[发明专利]一种基于初级脉冲源自耦合的能量转移系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够直接通过初级脉冲源耦合产生触发脉冲并控制能量转移开关闭合释放储能的保护系统和方法，应用于大型脉冲功率装置中对初级脉冲源、主开关、传输线等关键部件的保护。

背景技术

初级脉冲源(如Marx、LTD等)自放和主开关未动作或动作延迟是现有大型脉冲功率装置运行中不可避免的常见故障之一。发生该故障时，脉冲功率装置主开关之前部分会产生一个长脉宽电压波和周期性振荡衰减的电流波，如此会对装置初级驱动源绝缘支撑部件、传输线和主开关绝缘外壳构成较大的威胁，同时，振荡电流波对储能电容器的使用寿命也极为不利。因此，如何实现上述状态下初级脉冲源、传输线及主开关的有效保护成为装置可靠运行的关键。

目前，国内外已研制成功的用于上述故障状态保护的能量转移系统主要有两类，一类是在初级脉冲源输出端设置一通过阻尼电阻接地的自击穿开关(即能量转移开关)，要求其自击穿时刻滞后于主开关导通时刻一定时间；另一类是在初级脉冲源输出端设置一同样通过阻尼电阻接地的触发开关(激光或电脉冲触发)，其击穿时刻与初级脉冲源和主开关触发时刻均通过外围的同步机预先设定。对于第一类能量转移系统，只适用于初级脉冲源对下游传输线充电时间(即初级脉冲源充电时间)较长条件下，一般为微秒量级，且对自击穿开关与主开关击穿时间差无严格要求，例如：在J.Douglas,J.Corley,R.Sears等人的《Performance of self-closing diverter switch for ZR/Z20Marx and intermediate store protect ion》(15^th IEEE International Pulsed Power Conference,Monterey,Cal ifornia USA,2005,pp.174-177)中，介绍了一种油介质自击穿开关配合阻尼电阻保护ZR装置Marx和中储的能量转移系统，ZR装置Marx充电时间约1μs，能量转移开关在主开关导通约300ns后自击穿导通；当初级脉冲源充电时间较短时(数百纳秒)，该类系统难以保证能量转移开关自击穿发生在脉冲上升阶段，而电压脉冲峰值后的开关自击穿时刻难以控制，甚至可能出现不击穿问题，因此该类系统对于具有较短充电时间的脉冲功率装置便不再适用。对于第二类能量转移系统，其能量转移开关动作时刻受外围同步机控制，例如：在P.Corcoran,K.Thomas,V.Carboni等人的《Design of an induction voltage adder based on gas-switched pulse forming lines》(15th IEEE International Pulsed Power Conference,Monterey,California USA,2005,pp.308-313)中，介绍了一能量转移开关为激光触发多间隙气体开关的能量转移系统，其工作过程首先由同步机预设初级脉冲源、主开关和能量转移开关触发时序，同步机输出信号首先触发一激光器，而后通过激光器触发能量转移开关；当初级脉冲源发生自放电时，由于该类系统没有反馈信息，能量转移开关并不能获得相应触发信号，因此该类能量转移系统对初级脉冲源发生自放时不能实现对整个脉冲功率装置的保护，同时由于气体触发开关和激光的使用，该类系统尺寸结构一般均比较庞杂。

发明内容

为解决现有能量转移系统对于初级脉冲源充电时间较短或发生自放电故障条件下难以实现对脉冲功率装置保护的问题，本发明提供了一种基于初级脉冲源自耦合的能量转移系统和方法。该系统能量转移开关采用一场畸变油介质触发开关(以下简称场畸变触发开关)，解决了具有较短充电时间初级脉冲源的适用性问题；同时通过采用从初级脉冲源直接耦合产生电脉冲触发能量转移开关的方法，解决了初级脉冲源发生自放电条件下对装置的有效保护问题。此外，该系统避免了气体触发开关、激光器和同步控制系统的使用，有效缩减了系统尺寸结构、降低了研制成本。适用于各类大型脉冲功率装置中初级脉冲源、传输线和主开关的保护。

本发明的技术解决方案是：

一种基于初级脉冲源自耦合的能量转移系统，其特殊之处在于：所述系统包括阻尼电阻9、触发器5、能量转移开关和充电电阻8；

所述能量转移开关为场畸变触发开关6；

所述阻尼电阻9一端与初级脉冲源输出端4电连接，另一端与场畸变触发开关6的一端电连接，所述阻尼电阻9、场畸变触发开关6置于变压器油绝缘介质环境中；