一种脉冲大电流发生器制造技术

一种脉冲大电流发生器，本发明专利技术专利涉及脉冲功率技术及应用领域。它包括远程控制系统，数据交换机、数据存储设备、同步触发设备、安全连锁设备、本地控制器A、充电机组A、放电模块组A、本地控制器B、充电机组B、放电模块组B、汇流盘、穿壁电极。程控制系统和数据存储设备用于与数据交换机之间实现数据交互，完成远程控制、数据采集和存储；数据交换机用于与脉冲大电流发生器、安全连锁设备和同步触发设备实现数据交互；同步触发设备用于触发各套脉冲功率源；安全连锁设备用于接收脉冲大电流发生器输出的故障信号，并发出锁定信号至同步触发设备。本发明专利技术能够为偶极磁场线圈提供激励电流从而产生模拟的地球偶极磁场。而产生模拟的地球偶极磁场。而产生模拟的地球偶极磁场。

【技术实现步骤摘要】
一种脉冲大电流发生器


[0001]本专利技术专利涉及脉冲功率技术及应用领域，具体涉及一种电流发生器技术。

技术介绍

[0002]近地空间中存在大量被电离的气体，由于地球磁场的存在，被电离的气体受到地球磁场引导和控制在近地空间进行运动。由于太阳风是高温高压的日冕等离子体向外膨胀形成的高速粒子流，太阳磁场由于冻结效应随着太阳风向星际空间扩散形成行星际磁场，当太阳风在星际空间遇到地球时，太阳风与电离的气体和地球磁场发生强烈的相互作用，地球地磁场会对太阳风起到阻碍作用，此时太阳风绕过地球磁场，继续向远离太阳的方向前进，使得地球周围磁场和等离子具有独特的结构和分布，于是地球近地空间中就会形成了一个被太阳风包围的、彗星状的地球磁场区域，这个区域称为地球磁层。绝大多数航天器的活动区域以及深空探测的窗口都在地球磁层中，所以研究地球磁层中空间等离子体的基本物理过程以及极端空间等离子环境的特点和爆发性物理过程具有重要意义。
[0003]空间等离子体环境模拟与研究系统是在地面模拟地球磁层环境，从而来研究两个方面的主要内容：（1）研究空间等离子体环境的基本物理过程，具体为与磁层顶磁重联相关的三维磁重联物理问题，从而深化对空间等离子体环境的认识，为航天器设计和安全运行提供理论指导；（2）研究极端空间等离子体环境的特点及相关物理过程，加深对磁暴、高能粒子暴等灾害性空间环境的理解，为完善辐射带高能粒子模型、航天器安全评价和设计提供指导。在实现以上研究内容中，需要使用一套复杂的磁体线圈系统来模拟地球磁层的磁场结构及等离子环境，而模拟的地球磁层的磁场结构及等离子环境中最为重要的就是地球磁场的模拟，通常地球磁场与一个地心磁偶极子所产生的磁场非常接近，故常把地球磁场近似地作为磁偶极子产生的场，也可以称为偶极磁场。在磁体线圈系统中使用一个偶极磁场线圈来模拟地球磁场，基于实际空间环境中地球磁场参数，在空间等离子体环境模拟与研究系统中，通过弗拉索夫方程和磁流体力学的定标关系，偶极磁场线圈需要在距离线圈中心处2米远的位置产生不小于400 G磁感应强度的磁场，且持续时间不小于10 ms。
[0004]基于以上需求，通过采用脉冲大电流发生器来为线圈提供激励电流从而产生脉冲磁场是进行模拟地球偶极磁场的最佳的选择。由于需要在距离偶极磁场线圈中心处2米远的位置产生不小于400 G磁感应强度的磁场，所以偶极磁场线圈具有较高的电阻和电感，这就对脉冲大电流发生器输出脉冲电流的能力提出较高的要求，因此，如何通过研制一种脉冲大电流发生器为具有较高电阻和电感的负载线圈提供满足物理实验需求的激励电流，从而能够产生满足物理实验需求的模拟地球磁场，是当前急需解决的问题。此外，优化脉冲大电流发生器的能量存储，具有一机多用功能，也是要实现的目标。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决在地面进行地球磁层环境模拟时，为偶极磁场线圈提供激励电流产生模拟的地球偶极磁场，且在空间指定距离处产生模拟的地球偶极磁场的磁感
应强度最小值需要满足物理实验需求，同时优化脉冲大电流发生器的能量存储，并具有一机多用功能，从而提供一种脉冲大电流发生器。
[0006]本专利技术采用的技术方案是：一种脉冲大电流发生器,该发生器用于模拟地球偶极磁场,该发生器包括远程控制系统1，数据交换机2、数据存储设备3、数据交换机4、同步触发设备5、安全连锁设备6、本地控制器A7、充电机组A8、放电模块组A9、本地控制器B10、充电机组B11、放电模块组B12、汇流盘13、穿壁电极14、偶极场线圈15。
