电爆丝断路开关是在电感储能系统中广泛应用的断路开关,其具有结构简单、成本低、截断能力强的特点。介绍了电爆丝工作的基本原理,其本质为一个快速增长的电阻,利用高阻抗来实现断流。通过PSpice软件建立了电流通过电爆丝断路开关工作时,其电阻变化的模型,从而可以仿真电爆丝断路开关的工作过程。设计了一组电爆丝断路开关的实验,PSpice模型仿真结果同实验结果进行了比较。结果发现,该模型起爆时刻,产生电压幅值等方面和实验结果比较接近,说明该模型比较科学合理,对以后的电爆丝断路开关的设计具有较大的参考价值。分析了产生误差的原因及该种仿真方法的局限性。

研制了适用于激光器的电感储能发生器(GIES)，并研究了它在高压混合气体中的放电和激光参数。研究表明，电感储能发生器可产生高压预脉冲并引起放电电流的突然增大，可在不同的混合气体中形成长时间的稳定放电，从而方便地控制和优化每一种气体混合物的预脉冲参数。在未知IES击穿电压和首次放电幅度下的参数时，电流尖峰会按因子1.5~2减少，从而产生纯激光参数。得到了氮气激光器的最大的辐射功率，输出能量和脉冲持续时间，在脉冲持续时间为40 ns时，紫外输出高达50 mJ，红外输出高于25 mJ，实现了氮分子激光跃迁的级联激射。因此C3Пu-B3Пg带总的脉冲持续时间延长至100 ns。在XeCl，XeF和KrF受激准分子激光器中，脉冲宽度和输出能量都得到了改善。XeF激光器的最大效率达到了1.6%，同时峰值输出能量达到了0.85 J，最大脉冲持续时间超过了200 ns。在248 nm波长处，效率3.3%的KrF激光器产生的160 ns脉冲能量高达650 mJ，最终得到了效率为7.7%~10%的非链式HF(DF)激光器。演示了基于CO2分子高峰值功率的有效运行，结果表明，激光器在10 600 nm处的输出能量为6.2 J，转换效率高达25%。

提出了将传统单个储能电感利用传输线分隔成两部分的新型电感储能脉冲功率驱动源技术方案。理论分析表明,利用传输线电容的耦合延时作用,可有效对调制器输出脉冲波形进行整形,并且可以进一步提高能量转换效率,从而克服传统电感储能脉冲功率源输出波形质量差(类三角波波形)的缺点。基于该思想开展了实验研究,获得了电压约300 kV,电流约20 kA的电子束,并成功驱动S波段磁绝缘线振荡器获得了百MW量级的微波输出。

介绍了一种基于电感储能和电爆炸丝断路开关的多脉冲发生器.该发生器是由作为初级能源的脉冲电容器组、储能电感和多级串联的不同长度、不同截面积的电爆炸丝断路开关组成.实验中在约10 Ω电阻负载上获得了2个大于250 kV和3个大于200 kV的脉冲输出.脉冲数由串联丝阵级数决定,脉冲幅度和脉冲间隔可通过爆炸丝参数、电容器充电电压调节.

给出了电爆炸丝1维磁流体模型的具体描述和基本方程,并利用数值方法求解.通过对含电爆炸丝断路开关的电感储能脉冲功率电路模型的计算,给出了电爆炸丝电流、电压随时间的变化,以及电爆炸过程中丝的密度空间分布,膨胀半径随时间的变化,讨论了电爆炸丝长度和初始电压对电爆炸丝电流、电压的影响.

利用PIC(particle-in-cell)方法,结合实验装置的几何结构和实验结果,采用动态开关模型,对微秒等离子体断路开关和电感负载间的功率流特性进行了研究.模拟得到了与实验结果符合较好的开关电压和负载电流波形,并给出了开关下游出现的稀薄等离子体的密度(约10¹²cm^-3)和速度(约1 cm/ns),同时也得到了开关下游的空间电流分布.模拟结果表明,开关下游的结构应避免阻抗突变以减少电流损失,同时提高开关阻抗可有利于提高负载上的最大功率.

对电感储能/电爆炸丝断路开关功率调节系统进行了数值模拟,研制了输出峰值功率大于20GW的小型化低阻负载电感储能/电爆丝断路开关功率调节装置.实验结果表明:以电容器作为初始能源,在6～10Ω电阻负载上输出脉冲电压大于400kV、脉冲电流50～60kA,峰值功率大于20GW,能量转换效率大于30%.