熊兰的讲座脉冲功率技术
脉冲功率技术
目录目录 0摘要 (1)一、脉冲功率技术的发展历史及现状 (2)二、脉冲功率技术的储能技术 (4)2.1惯性储能 (4)2.1.1直流发电机 (5)2.1.2单极脉冲发电机（HPG） (5)2.1.3同步发电机 (6)2.1.4主动补偿脉冲发电机 (7)2.2电容储能 (8)2.2.1电容器组放电 (8)2.2.2电容器组放电技术要点 (8)2.3电感储能 (9)2.3.1电感与电容器储能密度比较 (9)2.3.2电感储能的缺点 (10)三、串联谐振CCPS恒流充电 (11)3.1串联谐振CCPS概述 (11)3.2串联谐振CCPS工作原理 (11)3.3串联谐振CCPS恒流充电的MATLAB仿真 (14)总结 (16)参考文献 (17)脉冲功率技术摘要所谓脉冲功率技术是指将很大的能量（通常为几百千焦耳至几十兆焦耳）储存在储能元件中通常为电容器、电感器等, 然后通过快速开关（动作时间在毫微秒左右）将此能量在毫微秒至微秒时间内释放到负载上, 以得到极高的功率（兆瓦左右）。
脉冲功率技术研究的主要内容是如何经济地和可靠地储存能量, 并将大能量和大功率有效地传输到负载上。
不断提高的能量、功率、上升时间和平顶度、重复率、稳定性和寿命的要求, 给脉冲功率技术提出了一系列的科学技术问题。
本文介绍了，给储能元件电容充电的一种恒流充电电源，分析了CCPS充电的原理以及实现问题。
关键词：脉冲功率，CCPS,恒流充电，储能技术脉冲功率技术及其应用一、脉冲功率技术的发展历史及现状脉冲功率技术（PPT,Pulsed Power Technology）正式作为一个独立的部门发展,还是近几年的事。
事实上作为脉冲功率技术基础的脉冲放电, 早就存在于大自然中。
而对脉冲放电的研究则开始于研究天然雷电特性, 以及它对输电线路、建筑物危害及其防护措施。
当时这种放电仅限于毫秒级和微秒级。
四十年代末期, 就有人开始注意到亚微秒及毫微秒级的高压强流脉冲放电形式。
脉冲功率在快速加热方面的应用
脉冲热压机
• 脉冲热压机，脉冲热压机利用变压器产生一个低电压的大电流， 通过焊接头令其迅速发热。这里的脉冲电流，具体可以指电流 的ON及OFF频率比例，此脉冲比例越大，电流输出越大，焊 接头升温越快。脉冲热压机将工件置于夹具（如有需要，可启 动真空将其固定）。将夹具送至焊接头下，按双开始键，焊接 头下压着工件（开始加热），温度按输入参数迅速上升及准确 恒温，最多可达4个温区（此时焊锡回流），吹气冷却（焊锡 凝固），焊接头上升（完成）。 • 通过在热压头上加载一定的脉冲电压，热压头发热，将与此相 连接的物体升温，当温度升到焊锡熔点后（即升到事先设定的 温度后），将与此相连的物体间锡熔融并将其连接在一起。一 般的脉冲热压机使用温度闭环的控制。 • 脉冲热压机应用在以下产品生产工艺中：USB排线焊接、软排 线FFC与软性线路板FPC或硬性线路板PCB的焊接、TCP与线 路板PCB或软性线路板FPC之间的焊接、软性线路板FPC与线 路板PCB之间的焊接等。
脉冲功率技术在快速加热中的应用
武汉大学 电气工程学院 School of Electronic Engineering and Automation,WHU.
摘要
• 脉冲功率技术又称高功率脉冲技术，它是一个研究在相对较长的 时间里把能量储存起来，然后经过快速压缩、转换，最后有效释 放给负载的新兴科技领域。 • 它的技术特点是高脉冲功率、短脉冲持续时间，高电压和大电流。 脉冲功率技术的应用非常广泛，其中快速加热就是一种。一般所 说的脉冲加热特别指工业上的脉冲热加工。 本文基于脉冲功率技术在快速加热中的应用为线索 首先，是讲诉了脉冲功率系统的基本组成和经典的Marx发生器； 其次，给大家讲解了什么是脉冲电流，它的特点和作用是什么； 随后，重点讲了脉冲功率技术热加工的原理及其应用，介绍了脉 冲热压机； 最后，是阐述了一下脉冲热加工的研究现状，展望了它的未来。
声光技术第06讲脉冲TEACO2激光器
TEA CO2激光器在工业领域的应用前景
材料加工
利用TEA CO2激光器的高功率和能量密度，可以实现对各种材料的 快速、高效加工，如切割、打孔、焊接等。
微纳制造
脉冲TEA CO2激光器在微纳制造领域具有广泛的应用前景，可用于 制造微型器件、光电器件等。
生物医学工程
在生物医学工程领域，TEA CO2激光器可用于生物组织的无损检测、 手术切割和光动力治疗等。
激光输出和调整工作参数等。
控制系统的设计和优化对于实现 稳定、高效的激光输出至关重要。
03
TEA CO2激光器的性能参数
输出功率
输出功率
脉冲TEA CO2激光器的输出功率通常在数百瓦到数千瓦之间 ，具体取决于激光器的型号和规格。高功率的激光器能够提 供更强的能量，从而在工业加工、科学研究等领域具有更广 泛的应用。
TEA CO2激光器的组成与结构
放电管
放电管是脉冲TEA CO2激光器的核心 部件，其作用是产生激光。放电管通常 由高纯度石英或硬质玻璃制成，内部填
充有CO2气体。
在放电过程中，气体分子吸收能量并被 激发到高能态，当高能态分子返回到低
能态时，释放出光子，形成激光。
放电管的设计和制造要求非常高，因为 其直接影响激光器的性能和稳定性。
06
TEA CO2激光器的发展趋势与展望
TEA CO2激光器的技术特点
高功率输出
脉冲TEA CO2激光器能够实现高功率的输出，具有较高的能量 密度，适用于各种材料加工和切割应用。
高效转换效率
该激光器采用先进的脉冲技术，实现了高效的能量转换效率，降 低了运行成本。
长寿命
由于其稳定的脉冲工作模式和高效的散热设计，TEA CO2激光 器的寿命较长，减少了维护和更换的频率。
脉冲功率技术综述
型（笔者的发明专利），它们均利用爆炸 线、径向传输线和螺旋传输线。
激波加热惰性气体成等离子体作磁流
（２）Ｂｌｕｍｌｅｉｎ线
体，因此具有异常高的磁雷诺数和窄脉
它是一种双层传输线，匹配负载能
宽输出；而 ＭＦＣＧ－ＭＨＤ 型是利用爆炸磁 获得线的充电电压值，通常分为平板型
通压缩为 Ｍ Ｈ Ｄ 机的磁体励磁，从而得到 和同轴型，图 １２（ａ）表示 Ｂｌｕｍｌｅｉｎ 线工
脉冲功率技术综述
■ 武汉大学电气工程学院电磁发射研究所 王 莹
概 念
１． 脉冲功率定义 尽管脉冲功率学科已诞生 ４０ 余年， 并被《中国电气工程大典》收录，被国 务院定为二级学科；但世人至今知之甚 少或了解不全面。就其字面而言，“脉 冲”表示在时间间隔宽度内输出的量数 值，“功率”是单位时间内的能量（Ｊ／ｓ）， 合义便是以脉冲形式出现的功率（单位 时间能量），即“脉冲功率”（ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｄ ｐｏｗｅｒ）。 但涵义并非如此简单。由于历史上 最初提出该术语人的疏忽和翻译的不甚 考究，对“脉冲功率”的字面涵意并不 能完全顾名思义地理解。现代人常对 ｐｕｌｓｅｄ ｐｏｗｅｒ这样解释：将电能慢慢地高 密度储存起来，然后脉冲地短时间快速 释放出来，从而获得巨大脉冲功率。 显然这里有两处词不达意：第一，自 然界有多种脉冲功率型式，诸如水库水 闸放水、地震、海啸、火山喷发、星球碰 撞、核爆炸、雷电等都有脉冲功率出现； 而电脉冲功率仅是其中的一种。４０ 年前 提出“脉冲功率”术语的人认为其他型式 的脉冲功率不可控、不便应用，他们就省 去了“电”字，仅用 ｐｕｌｓｅｄ ｐｏｗｅｒ 直接代 表“电脉冲功率”到现在。第二，从字面
