【摘 要】
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HFRC-F(HUST Field Reversed Configuration-Formation)是专门用于场反等离子体形成方法研究的装置,场反等离子体形成区高压脉冲电源系统是其核心部件。本文围绕HFRC-F装置形成区高压脉冲电源系统开展了研究工作,完成了电源方案设计与结构设计,完成了氢闸流管高压脉冲触发器设计,并完成了电源系统的研制与测试。首先,完成了电源系统的电气参数设计与整体结构设计,同
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HFRC-F(HUST Field Reversed Configuration-Formation)是专门用于场反等离子体形成方法研究的装置,场反等离子体形成区高压脉冲电源系统是其核心部件。本文围绕HFRC-F装置形成区高压脉冲电源系统开展了研究工作,完成了电源方案设计与结构设计,完成了氢闸流管高压脉冲触发器设计,并完成了电源系统的研制与测试。首先,完成了电源系统的电气参数设计与整体结构设计,同时,针对常规母排杂散参数较大的问题,开展了高压叠层母排的设计研究。基于场反等离子体形成过程对形成磁场的需求,完成了HFRC-F高压脉冲电源系统的电路拓扑及电气参数的设计。完成了电源的整体结构设计,并结合HFRC-F装置线圈参数,分析了高压脉冲电源系统的运行工况。针对母排杂散参数较高而影响其放电效率的问题,设计了一套高电压叠层母排,其将电源支路杂散电感降低至百n H量级,提高了电源放电效率,降低了续流阶段线圈电流的振荡。其次,针对氢闸流管高功率、高隔离电压脉冲触发器的研制问题,设计并研制了高压悬浮型脉冲触发器。针对传统氢闸流管触发器中高压隔离变压器体积大、成本高的问题,提出了悬浮式脉冲触发器,避免了大量隔离变压器的使用。本文完成了悬浮触发器的脉冲形成回路设计、加热电路设计及绝缘设计,并完成了触发器的研制与测试。测试结果表明,触发器可在30k V悬浮高压下正常工作并稳定导通氢闸流管,开路触发电压峰值可达9k V,带载时触发电压上升率为10k V/μs,触发脉冲时间抖动约7ns,满足设计要求。最后,完成了HFRC-F高压脉冲电源系统的研制与测试系统的搭建,并开展了高压脉冲电源的实验测试。当偏置、预电离、场反转三条支路的电容分别充电至-12k V、20k V、20k V时,以上三个阶段的振荡频率分别为5kHz、125kHz、50kHz,负载线圈电流峰值分别为-20kA、10kA、38k A,场反转阶段电流上升率约为9.5k A/μs。场反等离子体形成区电源是HFRC-F装置的核心部件,本文完成了HFRC-F形成区高压脉冲电源系统的研制与测试工作,为HFRC-F装置的成功运行奠定了基础。此外,本文中关于低杂散参数高压叠层母排以及悬浮式脉冲触发器的设计工作,也可为同类电源的设计与研制提供参考。
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