CN107786115B - 一种紧凑型脉冲大电流装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种紧凑型脉冲大电流装置，包括依次形成回路的储能模块、传输电缆、汇流转换器、输出电缆和负载机构，所述储能模块内的能量通过多根传输电缆传输、经汇流转接器汇流后由一根输出电缆输出至负载机构。本发明采用双极性充电方式，储能模块为多个单级Marx模块并联组成，金属外壳设计为储能模块的大电流接地，结构紧凑，模块结构电感低，通过改变传输电缆长度和负载结构，能实现一种可产生微秒级上升时间，幅值数百千安的紧凑型脉冲大电流装置的目的。

Description

一种紧凑型脉冲大电流装置
技术领域
本发明涉及脉冲功率技术领域，具体涉及一种紧凑型脉冲大电流装置。
背景技术
冲击大电流是脉冲功率研究的主要内容之一，其过程是以较低的功率通过较长的时间将能量储存在储能设备中，然后在极短的时间内将能量快速释放到特定负载上去，可获取上升时间很快、幅值很高的脉冲大电流，冲击大电流在国防、科研、工业制造等很多方面都有重要应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种紧凑型脉冲大电流装置，实现一种可产生微秒级上升时间，幅值数百千安的紧凑型脉冲大电流装置的目的。
本发明通过下述技术方案实现：
一种紧凑型脉冲大电流装置，包括依次形成回路的储能模块、传输电缆、汇流转换器、输出电缆和负载机构，所述储能模块内的能量通过多根传输电缆传输、经汇流转接器汇流后由一根输出电缆输出至负载机构。进一步的，本发明通过正充电电阻给电容器A充电，通过负充电电阻给电容器B充电，气体开关在外触发下导通，两个电容器串联放电，能量通过多根传输电缆传输至汇流转接器后，通过一根输出电缆输出至负载机构，之后作用在负载机构内的负载上，即可产生微秒级上升时间，幅值数千安的脉冲大电流。另外，能量通过多根传输电缆传输，多跟电缆并联，有利于降低阻抗，经过汇流转接器后由一根输出电缆输出，则更加方便连接负载。
所述储能模块包括外筒和安装在外筒两端的盖板以及底板，所述底板的底端接地、顶端把接电容器A的下端，电容器A的上端连接气体开关的正电极，并通过正充电电阻充正高压，气体开关的负电极连接电容器B的下端，并通过负充电电阻充负高压，电容器B的上端连接输出片，并通过绝缘支撑杆连接在盖板上。进一步的，利用两个电容器A和B储能，气体开关导通时，两个电容器以及气体开关串联放电，通过和传输电缆、盖板、外筒、底板组成放电回路，放电回路处于全屏蔽状态，具有很好的抗电磁干扰能力。
优选的，所述盖板上还装有旋压套，输出电缆内芯穿过旋压套和盖板后连接在输出片上、外芯通过旋压套与盖板相连接。进一步的，通过旋压套结构的设置，可有效保护输出电缆，并限定输出电缆与输出片稳定连接。
所述汇流转换器包括外导桶和上盖板，外导桶内套有绝缘筒，绝缘筒内装有转接导体，上盖板上有多个输入孔和一个输出孔，传输电缆内芯穿过输入孔连接在转接导体上，输出电缆内芯穿过输出孔连接在转接导体上，传输电缆和输出电缆外芯均连接在上盖板上。进一步的，以上结构为汇流转换器内部的具体结构。通过绝缘筒的隔离设置，可实现外导桶与转接导体之间的高压绝缘。
所述的负载机构包括外导管，外导管内套有绝缘管，绝缘管内装有内导体，内导体一端把接过渡接头、另一端连接负载，负载同时连接外导管，外导管通过紧固螺母二与抱压头相连接，传输电缆内芯穿过抱压头后与内导体对接并通过紧固螺母一与抱压头把接，使传输电缆外芯固定在抱压头内。进一步的，以上结构为负载机构内部的具体结构，通过负载机构过渡，传输路径由多路传输电缆过渡为一路输出电缆，该输出电缆长度可调节，因此本发明可将能量馈入较狭长的空间，用于开展特殊空间的相关实验。
在外导管与抱压头之间还设置有压块。进一步的，通过压块挤压传输电缆与绝缘管之间的密封圈，可防止内导体与外导管之间的沿面闪络。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种紧凑型脉冲大电流装置，采用双极性充电方式，储能模块为多个单级Marx模块并联组成，金属外壳设计为储能模块的大电流接地，结构紧凑，模块结构电感低，通过改变传输电缆长度和负载结构，装置放电电流上升时间可在数微秒范围内调节；
2、本发明一种紧凑型脉冲大电流装置，储能模块的元器件均布置在连接大电流接地的金属壳体内，因此具有较强的抗电磁干扰能力；
3、本发明一种紧凑型脉冲大电流装置，由于输出电缆长度可调节，因此本发明可将能量馈入较狭长的空间，用于开展特殊空间的相关实验。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明装置的框架图；
图2为本发明储能模块的A面剖视图；
图3为本发明储能模块的B面剖视图；
图4为本发明储能模块中气体开关的剖视图；
图5本发明汇流转接器俯视图；
图6本发明汇流转接器剖视图；
图7本发明负载机构剖视图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-储能模块，2-传输电缆，3-汇流转接器，4-输出电缆，5-负载机构，6-旋压套，7-绝缘支撑杆，8-盖板，9-输出片，10-电容器B，11-开关负电极，12-气体开关，13-开关正电极，14-电容器A，15-外筒，16-底板，17-正充电电阻，18-负充电电阻，19-输出孔，20-输入孔，21-外导桶，22-绝缘筒，23-转接导体，24-上盖板，25-紧固螺母一，26-抱压头，27-紧固螺母二，28-压块，29-过渡接头，30-外导管，31-绝缘管，32-内导体，33-负载。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