图 ４ 全电感隔离型 Ｍａｒｘ 发生器
功率；三是空间和时间压缩并举。因为 提高功率的办法只有增多能量或缩短释 放时间；因此，脉冲功率系统应当包括 三大部分：①储能或脉冲发生系统；② 脉冲压缩或成形系统；③负载及其应用 系统。如图 ２ 所示。
第三章 超短脉冲技术
➢实现锁模的方法
❖ 主动锁模：调制器的调制特性人为主动可控。
振幅调制锁模 相位调制锁模
❖ 被动锁模：其过程非人为可以控制。
❖ 同步泵浦锁模：主动锁模激光器泵浦另一激光器
❖ 自锁模
3.2主动锁模
如图所示，在激光器谐振腔内安置一振幅或相 位调制器，适当控制调制频率和调制深度可以实 现激光器的纵模锁定。
一、自锁模机理
一般认为，自锁模现象是利用增益介质的自聚 焦效应形成的克尔透镜和光阑构成一个与强度相关 的投射来产生短脉冲。
如果在束腰附近加上光阑，与自聚焦的结 合就相当于一个可饱和吸收体。由于脉冲中央 光强较大，透镜对脉冲中央有更强的聚焦，使 其几乎无损耗地通过光阑。而前后沿的强度较 小，透镜对脉冲前后有较小的自聚焦，使其损 耗大于脉冲中央。脉冲在腔内循环时，将不断 的被抑制而消失，而中间部分不断被放大，使 得脉冲不断被压缩，形成稳定的锁模。
只要选择具有负色散的介质就可以使超短脉冲 进一步的压缩。
目前压缩超短脉冲的方法有以下两种：
(t )
(a)Tr << τp，脉冲前 后沿具有负啁啾， 脉冲中间部分只有 正啁啾，谱带加宽， 而且是向原载波频 率ωo的高端和低端 同时扩展。
（b）Tr >>τp，脉 冲频谱的扩展只是 向ω ＜ω。端扩展， 即频率向低频端扩 展。
图3.5-1 超短光脉冲在介质传输中的自相位调制效应
如果考虑介质的色散时，当啁啾和色散同号时 脉冲被展宽，异号时变窄。当介质具有正色散时， 以负啁啾为特征的脉冲前沿和后沿被压缩，而以正 啁啾为特征的脉冲中间被展宽，脉冲波形变成方波。 当介质具有负色散时，具有负啁啾的脉冲前沿和后 沿被展宽，而脉冲的中间部分被压缩，从而导致整 个脉冲波形变窄。
高重复频率脉冲功率技术及其应用_2_电路学方法与电磁学原理_江伟华
ｗＥ ＝
质各向同性 ， 即物理特性与电磁场的方向无关 。 由 Ｐ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｙ ｇ 矢量 （ ） Ｓ ＝ Ｅ ×Ｈ ４ 给出的物理量表示单位时间内通过单位面积的能量 ， 即功率面密度 。 因此在电场和磁场同时存在的区域 ， 当二 者不相互平行时能量是发生流动 的 。 另 外 ， 电场和磁场是可以相互感应的， 决定这个关系的是 Ｍ ａ ｘ ｗ ｅ ｌ ｌ方 程 式， 即
第２期
（ ） 江伟华 ： 高重复频率脉冲功率技术及其应用 ： 电路学方法与电磁学原理 ２
２ ５ ５
） 传输功率会更低 。 值得注意的是 ， 式（ 当 Ψ →０ 或 Ψ → ∞ 时趋于零 ， 即没有功率传输 。 这两种情况分别代表 １ １ 静态的电感储能和电容储能 。 ２． ２ 传输线的电磁学描述
高重复频率脉冲功率技术及其应用 ： ） （ 电路学方法与电磁学原理 ２
＊
江伟华
（ ） 清华大学 电机系 ，北京 １ ０ ０ ０ ８ ４
系统性地阐述了脉冲功率产生过程的基本原理 。 采用统一 的 理 摘 要 ： 以电磁学的基础概念为出发点 ， 描述了电磁能量的储存 、 传输和释放过程的物 理 规 律 。 从 特 征 阻 抗 的 角 度 论 述 了 储 能 器 件 、 传输器件 论模型 ， 解说了几种典型脉冲功率发生器的电路方 及开关等脉冲功率系统核心元素之间的区别与联系 。 在 此 基 础 上 ， 法及其工作原理 ， 它们包括脉冲形成线法 、 脉冲压缩法和场通量压缩法 。 关键词 ： 脉冲功率 ； 高电压 ； 短脉冲 ； 高功率脉冲开关 ； 电力电子 ； 气体放电 ： ／ ８ ３ ６ 文献标志码 ： ｏ ｉ １ ０． ３ ７ ８ ８ ＨＰ Ｌ Ｐ Ｂ ２ ０ １ ２ ２ ４ ０ ２． ０ ２ ５ ３ 中图分类号 ： ＴＭ Ａ ｄ
脉冲功率技术
华中科技大学研究生课程考试答题本考生姓名李猛虎考生学号 M201371361 系、年级高电压与绝缘技术2013级类别硕士考试科目脉冲功率技术考试日期 2013年12月15日脉冲功率技术是指把较小功率的能量以较长时间慢慢输入到能储存能量的设备中，然后通过动作时间在毫微秒左右的快速开关将此能量在毫微秒至微秒时间内释放到负载上，以得到极高的功率，实质上是输出功率对输入功率的放大。
脉冲功率系统中能量的储存方式有许多种，如电容储能，电感储能，脉冲电机储能以及电池储能等。
脉冲功率技术研究的技术指标为：电压1kV~10MV，电子能量0.3~15MeV（电子伏），述流大小1kA~10MA，脉冲宽度0.1~100ns，束流功率0.1~100TW，总能量：1kJ~15MJ。
脉冲功率技术的特征是：高脉冲功率，短脉冲持续时间，高电压，大电流。
脉冲功率技术，是以电气科学技术为基础，把电工新技术和高电压－大电流技术融为一体的新型学科。
脉冲功率技术在国防科研和高新技术领域有着极为重要的应用,而且现在已经越来越多地应用于工业和民用部门,它是高新技术研究的重要技术基础之一,有着极其广泛的发展和应用前景。
脉冲功率的发展历程脉冲放电现象存在于大自然。
人们最早是在20世纪30年代开始研究脉冲功率现象。
1938年，美国人Kingdon和Tanis第一次提出用高压脉冲电源放电产生微秒级脉宽的闪光X 射线；1939年，苏联人制成真空脉冲X射线管，并把闪光X 射线照相技术用于弹道学和爆轰物理学实验。
采用高压脉冲电容器并联充电、串联放电方式来获得较高电压脉冲。
第二次世界大战期间，企图将脉冲功率技术应用于军事的电磁炮和其他研究再度兴起，也促进了脉冲功率科学技术的形成和发展。
1947年，英国人A.D.Blumlien以专利的形式，把传输线波的折反射原理用于脉冲形成线，在纳秒脉冲放电方面取得了突破。
1962年，英国原子能研究中心的J.C.Martin领导的研究小组，将Marx发生器与Blumlien的专利结合起来，建造了世界上第一台强流相对论电子束加速器SOMG（3MV，50kA，30ns），脉冲功率达TW（1012W）量级，开创了高功率脉冲技术的新纪元。
脉冲功率技术综述续
