中国工程物理研究院 流体物理研究所，四川 绵阳 621999
气体开关作为脉冲功率装置的关键部件，其自击穿概率以及触发放电延时抖动对整个脉冲功率系统具有至关重要的影响。降低开关工作系数有利于提高开关稳定性，但延时抖动会随之增大。针对用于磁驱动实验的10 MA级大电流装置应用需求，设计了一种具有较高场畸变系数、能在较低工作系数条件下稳定工作的三电极气体开关，并开展了该开关的性能研究。模拟与实验结果表明：在触发电压与充电电压相当的条件下，开关的场畸变系数接近4，开关工作系数高于60%时，开关具有较低的延时抖动，抖动均方根小于3 ns。结合该开关设计了一个两级Marx储能模块，充电电压±50 kV条件下短路放电，模块回路放电电流峰值达到150 kA、周期2 μs。上千次放电实验后，开关电极表面未发生明显烧蚀，工作正常。工作系数68.5%时，共计4 000发实验中未出现自放电现象，自击穿概率低于2.5×10−4。上述结果表明该开关可满足300～400只开关同时工作的大电流装置需求。
脉冲功率 气体开关 抖动 场畸变系数 pulse power gas switch jitter field distortion coefficient 强激光与粒子束
2023, 35(6): 065003
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
基于电磁驱动实验装置CQ-7研制需求, 设计了一套6间隙气体开关, 开关高131 mm, 直径108 mm, 总间隙36 mm, 开关电感约40 nH。采用模拟软件Ansoft Maxwell计算分析开关电场强度分布, 电场分布较均匀, 不均匀系数为1.14。开展了开关放电特性研究, 充电±100 kV条件下, 开关放电电流峰值可达70 kA, 放电延时约35 ns, 抖动3 ns。根据开关自击穿电压值, 采用正态分析开关自击穿概率, 开关80%安全系数下, 自放电概率小于10-4。该开关满足CQ-7实验装置研制需求。
电磁驱动 气体开关 自击穿电压 延时抖动 电场强度 electro-magnetically driven gas switch self-breakdown delay and jitter electric field strength 强激光与粒子束
2016, 28(10): 105001
1 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 计算机应用研究所, 四川 绵阳 621900
亥姆霍兹线圈在产生数十T的准静态脉冲磁场的装置中得到广泛应用。以自行研制的一套用于磁压剪实验技术的脉冲磁场发生系统的亥姆霍兹线圈为研究对象,结合装置的电参数,利用有限元软件ANSYS对装置放电过程中线圈的热和力进行了仿真研究。研究结果表明,当装置在线圈中产生上升时间约1.34 ms、幅值14.37 kA的放电电流和10.7 T的磁场时,线圈中的最大温升约150 ℃,最大应力近0.5 GPa,铜导线中的最大应力约0.2 GPa,线圈导线变形位移小于0.05 mm。基于分析结果,在线圈制作时,选择绝缘层耐温超过200 ℃、抗拉强度0.5 GPa的铜导线作为线圈绕线,选择抗拉强度达5.8 GPa的柴龙纤维绕制在铜导线外层进行加固,并制作了相应结构的亥姆霍兹线圈对。利用该线圈对进行的放电实验测试结果表明,在满足设计指标的情况下,线圈对结实可靠,可重复使用。
脉冲磁场 亥姆霍兹线圈对 有限元分析 热和力分析 pulsed magnetic field Helmholtz coil pair finite element analysis thermal and stress analysis 强激光与粒子束
2014, 26(5): 053201
中国工程物理研究院 流体物理研究所， 四川 绵阳 621900
基于理论分析和数值模拟，建立了一种用于磁驱动压剪加载中产生纯剪切力的准静态磁场发生器，由4台0.5 mF/15 kV的储能电容器并联而成，通过15 kV/30 kA的半导体硅堆开关，向一对磁体线圈放电，进行模拟分析和实验测试。装置在充电9 kV时，在样品区域获得了上升时间1.34 ms的10 T准静态磁场。测试和分析结果表明在半径7 mm区域内磁场分布不均匀性小于2%，满足磁压剪实验要求。
磁压剪 准静态磁场 磁场均匀性 脉冲功率发生装置 magnetically applied pressure-shear quasi-static magnetic field magnetic field uniformity pulsed power generator
中国工程物理研究院 流体物理研究所，四川 绵阳 621900
针对磁驱动飞片的物理过程，设计了显微装置和激光阴影照明装置。结合超高速转镜式扫描相机，利用串联式光电开关避免相机像面重复曝光，有效地解决了飞片被碰撞过程中严重影响测试结果的自发强光现象，获得了磁驱动加载下飞片运动过程清晰的一维扫描试验图像。图像分析数据表明，在充电电压为60～64 kV时，可将尺寸为8 mm×6 mm×0.7/0.9 mm的Ly12铝飞片发射至9～14 km/s的超高速度，且飞片运动速度与充电电压和飞片厚度有关。该项工作为磁驱动飞片运动过程的研究提供了一种重要的测试手段，其测试方法也适用于其它产生强烈杂光的高速碰撞的测试研究。
高速显微摄影 阴影扫描摄影 激光照明 磁驱动 高速飞片 ultra-high speed microphotography shadow streak photography laser illumination magnetic field driving high speed flyer plate
中国工程物理研究院 流体物理研究所， 四川 绵阳 621900
针对采用串联谐振变换器电容器充电电源的不足，通过分析、改进并联谐振变换器拓扑，研制了基于并联谐振全桥变换器研制的10 kJ/s，100 kV电容器充电电源，变换器开关采用脉冲宽度调制技术，开关频率达40 kHz，电源的反馈控制电路基于数字信号处理全数字控制器。并给出了充电电源及主要部件高频高压变压器的设计注意事项、经验及实验结果。
电容器充电电源 并联谐振开关变换器 脉冲宽度调制 数字控制器 capacitor charging power supply parallel resonant inverter pulse width modulation digital controller
中国工程物理研究院,流体物理研究所,四川,绵阳,621900
研制了一种适用于平行板传输连接的平面火花隙三电极开关,开关正负电极为半圆形状,触发电极为细条状.将之替代立体式(半球形电极)火花隙三电极开关并应用于爆炸箔起爆装置中,装置回路参数将得以优化.实验测试了空气间隙为4.12, 3.14和2.2 mm的平面火花隙三电极开关的性能.结果表明,在开关间隙间距一定的情况下,随着电压的升高,开关间隙的放电时延和分散时间呈指数降低,开关电感小于15 nH;对于不同范围内的应用电压,使用不同间隙间距的开关,其分散时间不大于10 ns.该开关应用于较低充电电压(小于10 kV)的脉冲功率装置中,与立体式火花隙三电极开关相比,回路电感降低了约50 nH,放电周期缩短近1/3,峰值电流增加约1/3.
火花隙开关 爆炸箔起爆 击穿电压
