张玉宸 1,2戴玲 1,2,*樊晟廷 1,2冯永杰 1,2林福昌 1,2
作者单位
摘要
1 强电磁技术全国重点实验室(华中科技大学),武汉 430074
2 华中科技大学 电气与电子工程学院,武汉 430074
电磁发射的能力主要取决于脉冲功率电源系统,脉冲功率电源的优化是电磁发射技术取得进一步突破的关键技术之一。电感储能型脉冲功率电源在能量密度方面有很大优势,具备深远的发展潜力。基于串联充电和并联放电的XRAM型脉冲功率电源具有结构简单、可扩展性强的优点。分析了多级XRAM电源拓扑结构中二极管器件的工作原理,按照功能分类,提出了简化二极管器件数量的方案。建立了基于ICCOS的30级XRAM型脉冲功率电源带轨道炮负载的仿真模型,每5级为一个电源模块,系统总储能为365 kJ,发射效率近20%。通过对比简化前后模型性能指标的仿真结果,证明了简化第一级的下臂二极管不利于多级电源的运行。简化多级拓扑中的最后一级逆流电容串联二极管,以及在优化逆流电容参数的前提下简化充电晶闸管的反并二极管,对电源模块的放电电流没有明显影响。
电磁发射 电感储能 XRAM 二极管 模块化 electromagnetic launching inductive pulsed power supply XRAM diode modularization 
强激光与粒子束
2024, 36(2): 025002
作者单位
摘要
华中科技大学 强电磁工程与新技术国家重点实验室,武汉 430074
分布储能式电磁轨道炮在长导轨发射中具备高发射效率优势,为实现分布储能式电磁轨道炮的恒流特点,建立可供发射器参数、结构设计参考的仿真模型尤为重要。针对口径为60 mm×80 mm的矩形轨道炮,根据电流波形的平稳性要求,沿导轨方向设置电流馈入点,诊断电枢位置并分时序触发各馈入点电源,以测试分布储能式电磁轨道炮的工作性能。在COMSOL三维磁场中建立矩形导轨-电枢模型,基于电流和磁场的多物理场耦合有限元分析得到磁场和电流的分布,并利用电磁场仿真结果实现电流趋肤效应下轨道电阻梯度计算。基于MATLAB SIMULINK平台对电容储能型脉冲功率电源模块建立电气电路;分析分布储能式电磁轨道炮非线性时变的动态特性并建立轨道及电枢阻抗模型,计算正向电磁力、滑动摩擦力构造电枢的运动方程,并使用信号电路建立电枢-导轨模块,通过Simulink测量模块连接两个隔离的网络,仿真计算得到导轨电流及电枢的出膛速度。设计了总储能为4.16 MJ的分布式储能轨道炮,结果显示,电容预充电压为10.8 kV时,导轨长为3 m的分布式电磁轨道炮可将1 kg的弹丸加速至1.4 km/s,与炮尾集中式电磁轨道炮相比,系统发射效率可提升约3%。
分布储能式 电磁轨道炮 效率 电阻梯度 distributed energy storage railgun efficiency resistance gradient 
强激光与粒子束
2020, 32(2): 025007
作者单位
摘要
华中科技大学 强电磁工程与新技术国家重点实验室, 武汉 430074
为建立有效的晶闸管模型来仿真晶闸管关断时过电压, 减小晶闸管过压损坏的概率, 以最大通流150 kA、耐压5.2 kV的脉冲晶闸管为研究对象, 将其前置于脉冲形成单元回路中作为大功率开关使用, 记录放电过程中晶闸管两端电压及电流。实验数据表明: 恢复过程中的电流下降率、反向恢复电荷、反向恢复电流峰值随通态电流峰值的增大而增大, 晶闸管关断时间随通态电流峰值的增大而减小。此外, 在关断过程中, 当电流下降率在-50~1000 A/μs时, 电流下降率与电流峰值为线性关系。因此, 在大脉冲电流条件下, 推导反向恢复过程参数与通态电流参数的关系时电流下降率可用与电流峰值的线性关系代替。基于Matlab仿真平台, 建立了具有反向恢复过程的脉冲晶闸管模型。该模型仿真得到的晶闸管反向恢复电流峰值与实测结果较为吻合, 反向恢复电压尚待进一步修正。
脉冲功率晶闸管 反向恢复特性 关断过电压 仿真模型 pulse power thyristor reverse recovery characteristics turn-off overvoltage Matlab Matlab simulation model 
强激光与粒子束
2016, 28(11): 115001
作者单位
摘要
华中科技大学 强电磁工程与新技术国家重点实验室, 武汉 430074
针对主电极间距20 mm以上的沿面击穿型多棒极触发真空开关(TVS),研制了开关触发源。触发源利用脉冲变压器产生脉冲高压输出,在脉冲变压器高压侧并联小容值电容并在电容后串联陡化间隙。陡化间隙的加入可以使触发源输出不受触发沿面金属蒸气沉积的影响。通过调节间隙击穿电压也可以提高电容充电电压及储存能量,从而增加TVS触发沿面被击穿时注入到其中的触发能量。使用该触发源对TVS进行导通实验,结果表明,加入陡化间隙后的触发源输出能量大幅提高且不受触发沿面金属蒸气沉积的影响,能够实现TVS的100%可靠导通。
触发真空开关 多棒极型 脉冲变压器 陡化间隙 触发源 triggered vacuum switch multi-rod electrode pulse transformer sharpening gap trigger circuit 
强激光与粒子束
2016, 28(1): 015020
作者单位
摘要
华中科技大学 强电磁工程与新技术国家重点实验室, 武汉 430074