官丰自珂龙（Ｐａｔｒｉｃｋ Ｋｒｏｎ）强调，为了尽可能顺利渡过经济危 机，集团已推｝ｎ相应行动计划，在确保高额储备订单项目均能 圆满完成的同时，注重优化成本、提升灵活应变能力并按轻重 缓急制定投资计划。
从上述可见，脉冲功率科学技术是 电气科学技术发展的必然产物，与冲击
高电压和大电流技术密切相关，是应用 电工理论发展起来的新技术；在诞生的 ４０年内，已有长足和迅猛的进展，已成为 一门学科或科学技术，特别对推动和发 展国防科学技术进步有重大影响，致使 形成“电磁武器”门类。成为新概念武器 的基础，导致笔者率先在世界提出“新概 念武器”术语和出版相关专著，并成为兵 权领域新学科。所有这些成果，都是缘于 脉冲功率技术在众多应用方面，尤其在 新概念（电磁）武器方面有诱人的应用潜 力，刺激人们重视和发展它的结果，脉冲 功率科学技术发展前景美好。
产
经
脉冲功率技术综述（续）
■ 武汉大学电气工程学院电磁发射研究所 王 莹
负载类型及其应用
１。产生强流粒子束 把脉冲高电压加到各种二极管上可 产生强流粒子束或闪光ｘ射线。强流粒 子束町以用于：①抗核加同研究；②作 粒子束武器；③集团离子加速；④电子 束产生热激波；⑤电子束起爆高能炸 药；⑥电子束加速大质点；⑦制作脉冲 中子源；⑧惯性约束聚变研究；⑨尾流 场加速；⑩建立脉冲７（Ｘ）射线环境（见 图５ａ）。图１就是一台中型强流电子束加 速器。 ２．泵浦强激光（武）器 现代新概念强激光武器，多采用电 脉冲功率泵浦。这类强激光器主要有： 电泵浦ＣＯ，激光器、准分子强激光器、自 由电子激光器（放大型和振荡器型）、软 ｘ射线激光。 ３．激励强电磁脉冲 强脉冲电磁场有荸要用途，一方面 可用它作电磁脉冲武器以便软或硬杀伤 目标；另一方面，可用产生的强电磁脉 冲进行各种模拟试验，以此加固己方的 电子、电力系统，避免电磁干扰破坏。 激励高功率电磁脉冲的方法分两 类：一类是用高功率粒子束激励，产生 高功率微波，制作微波武器；二是用高
电感储能型脉冲形成线高重复频率脉冲功率发生器
第30卷第2期强激光与粒子束V o l.30,N o.2 2018年2月H I G H P OW E R L A S E R A N D P A R T I C L E B E AM S F e b.,2018电感储能型脉冲形成线高重复频率脉冲功率发生器*余亮1,須貝太一1,德地明1,2,江伟华1(1.长冈技术科学大学极限能量密度工学研究中心,新泻县长冈市940-2137;2.脉冲功率技术研究所株式会社,滋贺县草津市520-0058)摘要:利用传输线中的电感单元和电压叠加的方式来获得纳秒(n s)级矩形高压脉冲是一种全新的思路㊂描述了这种发生器的基本原理,并利用同轴电缆和MO S F E T开关制作了两种原型脉冲发生器(单线型和双线型)来论证此方案的可行性,并进行了初步实验验证,在四模块叠加的情况下,分别实现了4k V/20A,20n s和2k V/40A,20n s的短脉冲㊂实验结果表明,电感型脉冲形成线电压叠加器是一种有潜力的紧凑型高压脉冲发生器㊂关键词:高电压;纳秒脉冲;高重复频率脉冲高压发生器;电力电子;气体放电;高功率脉冲开关中图分类号: TM836文献标志码: A d o i:10.11884/H P L P B201830.170390长久以来,热等离子体物理应用研究和强光光源技术的发展,是推动脉冲功率技术发展的主要动力㊂而近十几年来,随着冷等离子物理研究的深入和高压工程技术的发展,出现了一些新的应用㊂它们推动着脉冲功率源向小型化㊁高频率化㊁高效化㊁模块化的方向发展[1-3]㊂从基础技术方向来看,以电场储能技术和闭合开关技术为代表的脉冲源,已经走向成熟并得到广泛的应用[4-5]㊂而另一个重要的技术路线,是利用磁场储能和断路开关来控制功率输出㊂显然,磁场储能型脉冲源有很多优点㊂例如:相对传统的电场储能电路,磁场储能的储能密度更高,采用电流储能使得前级充电电压更低,因此电路更加紧凑㊂其次,它对回路电感不敏感,有利于平衡脉冲源的峰值功率和上升时间的矛盾[6-8]㊂但是,由于高速高容量的断路开关的限制,以及采用简单的纯电感造成阻抗匹配困难㊁波形畸变和整体效率低下等问题,限制了磁场储能型脉冲源的普及㊂目前,如何实现高压㊁矩形脉冲输出和高效的磁场储能脉冲发生器电路拓扑鲜有报道[9-10]㊂本文讨论的磁场储能电路拓扑具有以下特征:通过电压叠加能获得更高的功率输出,传输线的使用保证其能输出类似的矩形脉冲,半导体开关的使用有利于重复频率运行,而作为一种电感储能的发生器更能满足对脉冲源的紧凑性和小型化的要求㊂1电感储能脉冲形成线1.1电路理论模型众所周知,传输线可以等效为无数微小电感和电容组成的Γ型电路㊂就和电场储能脉冲形成线利用传输线中的电容作为储能元件一样,传输线中的电感也可以作为储能元件,当传输线阻抗与负载阻抗匹配时,也可以获得一个近似于矩形的电脉冲,不同点在于这需要一个断路开关来控制输出脉冲而不是闭合开关㊂运用以上方式来产生脉冲的电路,可以被称为电感储能形成线(I P F L),其理想理论模型如图1所示㊂F i g.1 C i r c u i tm o d e l o f i n d u c t i v e p u l s e f o r m i n g l i n e图1电感储能脉冲形成线电路模型从拓扑学的角度来看,电感储能脉冲形成线和电场储能脉冲形成线互为 对偶图 ㊂图1(a)所示的电路对偶于典型的电容储能形成线,而图1(b)所示的电路对偶于著名的 B l u m l e i n线 ㊂为了了解电感储能脉冲形成线的放电过程,可以做以下假设:单根传输线的空间长度为l,总电感为L,总电容为C㊂此时,传输线的阻抗Z 和导纳Y,以及电磁波在传输线中的传输速度v为*收稿日期:2017-10-04;修订日期:2017-11-20作者简介:余亮(1986-),男,博士研究生,主要从事脉冲功率及电力电子器件应用等相关技术研究;y u l i a n g@s t n.n a g a o k a u t.a c.j p㊂025006-1强激光与粒子束Z=1Y=L C,v=1L C(1)而从输出端来看,对于电感型储能形成线单线电路(图1(a)),当传输线中的初始充电电流为I时,同时负载阻抗(R)与传输线阻抗(Z)匹配,即Z=R,或Y=G(G是负载导纳G=1/R)时,输出脉冲的电压幅值V o u t和脉冲宽度τ为V o u t=I2R=12I Z=V s,τ=2l L C(2)值得注意的是,此时负载电压和开关上的电压(V s)相等,由于开关S与负载与传输线并联,而输出电流是充电电流的一半,输出脉冲宽度是单传输线时间长度的两倍㊂对于双线电路(图1(b)),当传输线中的初始电流为Iᶄ时,此时阻抗匹配的条件为负载阻抗为单根传输线阻抗的一半,即Rᶄ=Z/2,或负载导纳Gᶄ=2Y㊂而输出脉冲的电压幅值Vᶄo u t和脉冲宽度τᶄ为Vᶄo u t=IᶄRᶄ=IᶄZ2=Vᶄs2,τᶄ=2l L