[0007]远程控制系统1和数据存储设备3通过光纤16与数据交换机2连接进行数据交互，实现对脉冲大电流发生器的远程控制、数据采集和存储；数据交换机2与远程控制系统1、数据存储设备3放置于远离脉冲大电流发生器的控制室，并通过光纤16与放置于电源室的数据交换机4进行连接，实现数据的传输的光电隔离，降低电磁干扰；数据交换机4通过光纤16与同步触发设备5、安全连锁设备6、脉冲大电流发生器的本地控制器A7和本地控制器B10进行连接并实现数据交互；同步触发设备5通过光纤16与给本地控制器A7和本地控制器B10连接，用于下发远程控制系统设置的触发命令，从而触发脉冲大电流发生器进行放电；安全连锁设备6通过光纤16与给本地控制器A7和本地控制器B10连接，用于接收脉冲大电流发生器输出的故障信号，并发出锁定信号至同步触发设备5；本地控制器A7通过光纤16与充电机组A8、放电模块组A9连接，用于下发远程控制系统的控制命令和上传状态参数信息；本地控制器B10通过光纤16与充电机组B11、放电模块组B12连接，用于下发远程控制系统的控制命令和上传状态参数信息；充电机组A8和充电机组B11通过高压导线与放电模块组A9和放电模块组B12连接，用于为放电模块组A9和放电模块组B12中的储能元件进行充电；放电模块组A9和放电模块组B12为脉冲大电流发生器的主体部分，通过输出同轴电缆17与汇流盘13连接，通过释放储能元件中已存储的电能向负载输出脉冲电流；汇流盘13输入端连接放电模块组A9和放电模块组B12的同轴输出电缆，其输出端通过过渡同轴电缆18与穿壁电极14连接，整个汇流盘13用于汇聚放电模块组A9和放电模块组B12的输出脉冲电流；穿壁电极14输入端连接过渡同轴电缆18，输出端连接偶极场线圈15的输入输出导线19，穿壁电极14安装于真空舱的墙壁上，作为真空舱外脉冲大电流发生器和真空舱内偶极场线圈15的连接桥梁，并起到密封的作用；偶极场线圈15为一种脉冲大电流发生器的负载，通过接受真空舱外脉冲大电流发生器提供的输出脉冲电流产生脉冲磁场，从而模拟地球偶极磁场。
[0008]本专利技术中，所述本地控制器A8、充电机组A9、放电模块组A10可以单独为一套脉冲大电流发生器，而本地控制器B10、充电机组B11、放电模块组B12可以单独为另一套脉冲大电流发生器，两套脉冲大电流发生器可以分别为两个负载提供脉冲电流，也可以单独运行一套为一个负载提供脉冲电流，当需要提供更高能量的套脉冲大电流发生器，则可以将两套脉冲大电流发生器合并为一套为一个负载提供脉冲电流，通过远程控制系统可以调整脉
冲大电流发生器的组合方式，并实现以上几种情况的控制功能。通过这种组合方式实现一机多用功能，并使用多个放电模块来分散总储能，降低高能量存储风险，以及通过配合不同的负载选择不同的组合方式来实现能量的最佳利用率。
[0009]本专利技术中，所述充电机组A8和充电机组B11均由15台高功率双极性充电机组成，每组的15台充电机通过高压导线并联后再与放电模块组A9或放电模块组B12中的放电模块连接，通过这种连接方式，在充电过程中，如果有某台充电机故障，仍然可以为放电模块中的储能元件进行充电，并且高功率双极性充电机的位置顺序可以不与放电模块进行对应，可以随意更换。
[0010]本专利技术中，所述放电模块组A9和放电模块组B12均由5台放电模块组成，每组的5台放电模块中有1台为主模块，具有续流电流测量和电容电压测量的功能，每组其余4台放电模块除了不具有上述两个功能外其余结构和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脉冲大电流发生器，其特征是：该发生器用于模拟地球偶极磁场，该发生器包括远程控制系统（1），一号数据交换机（2）、二号数据交换机（4）、同步触发设备（5）、安全连锁设备（6）、本地控制器A（7）、充电机组A（8）、放电模块组A（9）、本地控制器B（10）、充电机组B（11）、放电模块组B（12）、汇流盘（13）、穿壁电极（14）、偶极场线圈（15）；所述远程控制系统（1）通过光纤与所述一号数据交换机（2）连接，并进行数据交互；所述一号数据交换机（2