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　　快脈沖直線型變壓器驅(qū)動(dòng)源（LTD）是近年來迅速發(fā)展起來的一種新型脈沖功率驅(qū)動(dòng)源。基于該技術(shù)的脈沖功率裝置絕緣要求低、運(yùn)行維護(hù)方便、可以直接產(chǎn)生快脈沖，同時(shí)采用模塊化設(shè)計(jì)，參數(shù)調(diào)整靈活，裝置緊湊，可以實(shí)現(xiàn)重復(fù)頻率運(yùn)行。近十年來，國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)在LTD關(guān)鍵單元技術(shù)方面取得了重大突破，建立起了大量基于LTD的快脈沖高功率裝置。鑒于快脈沖LTD技術(shù)在Z箍縮驅(qū)動(dòng)源、閃光照相以及其他領(lǐng)域的重要應(yīng)用前景，2005年至今，我們相繼研制了國內(nèi)個(gè)快脈沖LTD原理性模塊、100kV/100kA的快脈沖LTD關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證性模塊8以及1MA快脈沖LTD模塊，并完成了200kV低抖動(dòng)多間隙開關(guān)、非晶磁芯以及多路輸出觸發(fā)器等關(guān)鍵技術(shù)研究。本文以100kV/100kA-LTD模塊為原型模塊，成功設(shè)計(jì)研制了輸出電壓/電流分別為1MV/100kA的10級(jí)串聯(lián)LTD裝置。

　　100GW-LTD裝置以目前已經(jīng)研制成功的100kV/100kA快脈沖LTD模塊為原型模塊，采用了10級(jí)相同的LTD模塊串聯(lián)，其中每一級(jí)為10個(gè)子塊（每個(gè)子塊由2臺(tái)電容器和1只多間隙氣體開關(guān)構(gòu)成）并聯(lián)，每一級(jí)LTD模塊含20臺(tái)100kV/20nF電容器和10只200kV多間隙氣體開關(guān)，100GW-LTD裝置系統(tǒng)共需200臺(tái)電容器、100只多間隙氣體開關(guān)，系統(tǒng)標(biāo)稱總儲(chǔ)能為20k，輸出電壓為負(fù)極性，設(shè)計(jì)負(fù)載等效阻抗約為10n.裝置直徑約1.5m，長度（不含負(fù)載區(qū)）約2.2m.為100GW-LTD結(jié)構(gòu)示意圖。

　　裝置設(shè)計(jì)輸出電壓為1MV，為了使裝置結(jié)構(gòu)緊湊，1MV-LTD裝置的次級(jí)設(shè)計(jì)采用真空磁絕緣傳輸線將功率流傳輸?shù)截?fù)載。由于多級(jí)LTD模塊串聯(lián)后，次級(jí)輸出阻抗將逐漸增加，為了使真空磁絕緣傳輸線的運(yùn)行阻抗與LTD模塊輸出阻抗近似匹配，真空磁絕緣傳輸線設(shè)計(jì)為錐形結(jié)構(gòu)，其中后一級(jí)LTD模塊輸出端對(duì)應(yīng)的真空磁絕緣傳輸線運(yùn)行阻抗約10fl，與10負(fù)載阻抗基本匹配。

　　2輔助系統(tǒng)2.1觸發(fā)系統(tǒng)所示為。其中C為儲(chǔ)能電容，電容量為8pF；為使回路在復(fù)位過程中無反向電流，需使回路處于過阻尼狀態(tài)，為此，在回路中串聯(lián)一衰減電阻R，電阻值約為6fl；開關(guān)K既是復(fù)位回路的導(dǎo)通開關(guān)，又是主回路放電時(shí)的隔離間隙，使復(fù)位回路不從主回路中吸收能量。，電流峰值為4. 7kA，持續(xù)時(shí)間（FWHM）大于30ps，滿足磁芯復(fù)位設(shè)計(jì)要求。