如图1～7所示，本发明一种紧凑型脉冲大电流装置，包括依次形成回路的储能模块1、传输电缆2、汇流转换器3、输出电缆4和负载机构5，该负载机构5为电爆丝负载，所述储能模块1内的能量通过8根传输电缆2传输、经汇流转接器3汇流后由一根输出电缆4输出至负载机构5。通过以上结构的设置，本发明可用于引发金属丝电爆炸或金属电极间隙火花放电产生等离子体脉冲，进而在介质中产生压缩冲击波；也可用于驱动螺线圈产生电磁力作用于介质产生强压缩波，用于相关物理实验或工程应用研究。
所述储能模块包括外筒15和安装在外筒15两端的盖板8以及底板16，所述底板的底端接地、顶端把接电容器A14的下端，储能部分由单级Marx模块组成，即通过两个4uF/30kV的电容器(电容器A14和电容器B10)以及一个气体开关12串联组成，电容器A14的上端连接气体开关12的正电极13，并通过100W/1MΩ的正充电电阻17充正高压，气体开关12的负电极11连接电容器B10的下端，并通过100W/1MΩ的负充电电阻18充负高压，电容器B10的上端连接输出片9，并通过绝缘支撑杆7连接在盖板8上。所述盖板8上还装有旋压套6，输出电缆2内芯穿过旋压套6和盖板8后连接在输出片9上、外芯通过旋压套6与盖板8相连接。气体开关12经过触发导通后，电容器A14、气体开关12、电容器B10串联放电，和传输电缆2、盖板8、外筒15、底板16组成放电回路，放电回路处于全屏蔽状态，具有很好的抗电磁干扰能力。
所述汇流转换器3包括外导桶21和上盖板24，外导桶21内套有绝缘筒22，绝缘筒22内装有转接导体23，上盖板24上有8个输入孔20和一个输出孔19，8根传输电缆2内芯分别穿过8个输入孔20后连接在转接导体23上，输出电缆4内芯穿过输出孔19连接在转接导体23上，传输电缆2和输出电缆4外芯均连接在上盖板24上。通过绝缘筒22的设置实现了外导桶21与转接导体23之间的高压绝缘。
所述的负载机构5包括外导管30，外导管30内套有绝缘管31，绝缘管31内装有内导体32，内导体32一端把接过渡接头29、另一端连接负载33，负载33同时连接外导管30，外导管30通过紧固螺母二27与抱压头26相连接，传输电缆2内芯穿过抱压头26后与内导体32对接并通过紧固螺母一25与抱压头26把接，使传输电缆2外芯固定在抱压头26内。在外导管30与抱压头28之间还设置有压块28。通过负载机构5的结构，能量由输出电缆4内外芯的同轴输出过渡为外导管30和内导体32的同轴输出，输出电缆4较粗，外导管30较细长，方便馈入较狭长的空间，开展相关实验。
本发明的工作原理为：通过正充电电阻17给电容器A14充电+30kV，通过负充电电阻18给电容器B10充电-30kV，气体开关12在外触发下导通，两个电容器串联放电，能量通过八根传输电缆2传输至汇流转接器3后，通过一根输出电缆4输出至负载区5，之后作用在负载33上，可产生微秒级上升时间，幅值数百kA的脉冲大电流。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种紧凑型脉冲大电流装置，其特征在于，包括依次形成回路的储能模块（1）、传输电缆（2）、汇流转换器（3）、输出电缆（4）和负载机构（5），所述储能模块（1）内的能量通过多根传输电缆（2）传输、经汇流转接器（3）汇流后由一根输出电缆（4）输出至负载机构（5）；
所述储能模块包括外筒（15）和安装在外筒（15）两端的盖板（8）以及底板（16），所述底板的底端接地、顶端把接电容器A（14）的下端，电容器A（14）的上端连接气体开关（12）的正电极（13），并通过正充电电阻（17）充正高压，气体开关（12）的负电极（11）连接电容器B（10）的下端，并通过负充电电阻（18）充负高压，电容器B（10）的上端连接输出片（9），并通过绝缘支撑杆（7）连接在盖板（8）上；
所述盖板（8）上还装有旋压套（6），输出电缆（2）内芯穿过旋压套（6）和盖板（8）后连接在输出片（9）上、外芯通过旋压套（6）与盖板（8）相连接；
所述汇流转换器（3）包括外导桶（21）和上盖板（24），外导桶（21）内套有绝缘筒（22），绝缘筒（22）内装有转接导体（23），上盖板（24）上有多个输入孔（20）和一个输出孔（19），传输电缆（2）内芯穿过输入孔（20）连接在转接导体（23）上，输出电缆（4）内芯穿过输出孔（19）连接在转接导体（23）上，传输电缆（2）和输出电缆（4）外芯均连接在上盖板（24）上。
2.根据权利要求1所述的一种紧凑型脉冲大电流装置，其特征在于，所述的负载机构（5）包括外导管（30），外导管（30）内套有绝缘管（31），绝缘管（31）内装有内导体（32），内导体（32）一端把接过渡接头（29）、另一端连接负载（33），负载（33）同时连接外导管（30），外导管（30）通过紧固螺母二（27）与抱压头（26）相连接，传输电缆（2）内芯穿过抱压头（26）后与内导体（32）对接并通过紧固螺母一（25）与抱压头（26）把接，使传输电缆（2）外芯固定在抱压头（26）内。
3.根据权利要求2所述的一种紧凑型脉冲大电流装置，其特征在于，在外导管（30）与抱压头（28）之间还设置有压块（28）。
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