一种Tesla变压器型脉冲功率源的输出电压调节方法技术

本发明专利技术涉及一种Tesla变压器型脉冲功率源的输出电压调节方法。该方法能够直接由输出电压设定值确立初级供电电压和气体开关触发装置的时间延迟值，实现了在初级供电电压变化的情况下自动保持Tesla变压器输出电压的稳定性。其主要步骤如下：1、在控制器中写入Tesla变压器的参数；2、控制器检测初级供电提供的电压；3、计算初级供电中为Tesla变压器充电的触发信号与控制气体开关的触发装置触发气体开关的触发信号之间的时间延迟值；4、初级供电为Tesla变压器充电，并根据时间延迟值去触发气体主开关，输出实际电压；5、判断实际输出电压是否安全；6、按照步骤2‑5以重复频率运行Tesla变压器型脉冲功率源，直至控制器发出停止指令。

【技术实现步骤摘要】
一种Tesla变压器型脉冲功率源的输出电压调节方法
本专利技术涉及一种脉冲功率源控制技术，特别是涉及一种Tesla变压器型脉冲功率源的输出电压调节方法。
技术介绍
Tesla变压器型脉冲功率源是利用带磁芯的Tesla变压器给同轴脉冲形成线充电，形成线充电完成后通过气体主开关对作为负载的电子束二极管进行放电的脉冲功率设备，其工作电压通常为几百千伏到接近2兆伏。为了获得较为稳定的输出，其气体开关一般都有触发装置。Tesla变压器型脉冲功率源调节输出电压的方式有两种，一种是通过调整初级供电的电压来调节脉冲功率源的输出电压，或者通过调整气体主开关的触发装置的触发延时来调节输出脉冲功率源的输出电压，为了达到设定的输出电压，通常采用尝试法或者经验数据来完成。当Tesla变压器型脉冲功率源工作重复频率状态时，通常的做法是固定初级供电的电压和气体主开关的触发装置的触发延时，如果初级供电电压没有变化时，可以达到较好的稳定输出效果。但是，如果初级供电电压的精度较低或者初级供电出现不稳定的时候，这种固定参数的方法就无法保证脉冲功率源输出电压的稳定。目前调节脉冲功率源的输出电压的方法主要通过经验数据来确定初级供电电压和气体开关触发装置的时间延迟值，这种方式会导致当初级供电不稳定时，很难提供稳定的输出电压。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供一种Tesla变压器型脉冲功率源的输出电压调节方法，解决了目前在脉冲功率源输出电压的过程中，只能依靠经验数据或尝试法来确定Tesla变压器型脉冲功率源的初级供电电压和气体开关触发装置的时间延迟值，从而导致初级供电不稳定的情况下无法保持输出电压稳定性的问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用的具体技术方案是：本专利技术提供了一种Tesla变压器型脉冲功率源的输出电压调节方法，其中，采用的Tesla变压器型脉冲功率源包括初级供电、Tesla变压器、气体主开关、气体主开关的触发装置以及控制器，具体的控制过程包括如下步骤：步骤1：在控制器中写入Tesla变压器的参数，所述Tesla变压器的参数包括：初级电容Cp，次级电容Cs，磁化电感Lm，漏电感Lk，Tesla变压器的升压系数N，设置期望达到的输出电压值Uset，并给出初级供电的电压安全范围；步骤2：控制器检测初级供电提供的电压U1，如果超出步骤1所述的安全范围，进行报警，控制结束；如果未超出步骤1所述的安全范围，则执行步骤3；步骤3：控制器根据步骤2检测到的初级供电的电压值U1和步骤1中设定的输出电压值Uset，计算初级供电中为Tesla变压器充电的触发信号与控制气体开关的触发装置触发气体开关的触发信号之间的时间延迟值t，具体采用的计算公式如下：其中，Uset(t)＝ρ0(cosω1t-cosω2t)×U1；C1＝Cp，C2＝N2Cs，L1＝Lm，L2＝Lk；步骤4：初级供电为Tesla变压器充电，并根据步骤3中得到的时间延迟值t进行时间延迟，然后去控制气体主开关触发装置去触发气体主开关，输出实际电压；步骤5：对实际输出电压值与步骤1中期望达到的输出电压值进行比较，若满足输出安全电压误差范围，保存该实际输出电压值，并执行步骤6，否则报警停机；步骤6：按照步骤2-5以重复频率运行Tesla变压器型脉冲功率源，直至控制器发出停止指令。进一步地，上述初级供电的电压安全范围中上限电压值Umax为初级供电的最高电压，下限电压至满足进一步地，上述输出安全电压误差范围±5％Uset。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的Tesla变压器型脉冲功率源的输出电压调节方法，能够直接由输出电压设定值确立初级供电电压和气体开关触发装置的时间延迟值，实现了在初级供电电压变化的情况下自动保持Tesla变压器输出电压的稳定性。附图说明图1为Tesla变压器型脉冲功率源原理框图；图2是Tesla变压器型脉冲功率源的工作时序波形图；图3是Tesla变压器的电路原理图；图4是图3的等效电路图；图5是利用PSpice软件得到仿真波形和公式推导的波形的对比图。附图中各部件的标记如下：1、初级供电；2、Tesla变压器；3、气体主开关；3-1、气体开关的触发装置；4、控制器。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。请参阅图1，Tesla变压器型脉冲功率源的原理结构，包括初级供电1，Tesla变压器2、气体主开关3、气体主开关的触发装置3-1以及控制器4；气体开关为可触发的高压开关，开关腔体充13个大气压的氮气，气体主开关的触发装置可以接收控制器的控制来实时触发气体开关，如图2所示，从触发装置被触发到气体开关导通存在时间延迟TD2；用来产生相对论电子束；该Tesla变压器型脉冲功率源的工作时序和波形如图2所示，控制器能够采集初级供电中初级电容的电压，能够控制初级供电为Tesla变压器充电(触发信号为Smain)，也能够控制气体主开关的触发装置触发气体主开关(触发信号为Strig，相对于Smain的时间延迟为TD1)，气体主开关被触发后(相对于Strig的时间延迟为TD2)即可输出高电压Uset，如果气体主开关没有导通，波形如图2中虚线所示。本专利技术的方法主要的技术基础是建立Tesla变压器的简化电路，进而建立该简化电路的近似公式，利用近似公式就可以确定初级供电的电压、气体主开关的触发装置的触发延时值与输出电压的关系。Tesla变压器的等效电路见图3所示，其中主要的四个参数为：Cp为初级电容，Cs为次级电容，Lp为初级漏感，Ls为次级漏感，Tr1为Tesla变压器。Cp上的初始电压为U0，其余三个元件的初始值为零，当变压器工作时，Cp会通过变压器给Cs充电，在应用中需要求解电容Cs上的电压Us，如图2所示，由于Tesla变压器充电只工作在波形的下降沿上，因此其充电电压的绝对值是随时间单调增加的。如图4所示的四阶LCLC电路形式来等效图3中的Tesla变压器电路，其中，C1为初级电容，C2为次级电容Cs等效到初级的电容，L1为初级漏感加上次级漏感等效到初级的电感，L2为励磁电感。C1上的初始电压为U0，当变压器工作时，C1会给C2充电，C1上的初始电压同样为U0，C2上的最终充电电压为U2，U2的波形与Us的波形一致，把U2乘以Tesla变压器的升压系数即得到电容Cs上的电压Us。简化电路与等效电路之间参数关系为：C1＝Cp，C2＝N2Cs，L1＝Lm，L2＝Lk在进行理论推导和一些近似后，我们用公式来表示电压U2，U2(t)＝ρ0(cosω1t-cosω2t)×U0(1)式中，用PSpice软件对图4所示的四阶LCLC电路进行了仿真，与近似公式的结果进行了对比，结果如图5所示，电压的差别小于2％，近似公式经本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Tesla变压器型脉冲功率源的输出电压调节方法，其中，采用的Tesla变压器型脉冲功率源包括初级供电、Tesla变压器、气体主开关、气体主开关的触发装置以及控制器，其特征在于：/n具体的控制过程包括如下步骤：/n步骤1：在控制器中写入Tesla变压器的参数，所述Tesla变压器的参数包括：初级电容Cp，次级电容Cs，磁化电感Lm，漏电感Lk，升压系数N，设置期望达到的输出电压值Uset，并给出初级供电的电压安全范围；/n步骤2：控制器检测初级供电提供的电压U1，如果超出步骤1所述的安全范围，进行报警，控制结束；如果未超出步骤1所述的安全范围，则执行步骤3；/n步骤3：控制器根据步骤2检测到的初级供电的电压值U1和步骤1中设定的输出电压值Uset，计算初级供电单元中为Tesla变压器充电的触发信号与控制气体开关的触发装置触发气体开关的触发信号之间的时间延迟值t，具体采用的计算公式如下：/n其中，U

