一种传输线隔离型直线变压器驱动源制造技术

本发明专利技术涉及一种传输线隔离型直线变压器驱动源，该驱动源包括开关电容初级能源模块、隔离传输线以及感应电压叠加模块；开关电容初级能源模块包括并联设置的M级初级能源箱，每级初级能源箱内并联N个开关电容模块；N个开关电容模块中的所有高电压气体开关均由一路触发信号同步并联触发；感应电压叠加模块包括M级环形感应腔，M级环形感应腔串联设置；每级环形感应腔内均设有磁芯以及N条沿圆周均匀分布的径向传输线；本发明专利技术通过将开关电容初级能源模块和感应电压叠加模块相隔离的方式解决了现有LTD技术里开关置于感应腔中导致的击穿性能降低和维护工作量大的问题，同时也解决了Thor类型装置无法实现电压叠加的问题。

A Driving Source of Transmission Line Isolated Linear Transformer

【技术实现步骤摘要】
一种传输线隔离型直线变压器驱动源
本专利技术属于脉冲功率技术和高电压
，特别涉及一种传输线隔离型直线变压器驱动源。
技术介绍
利用直线变压器驱动源(LinearTransformerDriver，LTD)实现高功率Z-pinch是近年来国际上的前沿研究领域[1]。这是因为相比于传统的脉冲功率技术，LTD技术能通过感应叠加原理输出强流高压快脉冲，而不需耍任何脉冲压缩段。它具有结构紧凑、模块化、高重复频率运行、输出波形可调和容错能力较强等优势。当前LTD的研究以俄罗斯强流电子学研究所(HCEI)和美国圣地亚实验室(SNL)为代表，中、法、英也都同时在进行相应研究。HCEI于2004年研制成功1MA/100kV、上升时间为70ns的LTDZ[3]。在与HCEI的合作下，美国SNL于2010年建成了UrsaMinor装置[4]。该装置采用21级LTD串联，共使用了210个开关和420个电容器，在充电±90kV时在30欧姆负载上实现了2MV的电压输出。同时SNL也引进了HCEI的500kA[5]和1MALTD模块[6]，目前已经建成了5级LTD串联的500kV,1MAMYKKONOSV装置[7]，使用开关数量为200个。法国原子能部CEA建造了10级LTDR装置，在6欧姆的负载上获得了170kA/1.1MV，半高宽92ns的脉冲输出[8]。该装置共使用了160个开关和320个电容器。英国原子能武器研究机构在与HCEI和法国的合作下，研制成功了全空气绝缘的17级LTD装置，以替代其现有的Mevex装置。该LTD使用了34个多级多通道开关，典型输出参数为35kA/800kV[9]。中国工程物理研究院研制成了10级串联的LTD装置，共使用100个开关和200个电容器。该装置在充电±85kV时，负载电流约为116kA，电压约为1.1MV，电压前沿约为53ns，脉宽为146ns[10]。西北核技术研究所从2000年开始，先后研制了300kA/100ns、700kA/140ns、800kA/100ns的LTD模块。于2013年研制成功了7级LTDR串联装置以及计算机控制的去磁、充电、触发、开关换气等附属系统[11]。该装置共使用168个开关和336个电容器。在LTD装置中高电压气体开关是决定其稳定性和寿命的关键单元。现有的LTD技术方案中，开关均密封于感应腔体内，对于开关的维护需要将几乎整个装置拆开，其维护成本非常高。单只性能优异的高压开关寿命在数万次量级，并且在放入LTD封闭的金属腔体后由于复杂的边界条件变化，其击穿性能也会降低，无法达到其开放条件下的测试性能。当前已经和正在建设的绝大部分LTD装置开关数量均在500只以下。然而，目以美国SNL设计的Z-pinch惯性约束聚变驱动源为例：该方案计划采用210路LTD并联，每路60个1MALTD模块串联，每个LTD模块包含40个开关，峰值电压电流分别为24MV，68MA。据此计算，用于核聚变驱动的LTD装置开关规模将达到50万只以上。这比现有的技术水平在开关数量的要求上提升了3个数量级以上，如此大规模的开关同步、触发以及维护对系统的稳定性造成了极大的挑战。SNL于2015年提出了一种新型的大电流源Thor用于材料物理实验[12]。该装置使用200kV传输线使288个初级电容器产生的电流并联馈入到负载上，依靠大电流电动力产生100GPa的压强。Thor的这种初级电源与电流汇聚单元隔离的特点虽然是为了提升电流大小而设计的但是也带来了初级电容、开关与次级负载相隔离的优点，使得开关可以方便的统一维护。然而，虽然Thor装置可以使初级电流并联产生大电流但是它不具备电压叠加的能力。其负载输出电压在100kV左右，无法达到惯性约束聚变数MV的电压要求。以上引用的参考文献如下：【1】StygarWA,CuneoME,HeadleyDI,etal.Architectureofpetawatt-classz-pinchaccelerators[J].PhysicalReviewSpecialTopics-AcceleratorsandBeams,2007,10(3):030401.【2】WoodworthJR,FowlerWE,StoltzfusBS,etal.Compact810kAlineartransformerdrivercavity[J].PhysicalReviewSpecialTopics-AcceleratorsandBeams,2011,14(4):040401.【3】KimAA,BastrikovAN,VolkovSN,etal.100GWfastLTDstage[C]//Proc.13thInt.Symp.HighCurrentElectron.2004:141-144.【4】LeckbeeJ,CordovaS,OliverB,etal.Lineartransformerdriver(LTD)researchforradiographicapplications[C]//PulsedPowerConference(PPC),2011IEEE.IEEE,2011:614-618.【5】MazarakisMG,FowlerWE,KimAA,etal.Highcurrent,0.5-MA,fast,100-ns,lineartransformerdriverexperiments[J].PhysicalReviewSpecialTopics-AcceleratorsandBeams,2009,12(5):050401.【6】MazarakisMG,FowlerWE,LeChienKL,etal.High-currentlineartransformerdriverdevelopmentatSandiaNationalLaboratories[J].IEEETransactionsonPlasmaScience,2010,38(4):704-713.【7】MazarakisMG,CuneoME,FowlerWE,etal.Zdriverpost-holeconvolutestudiesutilizingMYKONOS-Vvoltageadder[C]//PulsedPowerConference(PPC),201319thIEEE.IEEE,2013:1-7.【8】BayolF,CubaynesF,DelplanqueR,etal.Developmentofa1MVultra-fastLTDgenerator[C]//PulsedPowerConference(PPC),2011IEEE.IEEE,2011:619-624.【9】BayolF,CalvignacJ,DelplanqueR,etal.Developmentandtestofa～800kV,～35kAairinsulatedLTDpulserforradiographyapplication[C]//PulsedPowerConference(PPC),2015IEEE.IEEE,2015:1-6.【10】陈林,王勐,邹文康,等.中物院快脉冲直线型变压器驱动源技术研究进展[J].高电压技术,201本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传输线隔离型直线变压器驱动源，其特征在于：包括开关电容初级能源模块、隔离传输线以及感应电压叠加模块；所述开关电容初级能源模块包括并联设置的M级初级能源箱，每级初级能源箱内并联N个开关电容模块；每个开关电容模块均包括第一电容器、第二电容器以及一个高电压气体开关；高电压气体开关位于第一电容器、第二电容器之间；N个开关电容模块中的所有高电压气体开关均由一路触发信号同步并联触发；感应电压叠加模块包括M级环形感应腔，M级环形感应腔串联设置；每级环形感应腔内均设有磁芯以及N条沿圆周均匀分布的径向传输线；第K初级能源箱中的N个开关电容模块分别通过N条隔离传输线与第K级环形感应腔内的N条径向传输线一端相连，N条径向传输线的另一端均与所述环形感应腔的内壁相连。

