[发明专利]一种电缆传输多模块汇流的强脉冲电流装置有效

专利信息
申请号: 201410425356.X 申请日: 2014-08-27
公开(公告)号: CN104158088A 公开(公告)日: 2014-11-19
发明(设计)人: 王桂吉;陈学秒;赵剑衡;孙承纬;谭福利;吴刚;张旭平;罗斌强;蔡进涛;种涛 申请(专利权)人: 中国工程物理研究院流体物理研究所
主分类号: H01T2/00 分类号: H01T2/00;H01T15/00
代理公司: 成都行之专利代理事务所(普通合伙) 51220 代理人: 王记明
地址: 621000*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 一种 电缆 传输 模块 汇流 脉冲 电流 装置
【说明书】:

技术领域

发明涉及脉冲功率技术、动高压科学与技术领域,具体是指一种电缆传输多模块汇流的强脉冲电流装置。

背景技术

数兆安培甚至数十兆安培的强脉冲电流装置在材料科学领域的应用研究越来越广泛,主要应用于纳米金属材料的制备、动态载荷下材料的动力学行为研究,也可应用于金属丝阵内爆产生强X射线辐射、金属固体套筒内爆产生强磁压力斜波或冲击柱面压缩材料样品,获得高压力、高温度的极端条件,研究该状态下材料的物理力学性质。

目前,国际上研制这类可重复使用的强脉冲电流装置的技术路线主要有两条路线,一条是多条介质脉冲形成传输线接续放电的大型装置,例如美国圣地亚实验室的Z机器,中国工程物理研究院流体物理研究所的PTS装置。这类装置的特点是装置工作电压高,达数百万伏特(3-6MV);放电电流大,为10兆安培至数十兆安培;负载的特性阻抗大,为电阻数百毫欧姆,电感数十纳亨利;装置体积大,占地直径数十米(30至60米)。第二条是低电感电容器组并联、平行板传输放电的紧凑型装置,例如美国圣地亚实验室的VELOCE、法国原子研究中心的GEPI、中国工程物理研究院流体物理研究所的CQ-4装置。这类装置的特点是工作电压低,通常在100kV及以下;放电电流中等,为数兆安培;负载的特性阻抗小,为电阻数毫欧姆,电感数纳亨利。这两类装置在材料科学、动高压物理、高能量密度物理等学科领域应用广泛。

上述的传输装置均存在较为明显的缺陷:回路电感、回路电阻较高,同时实验装置的真空度较低,漏率较高,汇流不均匀导致驱动力的不均匀。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电缆传输多模块汇流的强脉冲电流装置,解决目前的实验装置存在的回路电感、回路电阻较高的问题,达到实现回路低电感、低电阻的阻抗特性,获取峰值数兆安培、上升时间数百纳秒的强脉冲电流的目的。

本发明的目的通过下述技术方案实现:

一种电缆传输多模块汇流的强脉冲电流装置,包括多组并联的放电开关/电容器模块,多组放电开关/电容器模块并联后通过低阻抗高压的同轴电缆连接至电缆过度转接器,电缆过渡转接器件通过陶瓷高压电缆连接件与真空靶室连接。本发明采用多个低电感电容器/放电开关/电容器模块并联组成,然后通过数百根低阻抗高电压同轴电缆并联传输至电缆过渡转接器件,通过该电缆过渡转接器件将数百根传输电缆过渡为数十根陶瓷高压电缆连接件,将装置能量传输进入实验真空靶室,因负载的不同,在该真空靶室中可进行金属丝的电爆炸产生强X射线辐射源、金属丝电爆炸纳米颗粒材料的制备、或电磁驱动平面斜波加载材料动力学行为研究。该强脉冲电流装置的特点是整个回路低阻抗即低电感和低电阻,整个回路电感约10nH,电阻2-4mW。为了实现装置回路的低阻抗设计,本装置采取低阻抗器件多路并联汇流的设计思路;同时为便于装置靶室抽取真空,装置能量传输采用特殊设计的低阻抗高压同轴电缆进行,装置储能部分输出的传输电缆达到二百余根,并联使用,以降低传输部分的阻抗;为便于传输电缆进入靶室,采用电缆过渡转接器件将数百根电缆转接过渡至数十根进入靶室;为解决靶室的密封问题,实现高真空度,进入靶室的传输电缆转接件为专门设计的低阻抗陶瓷高压电缆连接件,该陶瓷连接件可承受50kV以上高电压,漏率不大于1*10-10Pa×m3/s。工作时,用高压功率源给装置的储能电容器充电至实现预设的电压60-100kV,然后多路输出的高压脉冲触发器输出100-120kV的脉冲电压,触发装置的放电开关,放电开关导通,装置储存在电容器的能量瞬间:亚微秒至微秒释放,通过低阻抗高压电缆传输给位于真空靶室内的负载如短路平行板电极、丝阵、金属套筒等,实现预定的研究目标。

所述的放电开关/电容器模块包括模块支架,在模块支架上安装有多个储能电容器,在储能电容器上安装有三电极场畸变放电开关、以及接地保护电阻。三电极场畸变开关主要用于实验前隔离装置储能组件与传输线路,以及工作过程中将装置储能释放给负载。接地保护电阻用于泄放传输电缆中的残余电荷,以保护操作人员安全。

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