一种带均流互感器的长脉宽大电流脉冲电源装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种带均流互感器的长脉宽大电流脉冲电源装置，包括：充电单元、控制监测单元、n个储能单元，第一组晶闸管开关、第二组晶闸管开关、第一避雷器、第二避雷器、均流互感器、汇流母排、m个调波电感；均流互感器包括两个相互耦合的空心线圈绕组，记做第一绕组、第二绕组，两个绕组都有一端与汇流母排连接，第一绕组的另一端通过第一组晶闸管开关连接至储能单元的高压端，第二绕组的另一端通过第二组晶闸管开关连接至储能单元的高压端，第一和第二绕组的通流励磁电感值相等，电磁耦合关系为异名端相连；储能单元的低压端接地；汇流母排的输出端并联连接m路调波电感，每路调波电感连接一路氙灯支路，为氙灯提供长脉宽大电流。

Long pulse broad current pulse power supply device with current sharing transformer

The invention discloses a wide band long pulse current transformer current pulse power supply device comprises a charging control unit, monitoring unit, a n storage unit, the first group of second groups of thyristor switch, the thyristor switch, the first lightning arrester, lightning arrester, second current transformer, bus bus m, a harmonic inductance; flow transformer comprises two coupled hollow coil winding, the first winding and second winding down, two windings are connected at one end and the other end junction bus, high voltage side winding of the first switch is connected to the storage unit through the first set of thyristor, the other end pressure at the end of the second winding switch connected to the storage unit through the second groups of thyristor, the first and the second winding current excitation inductance equal, electromagnetic coupling is connected to low end synonyms; storage unit grounding; convergence The output end of parallel bus connecting the m road harmonic inductance, each harmonic inductance is connected with a xenon lamp Road branch, provide long pulse width current of xenon lamp.