　　2.3測(cè)試系統(tǒng)壓結(jié)構(gòu)，其中級(jí)為水電阻長度分壓。采用45°錐的有機(jī)玻璃絕緣環(huán)和均壓環(huán)重疊結(jié)構(gòu)，中間采用1根尼龍拉桿固定。

　　由于被測(cè)二極管負(fù)載的設(shè)計(jì)阻值約為10fl，為了使電阻分壓器不形成過大的旁路電流，同時(shí)兼顧頻率響應(yīng)特性，設(shè)計(jì)分壓器電阻值約為500fl.水電阻總長度為300mm，中間電極距離地電極約4mm，估算低壓臂電阻約為6.7fl，分壓比約為75：1.級(jí)分壓器的輸出端與輸出電纜座之間連接了1個(gè)4kfl的固體電阻，當(dāng)通過輸出電纜連接到輸入阻抗為50fl的示波器時(shí)，第二級(jí)分壓器的分壓比為80：1，因此整個(gè)分壓器的綜電阻分壓器結(jié)構(gòu)圖合分壓比約為6000：1.標(biāo)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明分壓器的分壓比為5 400：1，標(biāo)定結(jié)果與設(shè)計(jì)值略有差別，主要原因在于分壓器中間電極的安裝位置存在一定誤差。

　　3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析為100GW-LTD裝置照片。當(dāng)裝置在高電壓運(yùn)行時(shí)，模塊腔體充SF6氣體作為絕緣介質(zhì)，開關(guān)工作介質(zhì)為干燥空氣。實(shí)驗(yàn)中平面二極管間隙約為24mm.LTD次級(jí)以及二極管區(qū)均為真空環(huán)境，真空度約為4X10?3Pa.表1為100GW-LTD全系統(tǒng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)中連續(xù)5發(fā)實(shí)驗(yàn)獲得的典型數(shù)據(jù)。表中，1/1，71，1和只分別為充電電壓、負(fù)載電壓峰值、電壓峰值時(shí)刻對(duì)應(yīng)的負(fù)載電流、負(fù)載電壓上升時(shí)間（1090）、電壓波形半高寬以及二極管阻抗。由表可知，二極管負(fù)載上獲得的電流約為116kA，電壓約為1.1MV，電壓上升時(shí)間約53ns，電壓脈寬為146ns，二極管阻抗約為9.4n.裝置輸出功率大于120GW，已超過該裝置初的100GW設(shè)計(jì)指標(biāo)。

　　表1 100GW-LTD功率源全系統(tǒng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)典型數(shù)據(jù)generator 100GW-LTD輸出電流和電壓波形及數(shù)據(jù)處理得到的功率和阻抗曲線為第3發(fā)實(shí)驗(yàn)中獲得的電流和電壓波形及數(shù)據(jù)處理得到的功率和阻抗曲線。由圖可知，電流峰值與電壓峰值相比，在時(shí)間上有一定程度的滯后，表明二極管阻抗崩潰比較早。

　　4結(jié)論根據(jù)前期物理設(shè)計(jì)結(jié)果，100GW-LTD裝置以目前已經(jīng)研制成功的100kV/100kA快脈沖LTD模塊為原型模塊，由10級(jí)同樣的快脈沖LTD模塊串聯(lián)而成，系統(tǒng)共需200臺(tái)100kV/20nF電容器、100只200kV多間隙氣體開關(guān)，系統(tǒng)標(biāo)稱總儲(chǔ)能為20k，輸出電壓為負(fù)極性。次級(jí)采用錐形真空磁絕緣傳輸線將功率流傳輸?shù)截?fù)載，設(shè)計(jì)負(fù)載等效阻抗為10n.裝置直徑約1.5m，長度（不含負(fù)載區(qū)）約2.2m.在完成100GW-LTD快脈沖功率源機(jī)械加工、安裝以及低電壓調(diào)試之后，終在85kV電容器充電電壓下，二極管負(fù)載上獲得的電流約為116kA，電壓約為1.1MV，電壓上升時(shí)間53ns，電壓脈寬146ns，二極管阻抗約為9.4n.裝置輸出功率大于120GW.