C(3)和单线电路不同的是,此时负载上的电压是开关上电压的一半,并且会有一个单线时间长度的延时,输出电流和充电电流相等㊂输出脉冲宽度同样是两倍的单传输线时间长度,和单线情况相同㊂从式(2),(3)中可以看出,充电电流是关键变量,理想情况下恒流源是一个好的选择㊂但是,考虑到市场上的直流电源产品,恒压源往往比恒流源容易获得㊂由于充电时间t远长于电磁波在传输线的传播时间,图1中的电路考虑为集中参数,在恒定直流电压为V i n作用下,电感储能形成线的充电过程可以等效为一阶电路零状态响应电路㊂通过式(4),(5)可以分别得到单线和双线的充电电流I和Iᶄ㊂I=V i nR o n+R l i n e[1-e-(R o n+R l i n e)t L](4)Iᶄ=Vᶄi nR o n+2R l i n e[1-e-(R o n+2R l i n e)t2L](5)式中:R o n是开关的导通电阻;R l i n e是单传输线的线路电阻㊂联立式(2)~(5),可以获得两种电感储能形成线输出电压和输入电压的关系等式,即V o u t=12I Z=V i n Z2(R o n+R l i n e)[1-e-(R o n+R l i n e)t L](6)Vᶄo u t=IᶄZ2=Vᶄi n Z2(R o n+2R l i n e)[1-e-(R o n+2R l i n e)t2L](7)从式(6),(7)不难得出这样的结论,如果充电时间足够长,即式(6),(7)中的指数项趋于零,此时传输线有一定的阻抗Z,这个阻抗显然远大于开关的导通电阻R o n和传输线的线路电阻R l i n e㊂因此,电感储能型形成线能获得电压增益㊂1.2实验验证一个简单的放电实验被设计来验证1.1中的推论和展现电感型储能形成线的特性㊂实验方案如图2所示㊂在商业半导体开关中,MO S F E T有以下几个显著优点:首先,驱动功率小,驱动电路简单;其次,作为多子器件,没有载流子储存效应,具有极快的开关速度,而开关的动态特性仅仅由寄生电容决定;最后,拥有较宽的安全工作区,没有电流集中,没有二次击穿的问题㊂因此,实验选择MO S F E T作为断路开关,使用同轴电缆作为传输线,电容器C0取代图1中的恒流源㊂F i g.2 E x p e r i m e n t a l c i r c u i t s c h e m a t i c o f i n d u c t i v e p u l s e f o r m i n g l i n e(I P F L)图2电感储能脉冲形成线实验电路原理图025006-2余亮等:电感储能型脉冲形成线高重复频率脉冲功率发生器实验中所用到的主要元器件如表1所示㊂同轴电缆的长度为2m,输出脉冲宽度的理论值为20n s㊂电容器C0由470μF铝电解电容和3.3μF陶瓷电容并联组成㊂MO S F E T选用I X Y S公司的高速开关及其专用驱动I C㊂表1实验中所用的主要元器件T a b l e1M a i n c o m p o n e n t s u s e d i n e x p e r i m e n t sc o m p o n e n t s m a n u f a c t u r e r m ode l m a i n p a r a m e t e r sc o a x i a l c a b l e B E L D E N R G174/U Z=50Ω,C/x=100p F/m,l=2mMO S F E T I X Y S D E475-102N21A V D S S=1k V,I D=24A(D C),t o f f=8n sd r i ve r I C I X Y S I X R F D630V T y p=15V,I T y p=28Ac a p a c i t o r N i c h i c o n U V K2A471MH D100V,470μF(e l e c t r o l y t i c)C h e m i c o n K T D101B335M55A0T00100V,3.3μF(c e r a m i c)实验结果如图3所示㊂当充电电压大约为70V,开关闭合对传输线充电,充电时间约为2μs㊂当传输线中的电流约为40A时,断开开关,如图3(a)所示㊂在50Ω的负载上,可以获得1k V的电压输出如图3(b)所示,输出电脉冲趋近于矩形波,而半脉宽接近20n s,基本符合1.1节中理论推导结论㊂F i g.3 E x p e r i m e n t a lw a v e f o r m s o f I P F Lu s i n g s i n g l e l i n e图3电感储能脉冲形成线单线放电实验结果波形将表1中的元器件按照图2(b)所示电路连接组成电感储能形成线双线放电实验㊂在负载电阻为25Ω的情况下,利用26V的恒定电压对传输线中的电感充电,充电时间为2μs,当电流攀升到约为20A左右如图4 (a)所示㊂同时控制开关断开,得到负载和开关上的电压波形如图4(b)所示㊂从图4中不难发现,当充电电流在20A左右时,匹配负载25Ω上的电压约为500V(图4(b)黑色曲线所示)㊂这证明使用电感储能形成线双线,输出电流和充电电流相等㊂而输出电压是开关上电压的一半,而输出电压相对于开关上的电压有10n s的延时㊂输出电压的半脉宽是20n s㊂实验结果和1.1节中的理论分析一致㊂F i g.4 E x p e r i m e n t a lw a v e f o r m s o f I P F Lu s i n g d o u b l e l i n e图4电感储能脉冲形成线双线放电实验结果波形2电压叠加原理及其实验验证实验的结果表明,采用电感储能形成线能获得一定的电压的增益㊂但是由于MO S F E T开关单只开关的功率容量有限,使得系统难以获取高的电压输出㊂电压叠加法是解决开关功率容量不足的有效手段㊂为此,我025006-3025006-4们将讨论利用电压叠加法来实现高压输出的可能性㊂2.1单线电压叠加F i g .5 C i r c u i t d i a g r a mo f I P F La d d e r u s i n g s i n g l e l i n e 图5 电感储能脉冲形成线单线叠加器电路原理图对于图2(a )所示的电感型形成线单线,开关和负载并联㊂假设添加一条传输线对负载电压进行延时,这条额外的传输线是形成线长度两倍以上,和图2(a )中的电路组成一个基本模块㊂然后可以重复以上过程,将多模块进行串联,如图5所示㊂此电路的储能部分是传输线的电感,电压叠加类似于著名的传输线变压器,这个电路实现了传输线中电感并联充电串联放电㊂和传输线不太一样的是,断路开关的使用能在一定程度缓解传输线变压器输出端和输入端的耦合问题㊂ 用表1中的元器件组成图5中的电路,实验中采取了4个模块的叠加,传输线变压器选用的同轴电缆长度为6m ,负载电阻从50Ω到200Ω递增㊂当模块中的充电电流达到40A 左右时,控制开关断开,实验结果如图6所示㊂实验结果能初步体现设计思想,6m 长的同轴电缆形成30n s 的延时,隔离了传输线变压器的输入和输出,4模块的递增能得到4倍的电压输出㊂F i g .6 F o u rm o d u l e s u p e r i m p o s e d e x p e r i m e n t r e s u l t s u s i n g I P F Ls i n gl e l i n e 图6 电感储能脉冲形成线单线4模块叠加实验结果2.2 双线电压叠加 对于图2(b )所示的电感型形成线双线,开关和负载分别居于传输线的两端㊂而负载居于两个传输线的中间,自成封闭系统,此电路我们采取串联充电串联放电的方法㊂电路的电压叠加拓扑如图7所示㊂此电路同轴电缆是储能单元又是变压器㊂将表1中的元器件按图7所示电路连接,当模块充电电流在20A 左右,控制开关断开,负载从25Ω到100Ω递增㊂实验结果如图8所示㊂同样输出电压呈现倍增的趋势㊂F i g .7 C i r c u i t d i a g r a mo f I P F La d d e r u s i n g d o u b l e l i n e 图7电感储能脉冲形成线双线叠加器电路原理图F i g .8 F o u rm o d u l e s u p e r i m p o s e de x pe r i m e n t r e s u l t s u s i n g IP F Ld o u b l e l i n e 图8 电感储能脉冲形成线双线4模块叠加实验结果强激光与粒子束余亮等:电感储能型脉冲形成线高重复频率脉冲功率发生器3结论本文研究了电感储能型脉冲形成线(I P F L)单线和双线,这是一种能获得高电压增益输出的重复频率脉冲发生器电路拓扑㊂实验表明,我们能利用单线叠加将70V的直流电压转换为4k V的电脉冲,而双线能将110 V的直流电压转换为2k V的电脉冲㊂通过本文中的讨论,此电路拓扑有两点需要进一步改进㊂首先,和所有脉冲形成线电路一样,输出脉宽的调节显然不太容易,解决方案在于多模块的并联运行和数字电路时序逻辑控制的引入㊂其次,单模块的输出功率有待进一步提高,目前市场上已经出现1.7k V,72A(D C)的碳化硅MO S F E T,它的断路速度是18n s,我们相信新材料的使用,能使单模块输出功率达到100k W量级㊂当然这需要低阻抗的传输线,采用高相对介电常数的材料是一个有效途径㊂最后,注意到I E S已被广泛用于脉冲源的设计,但是大多数情况下,存储元件是简单的电感器㊂与简单的电感相比,在I E S模式下工作的P F L具有方波输出的优点㊂另外,P F L可以像T L T那样发挥隔离作用,且采取断路开关对线间解耦有一定的作用㊂参考文献:[1]邵涛,章程,王瑞雪,等.大气压脉冲气体放电与等离子应用[J].高电压技术,2016,42(3):685-705.(S h a oT a o,Z h a n g C h e n g,W a n gR u i x u e,e t a l.A t m o s p h e r i c-p r e s s u r e p u l s e d g a sd i s c h a r g ea n d p u l s e d p l a s m aa p p l i c a t i o n.H i g hV o l t a g eE n g i n e e r i n g,2016,42(3):685-705)[2]卢新培.等离子体射流及其医学应用[J].高电压技术,2011,37(6):1416-1425.(L uX i n p e i.P l a s m a j e t s a n d t h e i r b i o m e d i c a l a p p l i c a t i o n.H i g hV o l t a g eE n g i n e e r i n g,2011,37(6):1416-1425)[3]江伟华.高重复频率脉冲功率技术及其应用:(6)代表应用[J].强激光与粒子束,2014,26:030201.(J i a n g W e i h u a.R e p e t i t i o n r a t e p u l s e dp o w e r t e c h n o l o g y a n d i t s a p p l i c a t i o n s:(v i)T y p i c a l a p p l i c a t i o n s.H i g hP o w e rL a s e r a n dP a r t i c l eB e a m s,2014,26:030201)[4]刘克富.固态M a r x发生器研究进展[J].高电压技术,2015,41(6):1781-1787.(L i uK e f u.R e s e a r c h p r o g r e s s i ns o l i d-s t a t e M a r x g e n e r a-t o r s.H i g hV o l t a g eE n g i n e e r i n g,2015,41(6):1781-1787)[5]喻斌雄,苏建仓,李锐,等.级间耦合传输线脉冲变压器[J].强激光与粒子束,2014,26:065006.(Y uB i n x i o n g,S uJ i a n c a n g,L iR u i,e ta l.T r a n s m i s s i o n l i n e t r a n s f o r m e rw i t hm u t u a l l y c o u p l e dw i n d i n g s.H i g hP o w e rL a s e r a n dP a r t i c l eB e a m s,2014,26:065006)[6]江伟华.基于半导体开关的高重频L T D[J].高电压技术,2015,41(6):1776-1780.(J i a n g W e i h u a.H i g h-f r e q u e n c y r e p e t i t i v eL T Db a s e do n s e m i c o n d u c t o r s w i t c h e s.H i g hV o l t a g eE n g i n e e r i n g,2015,41(6):1776-1780)[7] N o v a cB M,S m i t h I,R,S e n i o r P,e t a l.T r a n s p o r t a b l e h i g h-e n e r g y h i g h-c u r r e n t i n d u c t i v e s t o r a g eGW g e n e r a t o r[J].I E E ET r a n sP l a s m aS c i,2014,42(10):2919-2933.