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直线变压器工作特性研究

作　者: 王淦平
导　师: 常安碧
学　校: 中国工程物理研究院
专　业: 无线电物理
关键词: 高功率脉冲直线变压器(LTD) 数值模拟电路参数
分类号: TM41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 71次
引　用: 5次
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内容摘要

在高功率微波领域,直线变压器(LTD)的研究已经成为近年来脉冲功率技术研究的热点,并逐步成为一些大型脉冲功率装置设计的首选技术,随着LTD技术的快速发展,使其有望成为下一代脉冲功率技术的基础。鉴于直线变压器(LTD)广泛的应用前景,开展LTD的原理性实验研究具有重要意义。首先,本文从理论上分析了LTD的工作原理,推导了LTD各个参数的计算方法,给出了LTD的一般设计原则,并通过数值模拟初步分析了LTD特性参数对输出参数(输出脉冲波形和电压传输效率)的影响。其次,参照实际中使用的LTD装置搭建实验平台,实验研究了LTD的回路电感、激磁电感、漏感以及对地分布电容这几个主要参数对输出参数的影响,将实验结果与模拟结果进行比较,二者存在一些差异,通过分析发现主要原因是数值模拟的电路模型过于理想化,根据实验结构构建模拟电路,得到的结果与实验结果相吻合;提出了通过优化LTD的结构改善输出参数的方案,并通过实验与模拟进行了验证。最后,根据长脉冲课题进度安排开展了模块化LTD放电实验研究,在10Ω匹配的水负载上得到前沿约35ns、脉宽约152ns、幅值约127kV的输出脉冲,电压传输效率约92.4%,并在20Hz时工作稳定;为了使多级LTD能够串联工作,下一步将要解决的是开关的同步运行问题。本论文主要采用了实验研究和数值模拟相结合的方法进行了LTD的原理性实验研究,为以后开展LTD的相关工作奠定基础。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章引言  7-14
  1.1 高功率脉冲技术发展概况  8-9
  1.2 直线变压器的研究现状和发展趋势  9-12
  1.3 论文研究的背景与意义  12-13
  1.4 论文的主要内容  13-14
第二章直线变压器的理论分析  14-25
  2.1 LTD的工作原理  14-17
    2.1.1 LTD的组成和结构  14-15
    2.1.2 LTD的等效电路  15
    2.1.3 LTD对脉冲形成线的充电过程分析  15-17
  2.2 LTD的磁芯方程  17-20
    2.2.1 LTD对电容负载放电  18
    2.2.2 LTD对电感负载放电  18-20
    2.2.3 磁芯储能密度分析  20
  2.3 LTD磁芯的几个特性参数  20-25
    2.3.1 激磁电感  20-21
    2.3.2 LTD的漏感  21
    2.3.3 LTD的动态分布电容  21-22
    2.3.4 LTD耦合系数的计算  22-23
    2.3.5 LTD的电流传输系数  23-25
第三章直线变压器的设计与模拟  25-41
  3.1 磁芯设计  25-30
    3.1.1 磁路设计  25-26
    3.1.2 磁芯材料的选取  26-30
  3.2 LTD输出脉冲前沿设计  30-33
  3.3 开关设计  33-35
    3.3.1 开关的工作原理  33-34
    3.3.2 开关的物理设计  34-35
    3.3.3 开关时间常数的估算  35
  3.4 LTD结构设计  35-39
  3.5 模拟计算  39-41
第四章 LTD的原理性实验研究  41-60
  4.1 实验方法及装置  41-42
    4.1.1 实验电路  41
    4.1.2 测量方法  41-42
  4.2 回路电感L_K对LTD输出参数的影响  42-47
    4.2.1 实验结果分析  42-46
    4.2.2 改进方法  46-47
  4.3 激磁电感L_M对LTD输出参数的影响  47-50
    4.3.1 实验结果分析  47-48
    4.3.2 模拟计算及实验  48-50
  4.4 漏感L_S对LTD输出参数的影响  50-55
    4.4.1 实验结果分析  50-52
    4.4.2 减小漏感的方法  52-54
    4.4.3 模拟计算  54-55
  4.5 分布电容C对LTD输出参数的影响  55-58
    4.5.1 实验结果分析  55-56
    4.5.2 脉冲平顶波纹分析  56-58
  4.6 小结  58-60
第五章模块化长脉冲驱动源LTD放电实验研究  60-71
  5.1 LTD结构及参数计算  60-62
  5.2 技术指标及实验布局  62-63
    5.2.1 技术指标  62
    5.2.2 实验布局  62-63
  5.3 螺旋水线单线结构实验研究  63-68
    5.3.1 单模块LTD实验研究  63-65
    5.3.2 双模块LTD实验研究  65-66
    5.3.3 模拟计算  66-67
    5.3.4 实验分析  67-68
  5.4 水介质Blumlein螺旋线实验研究  68-70
    5.4.1 水介质Blumlein螺旋结构实验  68-69
    5.4.2 水介质Blumlein螺旋结构+传输段实验  69-70
    5.4.3 水介质Blumlein螺旋结构+75ns传输段耐压实验  70
  5.5 小结  70-71
第六章结论  71-72
致谢  72-73
参考文献  73-76
附录  76

直线变压器工作特性研究

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