器模块并联组成，然后通过数百根低阻抗高电压同轴电缆并联传 输至电缆过渡转接器件，通过该电缆过渡转接器件将数百根传输电缆过渡为数十根陶瓷高 压电缆连接件，将装置能量传输进入实验真空靶室，因负载的不同，在该真空靶室中可进行 金属丝的电爆炸产生强X射线辐射源、金属丝电爆炸纳米颗粒材料的制备、或电磁驱动平 面斜波加载材料动力学行为研究。该强脉冲电流装置的特点是整个回路低阻抗即低电感和 低电阻，整个回路电感约1〇ηΗ，电阻2-4mW。为了实现装置回路的低阻抗设计，本装置采取 低阻抗器件多路并联汇流的设计思路；同时为便于装置靶室抽取真空，装置能量传输采用 特殊设计的低阻抗高压同轴电缆进行，装置储能部分输出的传输电缆达到二百余根，并联 使用，以降低传输部分的阻抗；为便于传输电缆进入靶室，采用电缆过渡转接器件将数百根 电缆转接过渡至数十根进入靶室；为解决靶室的密封问题，实现高真空度，进入靶室的传输 电缆转接件为专门设计的低阻抗陶瓷高压电缆连接件，该陶瓷连接件可承受50kV以上高 电压，漏率不大于NlOMpaXmVs。工作时，用高压功率源给装置的储能电容器充电至实现 预设的电压60-100kV，然后多路输出的高压脉冲触发器输出100-120kV的脉冲电压，触发 装置的放电开关，放电开关导通，装置储存在电容器的能量瞬间：亚微秒至微秒释放，通过 低阻抗高压电缆传输给位于真空靶室内的负载如短路平行板电极、丝阵、金属套筒等，实现 预定的研究目标。 所述的放电开关/电容器模块包括模块支架，在模块支架上安装有多个储能电容 器，在储能电容器上安装有三电极场畸变放电开关、以及接地保护电阻。三电极场畸变开关 主要用于实验前隔离装置储能组件与传输线路，以及工作过程中将装置储能释放给负载。 接地保护电阻用于泄放传输电缆中的残余电荷，以保护操作人员安全。 三电极场畸变放电开关包括安装在储能电容器上的电容器高压电极转接件、套装 在电容器高压电极转接件上的开关高压电极、套装在开关高压电极外侧的开关绝缘筒，开 关绝缘筒安装在开关地金属筒上，开关绝缘筒内设置有一个凸台，在该凸台上安装有开关 地电极圈，在开关地电极圈上通过开关金属地盖板固定安装有一个开关绝缘子，开关绝缘 子上设置有一个与开关地电极圈的接口环相匹配的输出电缆连接通道，在开关地电极圈内 侧安装有一个开关地电极片，在开关绝缘子的中部下方安装有一个开关触发电极，开关高 压电极、触发电极和地电极成同轴状，触发电极位于开关高压电极和地电极之间距离地电 极的三分之一位置处，未施加外触发电压时，开关处于断开状态；当施加幅值达lOOkV且极 性与储能电容器充电电压相反的触发电压时，由于电场畸变导致开关导通放电。电容器的 额定电压120kv、工作电压60-100kV ;电缆输出放电开关工作介质为干燥空气，充气气压不 大于0. 5MPa，工作电压60-100kV，工作时由极性与电容器组充电电压相反的快上升率、高 脉冲电压触发放电，开关电缆输出通道注满绝缘变压器油，用于防止放电时的沿面闪络。该 场畸变放电开关的工作原理为：当储能脉冲电容器充负极性电压U0,放电开关高压电极的 电位也为U0,触发电极位于高压电极和输出地电极的1/3位置处，储能脉冲电容器充电的 同时给触发电极一个1/3电位，因此触发电极的电位为U0/3,当高压脉冲发生器给一正脉 冲电压U时，将高压脉冲触发器和触发电极之间的隔离间隙触发击穿后，触发电极开路形 成全反射得到-4U0/3的脉冲，因此高压电极和触发电极之间的电压会变为7U0/3,触发电 极和输出地电极之间的电压会变为4 U0/3,两个电极之间的电场同时发生畸变，使开关迅 速导通放电。 所述的同轴电缆包括由内而外依次套装的同轴电缆填充芯、同轴电缆内导体、同 轴电缆内半导电层，同轴电缆聚乙烯内绝缘、同轴电缆聚四氟乙烯及聚酯带、同轴电缆聚 乙烯外绝缘层、同轴电缆外半导电层、同轴电缆外导体、同轴电缆聚乙烯护套。该同轴电缆 主要用于传输装置能量，设计要求为低阻抗、承受高电压直流120kV和大电流50kA-100kA， 为实现上述设计指标，特设计如此多层的同轴结构，中心高压电极和外部地电极均设计成 空心圆柱状，并各与一层半导电层复合，以进一步降低同轴结构之间的半径比，进而降低电 缆的电感。 所述的陶瓷高压电缆连接件本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电缆传输多模块汇流的强脉冲电流装置，包括多组并联的放电开关/电容器模块，其特征在于：多组放电开关/电容器模块并联后通过低阻抗高压的同轴电缆（5）连接至电缆过度转接器（7），电缆过渡转接器件（7）通过陶瓷高压电缆连接件（11）与真空靶室连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王桂吉，陈学秒，赵剑衡，孙承纬，谭福利，吴刚，张旭平，罗斌强，蔡进涛，种涛，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51
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