设计加工了一套可用于测量环形磁芯在8～12 T/μs恒定磁化速率下脉冲性能的实验平台，该实验装置主要包括脉冲形成网络、放电开关、匹配负载及被测磁芯。基于该平台对国产的铁基纳米晶磁芯的磁化曲线进行了测试，得到了铁基纳米晶磁芯在200～300 ns范围内的损耗和非饱和脉冲导磁率。实验结果表明：铁基纳米晶磁芯的相对脉冲导磁率随着磁感应增量增大及工作脉宽减小而减小，磁芯损耗则逐渐增大。

基于脉冲成形加感应叠加技术路线是实现脉冲功率小型化的重要发展方向之一。介绍了设计的直线变压器驱动源单元模块结构，每一单元模块馈入阻抗为2.5 Ω、脉冲宽度为200 ns的高压脉冲，两个模块输出的高压脉冲经过阴极杆感应叠加后输出至负载。实验结果表明:在工作电压40 kV、重复频率20 Hz及40 Hz条件下，两个单元模块经磁芯感应叠加后输出波形的抖动约为2 ns，波形质量与脉冲形成网络直接对匹配负载放电时十分吻合，且各次波形的重复性、一致性较好。

理论分析表明，磁芯的层间电压与带材厚度、带材宽度、加载在磁芯两端的工作电压成正比，与磁芯的有效截面积成反比。实验研究表明磁芯在处理过程中自然形成的氧化膜的耐压能力可以达到3.0～3.6 V。当层间电压大于磁芯层间所能承受的最大电压时，负载上输出波形将出现拐点，导致磁芯的磁感应强度利用率不能达到设计值。在实际应用中，可以通过减小带材宽度等方法，控制磁芯层间电压在3 V以内，从而提高加载在磁芯两端的工作电压，充分利用磁芯磁感应增量至其最大值。

对2.5 Ω,200 ns低阻抗Blumlein型脉冲形成网络进行3维建模，利用有限元仿真软件，分别采用静电场分析方法及高频分析方法对开关端、负载端的电感进行模拟研究,结果表明: 随着工作频率增大,引线电感值逐渐减小，工作频率为2.5 MHz时,引线内电感可以忽略不计。此时模拟得到的引线电感要比静态模拟结果小10 nH左右;两个开关并联工作时不仅要考虑引线自身的电感，还要考虑同步导通时互感的影响，且互感达到了自感的1/4。使用Pspice软件对模拟结果进行仿真，采用电磁屏蔽后输出波形前沿相对于屏蔽前输出波形前沿要小2.1 ns。实验研究结果表明，采用电磁屏蔽前后输出波形的前沿分别为68.8，65.2 ns，减小量与模拟结果基本吻合。

从理论及模拟仿真分析了负载阻抗变化对双线型脉冲形成网络直接给负载放电, 以及通过直线变压器(LTD)给负载放电时电压传递效率、能量传递效率以及峰值功率传递效率的影响。基于设计加工的LTD单元模块实验平台, 通过调节水电阻负载阻值进行了一系列实验。实验研究结果表明：当负载阻值基本与双线型脉冲形成网络的阻抗2.5 Ω相匹配时, 可获得最大能量传递效率80.5%, 此时电压传递效率、峰值功率传递效率分别为84.1%, 73.9%；增大负载阻抗至3.4 Ω时, 可实现99.0%的电压传递效率, 而能量传递效率、峰值功率传递效率仅减小3.5%, 0.3%。根据对实验结果的分析可知, 通过增大负载阻抗可以有效地提高系统的电压传递效率, 且当负载阻抗变化不是太大时, 对系统的能量传递效率以及峰值功率传递效率影响较小。

介绍了一种1 MV低阻抗加速器的结构及其对主开关系统的要求, 并对确定使用的油介质开关进行了优化设计与模拟。优化后的结果显示, 开关工作在1 MV时, 放电电感约100 nH, 分布电容约150 pF, 充电电感约360 nH；开关的放电参数不会对波形造成过大的不良影响, 充电参数不影响Marx发生器给形成线的充电时间, 开关内部电场安全, 变压器油与尼龙交界面不会发生闪络。设计后的开关与其它部件搭建起低阻抗加速器进行调试, 加速器输出约700 kV, 70 kA、脉宽150 ns的电子束, 开关满足实验需求。

对TPI1-10k/50型冷阴极闸流管应用的同步特性开展了研究,通过对闸流管触发参数包括储氢加热电压、直流预电离电流、辅助触发脉冲电流、以及主触发脉冲电流的实验研究,实现了该闸流管在工作电压40 kV、工作电流16 kA、脉冲宽度200 ns、重复频率20 Hz条件下,延时抖动约2 ns。另外通过实验研究发现,通过调节触发参数,可以实现开关延时的调节,达到40 ns范围内精确到±1 ns。

以正态分布作为开关延时的数学模型,讨论了多路开关同步工作时,开关抖动、单路输出波形前沿对直线变压器驱动源多路波形叠加的影响。模拟研究结果表明:开关抖动对输出波形前沿的影响与单路输出波形的质量有关,单路波形前沿越小,开关抖动对感应叠加后输出波形前沿影响越明显。考虑4路同步工作的开关抖动为5 ns,单路波形前沿由10 ns增大到80 ns,感应叠加后输出波形前沿平均增量由6.7 ns减小为1.7 ns,因此当单路输出波形前沿较大时追求开关抖动小的意义不大。

采用无感陶瓷电容器作为储能介质,相邻电容器采用宽度为2 cm、厚度为0.2 cm的金属铝条相连接,设计了2.5 Ω,200 ns低阻抗Blumlein型脉冲形成网络。理论计算表明,当频率等于2.5 MHz时,相邻电容器之间导线的高频电阻约为3.2 mΩ;基于Pspice仿真软件的模拟结果表明,设计的脉冲形成网络能量传递效率可以达到9492%;实验研究结果表明,在2.6 Ω负载条件下,该脉冲形成网络的电压传递效率约为93.53%,能量传递效率约为93.22%。实验结果与理论分析结果基本吻合。

磁芯是直线变压器驱动源(LTD)的关键部件之一,起着初、次级能量传递和次级电压感应叠加的作用,磁芯的能量传递效率对LTD系统的效率、体积和重量影响显著。对LTD系统中影响磁芯能量传递效率的原因进行了初步的分析,并利用Pspice软件的非线性磁芯模型对磁芯的工作过程和损耗进行了模拟计算,最后对LTD磁芯的能量传递效率进行了初步的实验研究,在工作电压为20 kV时、脉宽约220 ns时,在28 Ω负载上获得了大于60%的能量传递效率。