）和所述远程控制系统（1）放置在远离脉冲大电流发生器的控制室，所述一号数据交换机（2）通过光纤与放置于电源室的二号数据交换机（4）进行连接，实现数据的传输的光电隔离，降低电磁干扰；所述二号数据交换机（4）通过光纤分别与所述同步触发设备（5）、所述安全连锁设备（6）、所述脉冲大电流发生器的本地控制器A（7）和所述本地控制器B（10）连接，并实现数据交互；所述同步触发设备（5）通过光纤分别与所述本地控制器A（7）和所述本地控制器B（10）连接，用于下发远程控制系统（1）设置的触发命令，并触发脉冲大电流发生器进行放电；所述安全连锁设备（6）通过光纤分别与所述本地控制器A（7）和所述本地控制器B（10）连接，用于接收脉冲大电流发生器输出的故障信号，并发出锁定信号至所述同步触发设备（5）；所述本地控制器A（7）通过光纤与所述充电机组A（8）、所述放电模块组A（9）连接，用于下发远程控制系统（1）的控制命令和上传状态参数信息；所述本地控制器B（10）通过光纤与所述充电机组B（11）、所述放电模块组B（12）连接，用于下发远程控制系统（1）的控制命令和上传状态参数信息；所述充电机组A（8）和所述充电机组B（11）通过高压导线与所述放电模块组A（9）和所述放电模块组B（12）连接，用于为所述放电模块组A（9）和所述放电模块组B（12）中的储能元件进行充电；所述放电模块组A（9）和放电模块组B（12）为脉冲大电流发生器的主体部分，通过输出同轴电缆与所述汇流盘（13）连接，通过释放储能元件中已存储的电能向负载输出脉冲电流；所述汇流盘（13）的输入端连接所述放电模块组A（9）和所述放电模块组B（12）的同轴输出电缆，所述汇流盘（13）的输出端通过过渡同轴电缆与所述穿壁电极（14）连接，整个汇流盘（13）用于汇聚所述放电模块组A（9）和所述放电模块组B（12）的输出脉冲电流；所述穿壁电极（14）输入端连接过渡同轴电缆，输出端连接所述偶极场线圈（15）的输入输出导线（19），所述穿壁电极（14）安装于真空舱的墙壁上，作为真空舱外脉冲大电流发生器和真空舱内偶极场线圈（15）的连接桥梁，并起到密封的作用；所述偶极场线圈（15）为一种脉冲大电流发生器的负载，通过接受真空舱外脉冲大电流发生器提供的输出脉冲电流产生脉冲磁场，从而模拟地球偶极磁场。2.根据权利要求1所述的一种脉冲大电流发生器，其特征在于，该发生器还包括数据存储设备（3），所述数据存储设备（3）通过光纤与所述一号数据交换机（2）连接，并进行数据交互。3.根据权利要求2所述的一种脉冲大电流发生器，其特征在于，所述本地控制器A（8）、
充电机组A（9）、放电模块组A（10）能够单独作为一套脉冲大电流发生器，而本地控制器B（10）、充电机组B（11）、放电模块组B（12）能够单独作为另一套脉冲大电流发生器，两套脉冲大电流发生器能够分别为两个负载提供脉冲电流，也能够单独运行一套为一个负载提供脉冲电流，当需要提供更高能量的套脉冲大电流发生器，则能够将两套脉冲大电流发生器合并为一套为一个负载提供脉冲电流，通过远程控制系统（1）能够调整脉冲大电流发生器的组合方式，并实现以上几种情况的控制功能，通过这种组合方式实现一机多用功能，并使用多个放电模块来分散总储能，降低高能量存储风险，以及通过配合不同的负载选择不同的组合方式来实现能量的最佳利用率。4.根据权利要求3所述的一种脉冲大电流发生器，其特征在于，所述充电机组A（8）和充电机组B（11）均由15台高功率双极性充电机组成，每组的15台充电机通过高压导线并联后再与放电模块组A（9）或放电模块组B（12）中的放电模块连接，通过这种连接方式，在充电过程中，如果有某台充电机故障，仍然能够为放电模块中的储能元件进行充电，并且高功率双极性充电机的位置顺序能够不与放电模块进行对应，能够随意更换。5.根据权利要求4所述的一种脉冲大电流发生器，其特征在于，所述放电模块组A（9）和放电模块组B（12）均由5台放电模块组成，每组的5台放电模块中有1台为主模块，具有续流电流测量和...

【专利技术属性】
技术研发人员：鄂鹏，关键，马勋，李洪涛，邓维军，丁明军，康传会，李松杰，肖金水，赵娟，李立毅，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：