[8] A s oY,Y a m a d aS.C u r r e n tm u l t i p l i e r b y i n d u c t i v e s t o r a g e(C M I S)c o o l e d b y L N2a n d d e s i g n o fm e g a-a m p e r eC M I S[J].I E E ET r a n sP l a s-m aS c i,2011,39(2):247-250.[9] R h e eMJ,D i n g B o n a n.S i m p l em e t h o d s o f s q u a r e p u l s e g e n e r a t i o n b y i n d u c t i v e p u l s e f o r m i n g l i n e s a n d a f i e l d e f f e c t t r a n s i s t o r a s a n o p e n i n gs w i t c h[C]//9t h I n t e r n a t i o n a l C o n f o nH i g h-P o w e rP a r t i c l eB e a m s.1992:665-669.[10] Y uL i a n g,F e n g Y u,J i a n g W e i h u a,e t a l.V o l t a g e a d d i n g o f p u l s e f o r m i n g l i n e su s i n g i n d u c t i v e e n e r g y s t o r a g e[J].I E E ET r a n sD i e l e c t rE l e c t r I n s u l,2017,24(4):2211-2215.R e p e t i t i v e p u l s e d p o w e r g e n e r a t o r b a s e do ni n d u c t i v e-e n e r g y-s t o r a g e p u l s e f o r m i n g l i n eY uL i a n g1, S u g a iT a i c h i1, T o k u c h iA k i r a1,2,J i a n g W e i h u a1(1.E x t r e m e E n e r g y-D e n s i t y R e s e a r c hI n s t i t u t e,N a g a o k aU n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y,N i i g a t a,N a g a o k a940-2137,J a p a n;2.P u l s e dP o w e rJ a p a nL a b o r a t o r y L t d,K u s a t s u,S h i g a525-0058,J a p a n)A b s t r a c t:I t i s a n e ww a y t o o b t a i n n a n o s e c o n d h i g h v o l t a g e p u l s e b y e m p l o y i n g i n d u c t i v e p u l s e f o r m i n g l i n e a n d v o l t a g e a d-d e r t e c h n o l o g y.I n t h i s p a p e r,t h eb a s i c p r i n c i p l e o f t h e g e n e r a t o r i s d e s c r i b e d,a n d t w ok i n d s o f p r o t o t y p e p u l s e g e n e r a t o r s(s i n-g l e l i n e a n d d o u b l e l i n e t y p e s)a r e f a b r i c a t e d b y u s i n g c o a x i a l c a b l e a n dMO S F E Ts w i t c h t o d e m o n s t r a t e t h i s i d e a.T h e p r e l i m i n a r y e x p e r i m e n t s,i n t h e c a s e o f f o u rm o d u l e s u p e r p o s i t i o n,h a v e a c h i e v e d n a n o s e c o n d s h o r t p u l s e s(4k V/20A,20n s a n d2k V/20A, 20n s,r e s p e c t i v e l y).K e y w o r d s:h i g hv o l t a g e;n a n o s e c o n d p u l s e;h i g h r e p e t i t i o n r a t e p u l s e dh i g hv o l t a g e g e n e r a t o r;p o w e r e l e c t r o n i c s;g a s d i s c h a r g e;h i g h p o w e r p u l s e s w i t c hP A C S:84.70.+p025006-5。
大功率脉冲整流系统半导体元件结温计算与仿真
大功率脉冲整流系统半导体元件结温计算与仿真甯佐清;周书堂【摘要】大功率脉冲式整流系统在特种电气应用行业越来越广泛,单脉冲的功率非常大,合理利用整流元件的浪涌通流特性是整流系统稳定可靠的关键.本文以某超大功率脉冲整流设备应用为背景,提出了一种利用整流元件的浪涌通流特性来计算元件温升的设计方法,并通过仿真验证了方法的正确性.该文对其他脉冲式整流系统半导体器件选型计算有一定的指导作用.【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2017(037)001【总页数】3页(P49-51)【关键词】脉冲式;整流系统;浪涌电流;结温【作者】甯佐清;周书堂【作者单位】武汉船用电力推进装置研究所,武汉430064;中国人民解放军驻3303厂军代室,武汉430200【正文语种】中文【中图分类】TM461随着工业技术的发展，超大功率脉冲式直流电源的应用越来越广泛，如高低开关电器短路试验、脉冲强磁场等领域，单脉冲的功率达到300 MW甚至更高，对于脉冲整流系统整流元件的稳定性和可靠性提出了更高的要求，如何准确计算和分析元件在脉冲式工况下的温升，是系统稳定可靠运行的大前提。
