強(qiáng)流脈沖發(fā)生器技術(shù)分析

合肥光源滿(mǎn)能量注入系統(tǒng)升級(jí)所需沖擊磁鐵設(shè)計(jì)參數(shù)分別為注入束流能量800 MeV；偏轉(zhuǎn)角度6．895 mrad；峰值磁感應(yīng)強(qiáng)度0．096 T；電感0．5H；峰值電流3 100 A；脈沖波形底寬800 ns～3．5us。依據(jù)該設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)下面幾種脈沖發(fā)生技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行分析和電路仿真。

1．1 傳輸線(xiàn)型
傳輸線(xiàn)型脈沖發(fā)生器通過(guò)傳輸線(xiàn)放電產(chǎn)生類(lèi)矩形波脈沖，它最接近于理想要求的注入脈沖磁場(chǎng)波形。產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)的基本電路見(jiàn)圖1。高壓直流電源向PFL(脈沖形成線(xiàn))充電，在注入(引出)時(shí)序的控制下閘流管導(dǎo)通，PFL通過(guò)傳輸線(xiàn)對(duì)沖擊磁鐵和終端負(fù)載放電，形成矩形脈沖。

假設(shè)PFL單元數(shù)為Nc ，單元電感L1，單元電容C1，電路特性阻抗Z，電路雜散電感Ls,則:

為了產(chǎn)生上升較快的脈沖，沖擊磁鐵要做成電感電容交錯(cuò)排列的鏈形網(wǎng)絡(luò)，閘流管也要做成同軸
結(jié)構(gòu)，各部分的阻抗匹配要一致，否則會(huì)有不必要的反射波產(chǎn)生 。傳輸線(xiàn)型電路結(jié)構(gòu)接近于理想傳
輸線(xiàn)，脈沖輸出基本沒(méi)有前沿的感性延遲，但雜散電感會(huì)影響上升時(shí)問(wèn)。

根據(jù)前述沖擊磁鐵的電感值，磁鐵單元數(shù)選為1O，每單元電感L 一50nil，傳輸線(xiàn)特性阻抗Z一
6．25 Q，單元電路電容應(yīng)為C 一1．28 nF。基于以上參數(shù)用PSpice程序仿真了圖1中的基本電路模型，分析了雜散電感的影響，輸出波形見(jiàn)圖2。可見(jiàn)，脈沖波形上升時(shí)間很快，雜散電感影響較小，但要使沖擊磁鐵峰值電流達(dá)到3 kA，高壓電源電壓約要40 kV。因磁鐵要使用絕緣材料灌裝，工作電壓高以及殘余氣泡的存在，易產(chǎn)生打火現(xiàn)象【3 ，機(jī)械、絕緣設(shè)計(jì)復(fù)雜，且仍使用閘流管開(kāi)關(guān)，運(yùn)行時(shí)需一定的維護(hù)工作量。

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