【技术特征摘要】
1.一种传输线隔离型直线变压器驱动源，其特征在于：包括开关电容初级能源模块、隔离传输线以及感应电压叠加模块；所述开关电容初级能源模块包括并联设置的M级初级能源箱，每级初级能源箱内并联N个开关电容模块；每个开关电容模块均包括第一电容器、第二电容器以及一个高电压气体开关；高电压气体开关位于第一电容器、第二电容器之间；N个开关电容模块中的所有高电压气体开关均由一路触发信号同步并联触发；感应电压叠加模块包括M级环形感应腔，M级环形感应腔串联设置；每级环形感应腔内均设有磁芯以及N条沿圆周均匀分布的径向传输线；第K初级能源箱中的N个开关电容模块分别通过N条隔离传输线与第K级环形感应腔内的N条径向传输线一端相连，N条径向传输线的另一端均与所述环形感应腔的内壁相连。2.根据权利要求1所述的传输线隔离型直线变压器驱动源，其特征在于：第一电容器的一侧电极与所述初级能源箱的箱体内壁连接，另一侧电极与高电压气体开关连接；第二电容器一侧电极与所述高电压气体开关连接，另一侧电极与隔离传输线连接。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：张江华，呼义翔，殷科，杨杰，郑鑫，王振宇，尤杰，徐馥芳，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11