【技术实现步骤摘要】
一种带均流互感器的长脉宽大电流脉冲电源装置
本专利技术属于脉冲功率技术、高电压技术、强激光技术和电力电子技术的交叉复合领域，更具体地，涉及一种带均流互感器的长脉宽大电流脉冲电源装置。
技术介绍
用于大型高功率激光器的强激光技术需要使用大尺寸高压氙灯，其长度往往在1000mm以上，内部气压也很高。这时，氙灯激励需要一个能提供强大功率的脉冲泵浦电源。例如，在激光惯性约束聚变的前级泵浦能源中，单台电源系统需要为数十支串并联的大尺寸氙灯提供兆焦级的脉冲激励能量，电源中单个开关的能量传递能力要达到数吉瓦(109W)峰值功率、数百千安(105A)峰值电流、数百微秒(10-6s)脉冲宽度的水平。开关器件是脉冲功率电源中的重要器件，因为开关器件的性能会直接影响到输出脉冲波的上升时间、幅值等参数。高能脉冲开关要求响应快、损耗小、承受电压高、传导电流大、稳定性高、电感低、工作电压调节方便、结构简单坚固、寿命长、造价经济等特点。目前主流的脉冲功率开关器件是气体间隙类开关(包括低气压的真空开关)和固体半导体开关两大类。气体间隙类开关单体耐高压能力、通流能力、抗负载故障能力都很强，造价也很低廉，但缺点是触发电路复杂、寿命有限、维护工作量较大、长期使用的经济性较差。固体半导体开关的优缺点正好与之相反。特别是由于目前半导体器件单体的工作电压、工作电流都很有限，因此不得不将多个单体开关串联或并联起来以实现耐高压和大通流能力。大功率半导体可控硅晶闸管就是这类开关的典型代表。目前已知6英寸半导体可控硅晶闸管单体阀片，耐压6.5kV，通流峰值能力330kA，5英寸半导体可控硅晶闸管单体阀片，耐压6.5kV，通流峰值能力280kA，4英寸半导体可控硅晶闸管单体阀片，耐压6.0kV，通流峰值能力200kA。随着半导体晶元的直径减小，单体阀片价格也会指数下降，工艺可靠性则会指数上升。假设某型氙灯激励型高能激光器的脉冲电源需要实现500kA通流峰值能力，储能电容的工作电压(即开关两端工作电压)30kV，则理论上至少需要8～10只5英寸或6英寸半导体可控硅晶闸管单体阀片串联实现开关耐压，两组如此串联起来的晶闸管组件再并联起来实现开关通流。虽然串联半导体开关可以耐高压，并联半导体开关可以提高通流能力，但由于多个半导体器件开通时间的略微差异会导致电压和电流瞬态分配不均，因此，串联晶闸管组件必须配合均压电路(或措施)，并联晶闸管组件之间必须采用均流电路(或措施)。在目前已知的各种并联晶闸管均流措施中，除了采用门极强触发、选择开通时间参数基本一致的晶闸管来构成并联组件这类器件性能相关的措施外，利用外部电路强迫均流也是可选的措施。脉冲电源的瞬态均流适宜采用均流互感器。均流互感器的两个绕组分别接在相邻的两个并联支路中，相互耦合。由于两支路电流的一路由同名端进入，另一路由异名端进入，故极性相反。如两支路的电流不等，就会感应出一个电势，使原来支路电流小的增大，而原来电流大的减小，以达到均流的目的。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种带均流互感器的长脉宽大电流脉冲电源装置，旨在解决当脉冲电源输出电流大于晶闸管开关耐受电流值而必须并联使用两组晶闸管开关时，安全可靠实现均流从而使得脉冲电源输出更大电流的技术问题。本专利技术提供了一种带均流互感器的长脉宽大电流脉冲电源装置，包括：充电单元、控制监测单元、n个相互并联连接的储能单元，第一组晶闸管开关K1、第二组晶闸管开关K2、均流互感器、汇流母排、m路并联连接的调波电感；所述均流互感器包括第一绕组、第二绕组，第一绕组的一端和第二绕组的一端都与汇流母排连接，第一绕组的另一端通过第一组晶闸管开关连接至储能单元的高压端，第二绕组的另一端通过第二组晶闸管开关连接至储能单元的高压端，储能单元的低压端接地；充电单元用于根据充电控制信号对储能单元进行充电；控制监测单元用于为所述充电单元提供所述充电控制信号，并为所述第一组晶闸管开关K1和所述第二组晶闸管开关K2提供同步触发信号；汇流母排的输出端并联连接m路调波电感，每路调波电感另一端作为长脉宽大电流脉冲电源装置的电流输出端用于为氙灯提供长脉宽大电流；m、n均为正整数。均流互感器有两个相互耦合的空心线圈绕组，每个绕组2个端子，共有4个端子，按照电流流入和流出方向分别定义为第一绕组的电流流入端、第一绕组的电流流出端、第二绕组的电流流入端、第二绕组的电流流出端。根据电磁耦合原理的规定，第一、第二绕组的电流流入端互为同名端，第一、第二绕组的电流流出端也互为同名端；第一绕组的电流流入端与第二绕组的电流流出端互为异名端，第一绕组的电流流出端与第二绕组的电流流入端也互为异名端。就物理连接关系看，均流互感器第一绕组的一端和第二绕组的一端都与汇流母排连接，第一绕组的另一端通过第一组晶闸管开关连接至储能单元的高压端，第二绕组的另一端通过第二组晶闸管开关连接至储能单元的高压端。就电磁耦合关系看，均流互感器的第一绕组和第二绕组，必须满足两者励磁电感值相等，电磁耦合关系为异名端相连到汇流母排上，使得第一绕组的电流流入-流出方向和第二绕组中的电流流入-流出方向正好相反，通过电流时形成的感应电动势方向也相反。这样做的好处是，当两支路的晶闸管开关由于导通时延差异，开关导通存在先后时，通流初始阶段两个开关上的电流不相等，电流较小支路的互感器绕组上就会感应出一个电势，迫使电流较小支路的电流增大，而电流较大支路的互感器绕组上就会感应出一个方向相反的电势，迫使电流较大支路的电流减小，直至两条支路上的电流趋于相等，当两条晶闸管开关所在支路电流基本相等时，均流互感器两个绕组上的感应电势大小相等，方向相反，正好相互抵消，从而以达到平衡两条支路电流的目的，同时先导通的晶闸管由于电流被抑制，其通态电流上升率(di/dt)也被迫减小，从而避免了瞬态过流和di/dt过大，有利于晶闸管额定参数内的安全运行。极端情况下，即便两支路的晶闸管开关只有一路导通，另一路导通失败，放电电流完全由一只晶闸管开关承担，此时均流互感器只有一边的线圈绕组通过电流，此时相当于在回路中引入了较大的绕组励磁电感，根据电路原理可知，脉冲电源输出波形的脉宽会显著变长，波形严重畸变，但流过导通晶闸管开关的电流幅值和di/dt仍然被抑制。更进一步地，储能单元包括：依次串联连接的电容和保护阻抗器，所述电容用于储存能量，所述保护阻抗器用于在电容击穿后释放能量。更进一步地，保护阻抗器包括：依次串联连接的电感和电阻；所述电感的非串联连接端与所述电容连接，所述电阻的非串联连接端与所述第一组晶闸管开关K1连接。更进一步地，还包括：与所述第一组晶闸管开关K1并联连接的第一避雷器T1和与所述第二组晶闸管开关K2并联连接的第二避雷器T2。更进一步地，调波电感的输出端通过电缆与氙灯连接。更进一步地，m个调波电感成环形等间距布置。这是因为，根据电磁耦合原理，调波电感之间存在耦合作用，环形等间距布置的调波电感能够平衡调波电感之间相互的耦合作用，使流过调波电感支路的电流更加均衡。更进一步地，第一组晶闸管开关K1与所述第二组晶闸管开关K2沿着所述均流互感器的中心轴对称布置；n/2个储能单元布置在所述第一组晶闸管开关K1侧，另n/2个储能单元布置在所述第二组晶闸管开关K2侧，使得储本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带均流互感器的长脉宽大电流脉冲电源装置，其特征在于，包括：充电单元、控制监测单元、n个相互并联连接的储能单元，第一组晶闸管开关K1、第二组晶闸管开关K2、第一避雷器T1、第二避雷器T2、均流互感器、汇流母排、m路并联连接的调波电感；所述第一组晶闸管开关K1并联连接第一避雷器T1，所述第二组晶闸管开关K2并联连接第二避雷器T2；所述均流互感器包括第一绕组、第二绕组，所述第一绕组的一端和第二绕组的一端都与汇流母排连接，第一绕组的另一端通过第一组晶闸管开关连接至储能单元的高压端，第二绕组的另一端通过第二组晶闸管开关连接至储能单元的高压端，储能单元的低压端接地；所述均流互感器的第一绕组和第二绕组，两者励磁电感值相等，电磁耦合关系为异名端相连，即满足第一绕组和第二绕组中的电流方向相反，通过电流时形成的感应电动势方向也相反；充电单元用于根据充电控制信号对储能单元进行充电；控制监测单元用于为所述充电单元提供所述充电控制信号，并为所述第一组晶闸管开关K1和所述第二组晶闸管开关K2提供同步触发信号；汇流母排的输出端并联连接m路调波电感，每路调波电感另一端作为长脉宽大电流脉冲电源装置的电流输出端用于为氙灯提供长脉宽大电流。m、n均为正整数。...

