[发明专利]一种脉冲升流器、脉冲电流产生装置及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于升流器技术领域，具体地，涉及一种脉冲升流器、脉冲电流产生装置及其制备方法。

背景技术

脉冲大电流被广泛应用于核物理、电磁成形和电磁弹射等领域。随着科学研究的深入和应用范围的扩大，人们需要找到一种能产生更高幅值的脉冲大电流的方法。

目前，脉冲大电流主要由脉冲电流发生器产生。脉冲电流发生器大多采用电容器储能，储能完成后通过触发开关导通，使得电容器在短时间(us级)内以极高的功率密度向负载放电。在这种工作模式下，脉冲电流发生器的最大输出脉冲电流值取决于电容器的容量和放电电压，电容器的容量和放电电压越大，输出的脉冲电流值就越大。

然而，在实际应用中电容器的耐压水平决定了脉冲电流发生器的最大放电电压。虽然可以通过增大电容器的容量来提高放电能量从而增大输出的脉冲电流，但脉冲电流发生装置的生产成本、体积以及输出脉冲电流的脉宽也会随着电容器容量的增大而增大，尤其是当脉宽大于一定值时输出的脉冲电流可能不再满足实际应用需求。

另外，脉冲电流发生器的最大输出脉冲电流值还受限于触发开关的最大允许电流。最大输出脉冲电流值不应大于开关的最大允许电流，否则开关可能会损坏甚至烧毁。

再者，脉冲电流发生器的负载只需要脉冲电流发生器提供脉冲大电流，而不需要提供高电压。但实际应用中脉冲电流发生器和负载往往采用直接连接形式，负载两端承受不必要的高电压，会对负载造成损害。

因此，现有的脉冲大电流产生方法存在以下不足：

受限于电容器的容量和耐压值以及触发开关的最大允许电流，脉冲电流发生器可提供脉冲大电流的幅值有限；

脉冲电流发生器与负载直接连接，负载承受不必要的高电压，存在绝缘威胁。

找到一种能同时解决以下问题的方法，将有利于在现有技术的基础上进一步提高最大输出脉冲电流值，或在输出脉冲电流值一定时减小电容器容量、放电电压和通过开关的电流。

现有的升流器采用铁芯结构来实现聚磁和引磁，当升流器原边电流达到5KA级以上，内部磁场强度达到5T级以上时，常规铁芯达到饱和，显著降低聚磁和引磁效果，导致传统的升流器无法用于对5kA以上电流进行升流输出更高幅值的脉冲电流。

发明内容

为了弥补上述不足，本发明提出一种脉冲升流器、脉冲电流产生装置及其制备方法，其目的在解决现有的脉冲升流器由于采用铁芯结构使得无法对超过5kA脉冲电流进行升流的技术问题。

为了实现上述目的，作为本发明的一方面，本发明提供了一种脉冲升流器，包括：

从内到外依次嵌套布置的线圈骨架、初级线圈以及感应环，和同感应环并排套于初级线圈外固定环；在初级线圈和感应环之间设置有气隙；

初级线圈的输入端作为脉冲升流器的输入端，感应环为环状导体结构，在感应环上设置有绝缘间隙，绝缘间距的两端作为脉冲升流器的输出端；固定环用于同线圈骨架共同固定初级线圈和感应环；

脉冲电流经由脉冲升流器的输入端进入初级线圈，通过初级线圈、感应环以及初级线圈同感应环之间的气隙实现将脉冲电流升压为高脉冲电流。

优选地，脉冲升流器还包括第一加固层和第二加固层，第一加固层位于初级线圈和感应环之间，第二加固层套于感应环的外部，用于防止初级线圈和感应环受到电磁力沿径向变形。

优选地，线圈骨架包括骨芯以及在骨芯的两端分别设置的第一端部和第二端部，第一端部和第二端部同心固定在骨芯上，初级线圈上端与第一端部接触，初级线圈下端与第二端部接触，第一端部和第二端部用于限制初级线圈受到电磁力后沿轴向变形。

优选地，感应环的宽度同线圈的宽度相同，可以实现将初级绕组产生的磁场限制在内部，避免能量的损耗。

优选地，线圈骨架的第一端部设有两个通孔，在线圈骨架的第二端部设有槽，初级线圈的进线端和出线端各穿过一个通孔，感应环的输出端穿过槽。

优选地，感应环材料为良导体金属。

优选地，第一加固层和第二加固层为极限强度在3.0GPa以上的玻璃纤维或有机纤维。

作为本发明的另一发面，本发明提供一种脉冲电流产生装置，包括：

脉冲产生器和输入端与脉冲产生器的输出端连接的脉冲升流器；

脉冲产生器用于产生初级脉冲电流，脉冲升流器用于对初级脉冲电流进行升流处理，输出幅值放大的脉冲电流。

作为本发明的另一发面，本发明提供一种脉冲升流器的制备方法，包括如下步骤：

对导线以施加预紧力和加固剂的方式缠绕在线圈骨架的骨芯上，制备并固定初级线圈；