[发明专利]高功率重复频率快脉冲直线型变压器驱动源及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高功率重复频率快脉冲直线型变压器驱动源及其控制方法，特别是涉及一种适用于核能源开发领域中的高功率重复频率快脉冲直线型变压器驱动源及其控制方法。

背景技术

在核能源开发领域，快脉冲直线型变压器驱动源（linear transformer driver，LTD）是俄罗斯强流电子学研究所提出并发展起来的一种新的高功率脉冲产生的拓扑结构，它采用将储能电容器化整为零、多路并联的方式直接实现高功率快脉冲的输出。快脉冲LTD结构紧凑、易于通过模块的组合实现超高功率快脉冲的输出；具有较强的容错能力、输出波形调节能力和重复频率运行能力，已经成为新一代高功率脉冲技术研究的发展方向。

现有技术研究表明，核能源领域的能源开发所采用的高功率脉冲驱动源必须具备0.1Hz重复频率运行的能力。

俄罗斯强流电子学研究所、美国Sandia国家实验室等相继深入开展了快脉冲LTD技术的研究工作，实现了1MA/500kV高功率脉冲的单次产生和500kA/100kV高功率0.1Hz重复频率脉冲的产生能力。能够在一定时间内连续产生重复频率脉冲，但无法满足100GW以上的高功率要求。

中国工程物理研究院、西北核技术研究所等单位开展了快脉冲LTD技术的研究，实现了100GW高功率脉冲的单次产生和数GW脉冲功率的25Hz重复频率输出。但无法实现100GW大功率下，0.1Hz重复频率脉冲的产生能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够实现100GW以上高功率0.1Hz重复频率快脉冲直线型变压器驱动源及其控制方法。

本发明采用的技术方案如下：一种高功率重复频率快脉冲直线型变压器驱动源，包括重复频率LTD模块，及分别与其相连的充电单元、触发单元、去磁单元和换气单元，所述重复频率LTD模块包括多个支路和磁芯，每个支路包括依次相连的第一电容器、第一开关和第二电容器；所述两个电容器，一个与正电压恒流源相连，另一个与同样幅值的负电压恒流源相连；还包括负载电阻，每个支路的电流由正电压电容器经过第一开关流过负电压电容器后经直线变压器将能量耦合到负载电阻；其特征在于：

每个组成部分在10s时间内完成一次动作，并恢复到准备状态；

所述磁芯为环形磁芯，多个支路均匀设置在环形磁芯的一周上；

所述两个电容器，一个与+100kV恒流源相连，另一个与-100kV恒流源相连；

充电单元，在5s时间内完成对多个支路的电容器的充电；

触发单元，在10s内完成一次触发和准备工作；

去磁单元，在10s内完成一次去磁动作；

换气单元，换气时间少于5s。

作为优选，所述多个支路为34个支路，其中每个支路电感为220nH，电容量为20nF。

作为优选，所述第一开关为紫外预电离开关。

作为优选，所述触发单元包括恒流电源，及通过充电隔离电阻与恒流电源相连的脉冲产生电路，所述脉冲产生电路通过传输线分别与所述重复频率LTD模块的多个支路相连。

作为优选，所述脉冲产生电路包括依次相连形成回路的第二开关、第三电容及匹配电阻。

作为优选，所述第二开关为氢闸流管。

作为优选，所述去磁单元包括幅值相同的两个恒流电源：正电源恒流电源和负电源恒流电源；所述正电源恒流电源依次通过第四电容、第一限流电阻和第一电缆与重复频率LTD模块相连，用于对重复频率LTD模块的一组磁芯去磁；所述负电源恒流电源依次通过第五电容、第二限流电阻和第二电缆与重复频率LTD模块相连，用于对重复频率LTD模块的另一组磁芯去磁；所述第四电容和第五电容的高压端之间连接有第三开关。

作为优选，还包括连接于第一电缆和重复频率LTD模块之间的第一电感。

作为优选，还包括连接于第二电缆和重复频率LTD模块之间的第二电感。

作为优选，所述第三开关为氢闸流管。

作为优选，所述换气单元包括高压气瓶和控制单元，及依次相连并分别与控制单元相连第一阀门、缓冲腔、第二阀门、换气开关、第三阀门和真空泵；所述第一阀门与高压气瓶相连。

作为优选，所述所有阀门通断时间小于0.2s，真空泵采用36L/s的容量速率。