脉冲功率技术基础

1、脉冲功率技术基础脉冲功率（pulsed power）的实质是将脉冲能量在时间尺度上进行 压缩，以获得在极短时间内（20100ns）的高峰值功率输出。脉冲功率系统一般由初始储能技术（电容器储能、电感器储能、超导储 能、机械储能、化学储能、核能等）产生所需的初级脉冲波形（毫秒 到微秒量级），然后再利用脉冲成形和开关技术，在时间尺度上通过 对能量的脉冲进行压缩、整形，实现输出脉冲峰值功率的放大，并输 出到负载，为高科技装置和新概念武器提供强电脉冲功率源。下面本 文主要根据当今脉冲功率技术发展介绍主要储能系统及脉冲压缩成 形系统相关内容。图示1：脉冲功率系统构成拓扑图一、储能或脉冲发生系统目前脉冲功率

2、技术的储能方法有：电容储能、电感储能、化学储能、机械 储能等几种。1.电容器储能型系统电容储能是被研究最早的一种储能方式，也是目前应用最广的储能方式。其技术成熟，可用于毫秒、 微妙、纳秒量级的脉冲功率装置中。作为储能器件，具有容量大、内 部电感极小、耐压高的特性，储能达数千焦耳至数兆焦耳，缺点是储 能密度低，在10刀以上的装置上使用不够经济。2.电感储能型电源系 统相比电容储能，电感储能的储能密度高，系统体积小、重量轻、造价降低，因此应用电感储能有潜力得到更高的能量利用率和脉冲功 率，并且电感储能系统的绝缘问题相对容易解决。目前被广泛应用于 等离子体物理、强激光、电磁辐射等研究领域。3.化学储

3、能电源系统 化学储能实际上就是利用储能材料相接触时发生化学反应，而通过热 能与化学能的转换储存能量储存起来。它具有很高的储能密度（例如 TNT炸药储能密度为5.25*10八3J/cmsup3;）。并且它们又能快速脉冲地 释放和转换成电脉冲，所以现代脉冲功率技术常采用化学能的脉冲发 电装置，除高储能密度的电化学电源（如蓄电池）外，常用的还有各 种形式的磁通压缩发生器（发电机）、脉冲磁流体发电机和磁流体电 容器等。4.机械储能电源系统 机械储能装置最常见的是脉冲发电 机和单机发电机，并且多是先用透平机或电动机把大质量飞轮驱动起 来旋转到高速度，使飞轮惯性地储存动能，然后突然转接到脉冲发电 机的转子

4、轴上，使其产生电脉冲输出，同时飞轮因释能而被减速或停 转。二、脉冲压缩或成形系统 脉冲成形系统是通过能量或时间压 缩方法，对储能或发生系统输出的功率脉冲进行整形和变窄，以达到 需要的脉冲功率值和脉冲形状以及脉宽的要求。主要有以下几种类型: 1.脉冲功率变压器 脉冲功率变压器不同于一般的脉冲变压器，它 具有大脉冲功率容量，主要用它改变电压和电流幅值，以及压缩和改 变脉冲形状，主要有4类：双谐振脉冲变压器；电缆绕组型脉冲 变压器（空心和铁心的）；纳秒脉冲变流器；特殊脉冲变压器，包括马丁式、HPG馈电式、自耦三段式、非均匀传输线式、串级式 脉冲变压器。2.大功率短路开关大功率短路开关可以隔离或闭合脉

5、冲功率装置，转换能量，缩短脉冲前沿和压缩脉冲，从而改变脉冲 形状。大功率短路开关种类繁多，主要有：用电极触发的气体放电 开关（包括三电极放电器和四电极短路开关）；激光触发的短路开 关；触发真空开关（包括平面电极型、同轴电极型、杆排电极型、 圆筒阳极型和金属等离子体电弧开关）；固体开关（包括可控固体 开关、半导体功率器件和光电导通脉冲功率开关）;表面放电开关； 自击穿开关（包括二电极自击穿开关和多开关型整流器）；大功 率气体和液体场畸变开关;连续一重复脉冲开关;磁开关。大功率断路开关常用于电感储能脉冲功率装置，其功能是切断电路、升 高电压和时间压缩脉冲，主要有：电爆炸导体断路开关（金属丝或 箔）；等离子体融蚀断路开关（融蚀模型和雪犁模型）；机械式断 流器（包括真空断流器、波纹式断流器和受控固体断路开关）；金 属等离子体弧开关；交叉场