【技术特征摘要】
1.一种Tesla变压器型脉冲功率源的输出电压调节方法，其中，采用的Tesla变压器型脉冲功率源包括初级供电、Tesla变压器、气体主开关、气体主开关的触发装置以及控制器，其特征在于：
具体的控制过程包括如下步骤：
步骤1：在控制器中写入Tesla变压器的参数，所述Tesla变压器的参数包括：初级电容Cp，次级电容Cs，磁化电感Lm，漏电感Lk，升压系数N，设置期望达到的输出电压值Uset，并给出初级供电的电压安全范围；
步骤2：控制器检测初级供电提供的电压U1，如果超出步骤1所述的安全范围，进行报警，控制结束；如果未超出步骤1所述的安全范围，则执行步骤3；
步骤3：控制器根据步骤2检测到的初级供电的电压值U1和步骤1中设定的输出电压值Uset，计算初级供电单元中为Tesla变压器充电的触发信号与控制气体开关的触发装置触发气体开关的触发信号之间的时间延迟值t，具体采用的计算公式如下：
其中，Uset(t)＝ρ0(cosω1t-cosω2t...

【专利技术属性】
技术研发人员：王利民，王俊杰，孙旭，樊旭亮，范红艳，王刚，潘亚峰，寇磊，刘胜，
申请(专利权)人：西北核技术研究院，
类型：发明
国别省市：陕西;61