[发明专利]一种纳秒级高压陡脉冲发生器

说明书

本发明公开了属于高压脉冲发生技术领域的一种纳秒级高压陡脉冲发生器。所述纳秒级高压陡脉冲发生器主要包括供电部分、成型线、气隙开关和匹配电阻串联组成；气隙开关分别连接电容分压器与和匹配电阻，并安装在试验腔体内。本发明提供了能够产生纳秒级高压陡化脉冲的装置，其输出的脉冲上升沿在10ns以内，脉宽在100ns左右，脉冲幅值灵活可控，整套装置耐压强度为100kV；对研究纳秒脉冲下真空绝缘子的表面带电情况具有十分重要的意义。

技术领域

本发明属于高压脉冲发生技术领域，特别涉及一种纳秒级高压陡脉冲发生器。

背景技术

近年来，随着高电压脉冲功率技术和电磁脉冲技术迅速发展，其应用的范围也越来越广泛，许多大型高精尖设备，如窄脉冲高功率微波源、强流例子束加速器等，为了减小设备的体积和重量，同时保证效率，对脉冲功率技术的要求越来越高，不仅要求高电压、大电流，而且脉宽要求越来越窄。医学方面，纳秒脉冲电压已经得到的广泛的重视，用于切除病患肿瘤等，与人类的生命和健康息息相关。在这些纳秒脉冲应用的高精尖设备中，纳秒脉冲作用下真空间隙中绝缘子的绝缘特性是制约着设备性能的关键因素。

研究发现，与空气或者其他气体介质环境中情况不同的是，在真空环境中的间隙加入绝缘子后，由绝缘子和真空组成的绝缘体系的绝缘强度远小于相同大小的纯真空间隙或固体绝缘子本身的绝缘强度。而加入绝缘子后真空绝缘系统的绝缘强度的破坏是由于真空中绝缘子表面发生的沿面闪络现象造成的。研究表明，在施加脉冲电压的过程中，在绝缘子表面会产生电荷积聚，造成带电现象，表面电荷的出现，提供了放电进一步发展的电荷，也因电荷自身的作用改变了绝缘子表面在加压过程中的电场分布。所以，绝缘子表面在加压时产生的积聚电荷是造成沿面闪络的重要因素。而国内外对于纳秒脉冲下真空绝缘子表面电荷特性研究较少，因此，为了研究纳秒脉冲下真空绝缘子的表面带电情况，需要研制了一种纳秒级高压陡脉冲发生器。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳秒级高压陡脉冲发生器，其特征在于，所述纳秒级高压陡脉冲发生器包括供电部分、成型线、气隙开关和试验腔体串联组成；气隙开关分别连接电容分压器与和匹配电阻，气隙开关安装在试验腔体顶部。

所述供电部分由加压控制台、工频变压器和Marx发生器串联组成，然后与成型线连接；主要作用是产生前端脉冲，对成型线充电，并实现触发次数和触发时间的控制。

所述成型线采用YJV22-26/35kV电力电缆，其主要作用是控制脉冲的脉宽，根据脉宽长度计算得到成型线电缆的长度，通过改变电缆的长度做到脉宽的灵活调节。

所述气隙开关由两个厚度为10mm，半径为15mm的圆柱形铜电极组成，两个铜电极上下间距为10mm，作用是陡化脉冲的上升沿至10ns以内；气隙开关电极整合在密闭的透明腔体中，通过透明腔体进行360度无死角的观察；腔体内充不超过0.4MPa的高纯N₂，通过调整电极间距和气压来控制脉冲幅值；透明腔体设置一个匹配电阻安装孔，一个电容分压器安装孔。

所述匹配电阻主要作用是匹配成型线的波阻抗为50Ω，保证输出的电压波形震荡小，并考虑了匹配电阻的热效应和耐压强度，最终选用50Ω硫酸铜溶液电阻，其耐压强度为冲击电压100kV。

所述电容分压器主要作用是测量陡化后的脉冲电压，在输入电阻R1和输出电阻R2串联的公共点电容C构成电容分压器；其中，气隙开关的高压臂为气隙开关下电极与电容分压器铜板的分布式耦合电容组成；气隙开关的低压臂的电容C为PCB电路板上的贴片电容组，即由12个150pF的贴片电容器并联而成，通过仿真计算与试验测量，其分压比为3600:1，频带为85MHz。

本发明的有益效果是提供了能够产生纳秒级高压陡化脉冲的装置，其输出的脉冲上升沿在10ns以内，脉宽在100ns左右，脉冲幅值灵活可控，整套装置耐压强度为100kV。

附图说明

图1为纳秒级高压陡脉冲发生器示意图。