【技术特征摘要】
1.一种带均流互感器的长脉宽大电流脉冲电源装置，其特征在于，包括：充电单元、控制监测单元、n个相互并联连接的储能单元，第一组晶闸管开关K1、第二组晶闸管开关K2、第一避雷器T1、第二避雷器T2、均流互感器、汇流母排、m路并联连接的调波电感；所述第一组晶闸管开关K1并联连接第一避雷器T1，所述第二组晶闸管开关K2并联连接第二避雷器T2；所述均流互感器包括第一绕组、第二绕组，所述第一绕组的一端和第二绕组的一端都与汇流母排连接，第一绕组的另一端通过第一组晶闸管开关连接至储能单元的高压端，第二绕组的另一端通过第二组晶闸管开关连接至储能单元的高压端，储能单元的低压端接地；所述均流互感器的第一绕组和第二绕组，两者励磁电感值相等，电磁耦合关系为异名端相连，即满足第一绕组和第二绕组中的电流方向相反，通过电流时形成的感应电动势方向也相反；充电单元用于根据充电控制信号对储能单元进行充电；控制监测单元用于为所述充电单元提供所述充电控制信号，并为所述第一组晶闸管开关K1和所述第二组晶闸管开关K2提供同步触发信号；汇流母排的输出端并联连接m路调波电感，每路调波电感另一端作为长脉宽大电流脉冲电源装置的电流输...

【专利技术属性】
技术研发人员：李黎，熊佳明，潘垣，戴宏宇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42