本文以某超大功率脉冲式整流系统工程应用项目为背景，对整流元件在脉冲式工作下的温升进行分析，该应用经验对于提高设备的性能甚至整流器的实际应用水平都有一定的现实意义。
超大功率脉冲整流系统一般指直流侧输出电流/电压为脉冲形式，单个脉冲的电流达到几十千安或者几百千安，电压为几千伏特的整流系统；系统主电路多采用六脉波桥式整流形式，根据系统对直流电压/电流的需求，通过多个六脉波整流桥的串/并联实现超大功率输出。
某超大功率脉冲式整流系统（文中定义为脉冲式硅整流系统）中，要求额定单脉冲为140 kA，1000 V，0.6 s；极限短路工况能承受350 kA，1S系统不损坏；为了满足系统的需求，整流部分单桥臂采用8只KPD-5100 A/6500 V元件并联设计，并采用同相逆并联二极管整流结构。
几种PWM控制方法
几种PWM控制方法.t xt几种PWM控制方法引言采样控制理论中有一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同。
PWM控制技术就是以该结论为理论基础,对半导体开关器件的导通和关断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。
按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率。
PWM控制的基本原理很早就已经提出,但是受电力电子器件发展水平的制约,在上世纪80年代以前一直未能实现。
直到进入上世纪80年代,随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展,PWM控制技术才真正得到应用。
随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法,如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用,PWM控制技术获得了空前的发展。
到目前为止,已出现了多种PWM 控制技术,根据PWM控制技术的特点,到目前为止主要有以下8类方法。
1相电压控制PWM 1.1等脉宽PW M法[1]VV VF(Va riabl e Vol tageVaria ble F reque ncy)装置在早期是采用PAM（Puls eAmp litud e Mod ulati on）控制技术来实现的,其逆变器部分只能输出频率可调的方波电压而不能调压。
等脉宽PWM法正是为了克服PAM法的这个缺点发展而来的,是PWM法中最为简单的一种。
它是把每一脉冲的宽度均相等的脉冲列作为P WM波,通过改变脉冲列的周期可以调频,改变脉冲的宽度或占空比可以调压,采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。
重庆大学电气工程学院 2004 级本科毕业设计选题方向与内容
廖 勇(2)、韩 力(1) 黄 嵩(2)、姚 骏(1) 罗辞勇(2)、陆治国(1)
风力发电系统 16 设计与控制
电机
根据风力发电基本原理，对风力发电系统的设计方 廖 勇(1)、李 辉(2)
法、运行特性及控制策略进行研究，分析并网风电 姚 骏(2)、向大为(2)
系统与电力系统的相互作用。
黄 嵩(1)
发电厂、变电站及电网的设计、分析与计算；负荷
综合应用计算机、电路原理以及电力电子技术等课 郭 珂(1)、郑连清(1)
电能质量 22 监测与治理
电力电子
程的知识，分析影响电能质量的各种因素，实现对 王明渝(1)、周雒维(1) 电能质量的监测与控制，主要内容包括：监测与控 杜 雄(2)、罗全明(2) 制方法的研究与实现，有源滤波器的设计、仿真和 周 林(2)、刘和平(1)
综合应用电力电子技术、高电压技术等课程的知
脉冲功率技术
5
及其应用
高电压 新技术
识，对紧凑型、纳秒级高压陡脉冲的产生、测量与 控制等关键单元以及大功率电磁脉冲发射、电流脉 冲形状控制等进行设计与研制，研究其在电力系 统、环境保护、生物医电等领域的应用。
姚陈果(2)、米 彦(2) 李成祥(3)、付志红(1) 苏向丰(2)、毛玉星(1)
统有功与频率控制和无功与电压控制、无功优化、 刘 洋(2)、王 韶(3)
最优潮流分析计算等。
郑连清(1)、李 辉(1)
电力系统继电 20 保护及自动化
电力
综合运用电力学科的理论知识，进行工程设计、事 故分析、运行管理和新技术研究开发。主要内容有： 高压电网继电保护及自动装置设计、电力系统故障 分析计算、电力系统信息网络设计、电力系统继电 保护及自动化专题研究。
“脉冲功率技术基础”课程思政建设
2022年12月第52期Dec. 2022No.52教育教学论坛EDUCATION AND TEACHING FORUM“脉冲功率技术基础”课程思政建设的探究杨 刚a，李玉梅b，何 笠a，孙 盼a（海军工程大学 a.电气工程学院；b.军用电气科学与技术研究所，湖北 武汉 430033）［摘 要］ 思想政治建设是高校课程改革的重要内容之一。
作为电磁发射工程专业的基础课程，“脉冲功率技术基础”课程思政建设对培养合格的电磁能人才具有重要作用。
结合课程授课实际，深入分析了开展“脉冲功率技术基础”课程思政建设面临的困难，阐述了将思想政治教育理念融入课程的可行性，从顶层规划、思政元素挖掘和教学方式设计三个方面，探究了“脉冲功率技术基础”课程思政建设的策略。
［关键词］ 脉冲功率技术基础；课程思政建设；电磁发射［作者简介］ 杨 刚（1992—），男，江苏南京人，硕士，海军工程大学电气工程学院讲师，主要从事船舶电气工程研究；李玉梅（1975—），女，山东嘉祥人，博士，海军工程大学军用电气科学与技术研究所讲师，主要从事电磁发射工程研究；何 笠（1991—），男，湖南湘潭人，硕士，海军工程大学电气工程学院讲师，主要从事船舶电气工程研究。
［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2022）52-0147-04 ［收稿日期］ 2022-01-20引言习近平总书记深刻指出，要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人［1］。
课程思政建设已经成为高校教育教学改革的热点，如何将思想政治教育融入专业课程教学的全过程，是当前和今后相当长时期高等教育的核心任务［2-3］。
实验是理工科专业课程中的重要环节，是理论与实践之间的桥梁，对提升学生的应用创新能力至关重要［4］。
