[发明专利]一种Marx发生器机芯和Marx发生器

说明书

为了使Marx发生器整机兼顾稳定、可靠建立以及结构紧凑的特点，本发明提供了一种Marx发生器机芯和Marx发生器。Marx发生器机芯包括第一单元和第二单元；第一单元包括沿第一直线并排间隔设置的N个单元组件；第二单元包括沿第二直线并排间隔设置的M个单元组件；第一直线和第二直线平行；第一单元中的N个单元组件与第二单元中的M个单元组件交替串联，并形成局部S型布局，使整个Marx机芯长度大为减少。整个Marx发生器机芯的布局仍呈直线排列，Marx发生器机芯与外部金属壳体之间构成等效同轴结构，形成较大的对地杂散电容，在Marx发生器建立过程中利于其内部未击穿气体开关上过压的产生，使Marx发生器可工作电压范围更大，建立更为可靠与稳定。

技术领域

本发明属于脉冲功率技术领域，具体涉及一种Marx发生器机芯和Marx发生器。

背景技术

Marx发生器作为一种经典的高压脉冲发生装置，具有结构简单、运行维护方便、成本低、能量传输效率高等优点，被广泛应用于高能物理实验研究和脉冲功率技术应用等领域。Marx发生器通常由多个高压电容器与开关交替串联而成，其基本工作原理是：高压直流电源通过充电网络对n(n为正整数)个电容器进行并联充电，电容器之间通过开关隔离；当电容器上电压达到预设值V₀时，通过外部触发使Marx发生器内部所有开关状态由关断变为导通；电容器通过已导通的开关串联对负载放电，从而在负载上形成n·V₀的高压脉冲。因开关的导通过程需要一定的时间且具有不确定性，所以从外触信号加载到末端高压脉冲的输出，Marx发生器的整机建立存在一定的建立时延与抖动。Marx发生器线路连接结构对其建立时延与抖动具有重要影响。因此，根据使用条件与指标要求的不同，Marx发生器的线路连接结构多种多样。

强电磁脉冲模拟装置通常选择Marx发生器作为其初级脉冲源。为保证快前沿的产生以及模拟试验环境的稳定性与可重复性，同时实现脉冲源的轻便、可移动、便于运输等工程要求，用于强电磁脉冲模拟装置的Marx发生器机芯通常采用全气体绝缘、直线排列、紧凑型结构。Marx发生器机芯直线排列可与发生器金属外腔构成较大的对地杂散电容，利于Marx发生器整机稳定、可靠建立。但是，该结构下为实现更高电压等级的输出，需不断增加串入单元组件的数量，最终导致Marx发生器机芯长度增加。从而，引入充电不均匀、放电回路电感过大等一系列影响Marx发生器工作性能的新问题。因此，探索一种新的Marx发生器机芯线路连接结构，使其既可以利用直线排列带来的好处，又可以做到结构方面的尽量紧凑，对于保证更高电压等级下全气体绝缘Marx发生器的稳定可靠建立，具有非常重要的意义。

发明内容

为了使Marx发生器整机兼顾稳定、可靠建立以及结构紧凑的特点，本发明提供了一种Marx发生器机芯和Marx发生器。本发明的Marx发生器机芯结合S型排列结构更紧凑、直线排列更利于整机可靠建立的特点，提出了一种局部S型排列、整体直线排列的Marx发生器机芯，不但具备直线排列Marx发生器的建立特点，同时将Marx发生器整机长度控制在尽量短的范围内，实现了兆伏级高压输出时结构的紧凑。

本发明的技术方案是：

一种Marx发生器机芯，其特殊之处在于：包括第一单元和第二单元；

第一单元包括沿第一直线并排间隔设置的N个单元组件；第二单元包括沿第二直线并排间隔设置的M个单元组件；第一直线和第二直线平行；M等于N，或者M等于N+1，或者M等于N-1；当M等于N-1时，N为大于等于2的自然数；当M等于N或者N+1时，N为大于等于1的自然数；

单个单元组件包括平行且间隔设置的第一电容器和第二电容器；第一电容器的上端和下端均设置有第一引出电极和第二引出电极；在第二电容器的上端和下端均设置有第三引出电极和第四引出电极；

第一引出电极和第三引出电极对称设置，第二引出电极和第四引出电极对称设置；第一引出电极和第三引出电极之间的间距，大于第二引出电极和第四引出电极之间的间距；