提出了一种多棒极型真空触发开关(TVS),利用3对棒形电极的特殊结构来增大主触头间的燃弧面积,从而有效地提高TVS通流能力。结合真空电弧电压实验,阐述了多棒极型TVS在不同的大电流等级下的电弧发展变化过程。电弧电压的变化表现了多棒极型TVS中多通道并联燃弧及其在各通道之间的电弧转移过程,从而使得真空电弧维持在扩散态。由此开发的TVS样品实现了225 kA的峰值电流,单次转移电荷量45 C。
真空触发开关 多棒极 大电流 真空电弧 triggered vacuum switch multi-rod electrode high current vacuum arc 
强激光与粒子束
2012, 24(4): 823
作者单位
摘要
华中科技大学 强电磁工程与新技术国家重点实验室, 武汉 430074
基于有限元分析软件ANSOFT对触发真空开关触发极附近的静电场分布进行了仿真,并对其工作在不同的极性配置方式下开展了一系列实验。主要研究触发真空开关极性配置方式与导通时延的大小及其分散性的关系,同时分析了静电场对初始等离子体扩散的影响,从而为触发真空开关的结构优化设计提供理论依据。仿真结果表明:当触发极工作在正极性配置下,可以增强触发极附近阴极表面的电场强度,从而有利于阴极斑点的形成,减小导通时延及其分散性,提高其可靠性。实验验证了触发真空开关在正极性配置下的工作可靠性高、时延小,与仿真分析结果一致。
触发真空开关 极性效应 时延 静电场 triggered vacuum switch polarity effect time delay electrostatic field 
强激光与粒子束
2012, 24(3): 587
作者单位
摘要
1 安徽大学生命科学学院,安徽省生态工程与生物技术重点实验室,安徽,合肥,230039
2 中国科学院固体物理研究所,安徽,合肥,230031
运用原子力显微镜(Atomic Force Microscopy, AFM)技术对丹皮多糖的形貌结构进行研究.采用多糖水溶液液珠滴降法制样,AFM非接触模式(non-contact mode)扫描.AFM图像显示,丹皮多糖分子呈现近似球形的结构形貌,小球形颗粒直径为50 nm~80 nm左右,推测是丹皮多糖的基本结构单位.在一定浓度和条件下,丹皮多糖分子小球形颗粒可发生聚集,其中以直径约170 nm~220 nm的圈状和中空球聚集体结构较有代表性.将多糖稀溶液80 ℃加热,可促进多糖分子发生自组装,缔合形成长链超分子结构.超分子结构中的每一亚单位亦由小球形颗粒聚集紧缩而成.AFM图像研究表明丹皮多糖分子在水溶液中倾向采取球状或线团构象并通过链间氢键作用形成分子缔合组装.
多糖 丹皮 形貌结构 原子力显微镜 自组装 
激光生物学报
2007, 16(6): 749
作者单位
摘要
华中科技大学,电气与电子工程学院,武汉,430074
建立了一套辉光放电等离子体对电容器薄膜进行表面处理的装置.采用N2,O2及Ar三种气体对聚丙烯、聚酯和聚苯硫醚膜进行了表面处理.红外光谱分析表明:薄膜表面的生成物与薄膜种类、气体种类和处理强度密切相关.场扫描电镜显示了薄膜表面的刻蚀现象明显.处理过的薄膜,非晶相被去除,球晶暴露.能谱分析说明了薄膜中C元素下降,N,O元素增加,但总体改变量很小.处理前后薄膜的直流击穿电压没有明显改变,但刻蚀过程造成的薄膜表面粗化可帮助电容器的浸渍过程更充分,从而可提高电容器的使用场强与储能密度.
等离子体 表面处理 薄膜 电容器 聚丙烯 聚酯 聚苯硫醚 
强激光与粒子束
2007, 19(8): 1399
作者单位
摘要
华中科技大学,电气与电子工程学院,武汉,430074
主要研究了高储能密度多层陶瓷电容器(MLC)在不同充放电频率、充电电压、充放电占空比和放电反峰系数等条件下的寿命特性,并对其失效机理进行分析.实验发现,正常情况下MLC试品的击穿需要经过局部放电通道不断发展,绝缘逐渐被破坏的过程,寿命较长,发热和试品内部的交变应力是推动局部放电通道不断发展的根本因素.充放电频率的升高使试品发热加剧,寿命缩短;充电电压和放电反峰系数的增大使发热和介质内应力加剧,可以使寿命缩短90%以上.改善散热可以有效提高试品寿命,如当充放电频率为136 Hz时,采用油浸散热比空气自然换流散热寿命延长300%.
多层陶瓷电容器 高储能密度 疲劳击穿 寿命 
强激光与粒子束
2006, 18(10): 1753
作者单位
摘要
华中科技大学,电气与电子工程学院,湖北,武汉,430074
根据陶瓷介质材料具有高介电常数和高工作场强的特性,从理论上分析了陶瓷电容器具有的储能密度高、可工作在数kHz至数MHz的振荡放电回路中和老化缓慢等特性.对试制的1μF/500V的多层陶瓷电容器(MLC)试样品进行了750V的1min直流耐压和100Hz重复充放电等可靠性试验研究,结果表明:该MLC在500V工作电压下(对应的体积储能密度达到720J/L)重复充放电寿命达107次以上;50kHz振荡放电输出电流峰值达320A;试验前后电气性能保持不变.因此,这种陶瓷电容器适合用作强脉冲大功率电源的储能元件.
多层陶瓷电容器 高储能密度 频率 老化 可靠性 Multi-layer ceramic capacitor High energy density Frequency Aging Reliability 
强激光与粒子束
2004, 16(10): 1341

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