[发明专利]一种圆弧形固态脉冲形成线及其设计方法

说明书

本发明公开了一种圆弧形固态脉冲形成线及其设计方法，所述脉冲形成线至少包括上圆弧形金属板、下圆弧形金属板和若干陶瓷电容器，所述陶瓷电容器并排的设置于所述上圆弧形金属板与下圆弧形金属板之间，且所述陶瓷电容器的两端分别与所述上圆弧形金属板与下圆弧形金属板电性连接；所述上圆弧形金属板上还设有上金属板充电端口和上电极头；所述下圆弧形金属板上还设有下金属板充电端口和下电极头；所述上电极头与下电极头相互错开，分别朝上和朝下放电。本发明装置具有尺寸小和重量轻的特点，且多个圆弧形固态脉冲形成线易于组合形成同轴型结构，能够有效减小高阻抗高电压脉冲产生装置的体积和重量。

技术领域

本发明属于脉冲功率技术领域，尤其涉及一种圆弧形固态脉冲形成线及其设计方法。

背景技术

脉冲形成线是脉冲功率技术中用来产生高功率电脉冲的一种技术，在国内外已广泛使用。在大型高功率或超高功率脉冲装置中，一般采用去离子水或变压器油作为脉冲形成线的储能介质，以承受兆伏特级的工作电压和产生百纳秒级脉宽的电脉冲，这类脉冲形成线的尺寸非常大，长度达到数米甚至数十米，而重量达到数吨。

工作电压数十千伏特的脉冲形成线一般采用固体绝缘材料作为储能介质，由于没有液体介质，其使用维护更方便。但要使脉冲功率装置拥有较小的体积和较轻的重量，则须要脉冲形成线储能介质具有较高的储能密度、较大的介电系数以及较好的结构设计。

发明内容

本发明的目的在于：为了克服现有技术问题，提供了一种圆弧形固态脉冲形成线及其设计方法，陶瓷电容器沿半圆弧型排列与上下金属板构成脉冲形成线，具有尺寸小和重量轻的特点，放电产生方波脉冲的平顶占比高，输出电压达到数十千伏特。且多个圆弧形固态脉冲形成线易于组合形成同轴型结构，能够有效减小高电压脉冲产生装置的体积和重量。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种圆弧形固态脉冲形成线及其设计方法，所述脉冲形成线至少包括上圆弧形金属板、下圆弧形金属板和若干陶瓷电容器，所述陶瓷电容器并排的设置于所述上圆弧形金属板与下圆弧形金属板之间，且所述陶瓷电容器的两端分别与所述上圆弧形金属板与下圆弧形金属板电性连接；所述上圆弧形金属板上还设有上金属板充电端口和上电极头；所述下圆弧形金属板上还设有下金属板充电端口和下电极头；所述上电极头与下电极头在水平方向相互错开，分别朝上和朝下放电，其中，陶瓷电容器的高度h，上圆弧形金属板和/或下圆弧形金属板的宽度w和中心线长度l，以及上圆弧形金属板和下圆弧形金属板的间距H通过如下方法配置：步骤S1：根据用户对脉冲形成线特征阻抗Z₀、脉冲宽度t₀的需求，计算出储能电容的电容量C＝Z₀×t₀；步骤S2：根据工作电压U₀、储能电容的电容量C和陶瓷电容器储能介质的耐压特性，计算得到陶瓷电容器的高度h；步骤S3：再由陶瓷电容器的高度h、圆弧形金属板的宽度w和中心线长度1、上下电极的间距H仿真计算形成线的电感L；步骤S4：由计算出形成线的特征阻抗，通过设置参数w、1、H以达到Z₁＝Z₀。

根据一个优选的实施方式，各陶瓷电容器采用并联的连接方式设置于所述上圆弧形金属板与下圆弧形金属板之间。

根据一个优选的实施方式，所述充电电源与所述上金属板充电端口或下金属板充电端口间设有开关器件。

根据一个优选的实施方式，所述电阻负载与所述上电极头或下电极头之间设有开关器件。

根据一个优选的实施方式，所述电阻负载还设有负载接地端电极，经所述负载接地端电极接地。

根据一个优选的实施方式，所述上圆弧形金属板和下圆弧形金属板的板体形状和尺寸相同，且采用铜板构成。