因此，在实验中融入思政元素，是专业课程思政建设中不可或缺的内容。
电磁发射工程专业是我校首创、全国唯一的本科专业，是电磁学、力学、热学、材料学等多学科交叉融合的专业［5-6］。
熊兰的讲座脉冲功率技术
核爆中带电粒子的能量范围约在 0.3 至 3 M eV，而大气中分子的能量约为 0.03 eV
将粒子的能量从电子伏特转换到开氏温度时，要乘以 11,605。
1概 念
什么是脉冲功率技术？？
研究产生各种强电（纳秒级高压）脉冲功率输 出的发生器系统及其相关技术。
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。
2发 展
我国脉冲功率技术及其应用的研究是从20世纪 70 年代末开始的。中科院等离子体物理研究所、中科院高 能物理研究所、中科院电工技术研究所、华中科技大学、 清华大学等单位的研究水平居于国内领先地位。
国内已有 20 多台的Marx装置在运行，居首者是 1979 年西南工程物理研究院建成的“闪光 I 号”装置 ; 20世纪 90 年代以后，国内相继又建成的装置有西北核 技术研究所的 “ 闪光 II 号 ” ,中国工程物理研究院和 上海光机所“神光II号 ”，华中科技大学等联合研制的 “神光III”。
3设备
3.1储能-惯性储能
优势：
储能密度高，结构紧凑，体积小，成本低，可移动。
传统单脉冲方法的数学原理及工程实现
2004 年
接比幅) 、幅度和差( 和差比 幅) 、相位 比较( 直接 比相) 、相位 和差[1] , 其中和差比幅应用最为广泛。
文献[ 2] 首先提出了一种基于传感器阵列的接收 信号到 达角的估计方 法。这种 方法 是 基于 最大 似 然估 计得 到 的。 文中定义了广 义和 差波 束, 并推 导 出了 单脉 冲 公式。 文献 [ 3, 4] 采用另一种方 法, 证明了 目标角 度的 最大似 然估 计值 就是使扫描波束相干积累功率取最大值时的角度, 将 扫描波 束功率函数的对数的导数 在其最 大值点 附近利 用泰勒 公式 展开, 推导出了单脉冲 公式, 由此构 成单脉 冲和差 比幅 测角 算法的理论基础。
被称为激励矢量。为标注方便, 通常以 K/ ( 2P) 来计量阵元 坐
标, 这样激励矢 量中对应阵元 i 的 元素为 ai = exp [ j ( x iu + y iv ) ] 。但实际中并不直接采用 上述空域 匹配滤 波器, 而是 加 以一定的幅度权( 如切比雪夫加权) 以 降低天线方 向图的 旁 瓣, 但这样会导致主瓣展宽。
摘 要: 结合有关文献, 介绍了传统单脉冲方法的数学原理。研究表明, 传统单脉冲和差比幅法实际上是一种
搜索方位在和波束最大点附近的单目标 的有 效方法。 此外, 详细 分析 了传统 单脉 冲在 具体工 程实 现中的 相关 问
题, 对多个基本波束半功率点交叉覆盖、单脉冲比的线性 特性、直接 比幅与和 差比幅 法的单 脉冲比 关系、几种差 波
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2发 展
❖ 1947年，英国人A.D.Blumlien以专利的形式， 把传输线波的折反射原理用于脉冲形成线，在 纳秒脉冲放电方面取得了突破。
❖ 1962年，英国原子能研究中心的J.C.Martin领导 的研究小组，将Marx发生器与Blumlien的专利 结合起来，建造了世界上第一台强流相对论电 子束加速器SOMG（3MV，50kA，30ns），脉 冲功率达TW（1012W）量级，开创了高功率脉 冲技术的新纪元。
代表一个电子（所带电量为-1.6×10^(-19)库仑）经过1伏特的电场加 速后所获得的动能。电子伏与SI制的能量单位焦耳（J）的换算关系：
1eV=1.6×10^(-19)J
例如，一个电子及一个正子（电子的反粒子），都具有质量大小为 511 keV ，能对撞毁灭以产生 1.022 M eV 的能量。质子，一个标准的重子 具有质量 0.938 G eV 。
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2发 展
之后，大型脉冲功率装置雨后春笋般地在世界 各国建立：
1986年建成PBFA-II 装置，其峰值电压为12MV、 电流8.4MA、脉宽40ns，其二极管束能为4.3MJ， 脉冲功率1014W，是世界上第一台功率闯过100TW 大关的脉冲功率装置。
脉冲功率发展里程碑
❖ 1962年， 英国AWRC, J.C. Martin， 发展了 Marx+Blumlein， ns量级
感知电世界讲座-电能的应用
脉冲功率技术
熊兰
电气工程学院
2013.5
编辑ppt
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目录
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概念 发展 技术 应用 其他
1概 念
什么是脉冲功率？？
❖ 将储存的能量以电能的形式，用单脉冲或重复 频率的短脉冲方式加到负载上。
❖ 技术指标：
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电 压： 103-107V 电子能量：0.3-15M eV（电子伏） 束流大小：103-107A 脉冲宽度：0.1-100ns 束流功率：0.1-100TW 总能量： 1kJ-15MJ
❖ 中国， ❖ 1979, 西南工程物理研究院，6MV,100KA,80ns， 闪光 －I 号 ❖ 1995，合肥，30GW,500KA, FUSION ❖ 1980～，中国工程物理研究院，星光－1，星光－2，神光－3 ❖ 西北核技术所，闪光－2，1MA, 1MV, 相对论电子束加速器 ❖ 华中科技大学, 哈尔滨工程大学等联合“神光III”
核爆中带电粒子的能量范围约在 0.3 至 3 M eV，而大气中分子的能量约为 0.03 eV
将粒子的能量从电子伏特转换到开氏温度时，要乘以 11,605。
1概 念
什么是脉冲功率技术？？
研究产生各种强电（纳秒级高压）脉冲功率 输出的发生器系统及其相关技术。
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。
教材及参考书
❖ 选用教材
李正赢，脉冲功率技术，水利电力出版社，1992
❖ 主要参考书
1）王莹，高功率脉冲电源，原子能出版社，1991 2） Pai S.T., Qi Zhang， Introduction to high power pulse technology， Singapore : World Scientific, 1995 3）刘锡三，高功率脉冲技术，国防工业出版社，2005 4）H.Bluhm著，江伟华、张弛译，脉冲功率系统的原 理与应用，清华大学出版社，2008 5）韩旻，邹晓兵，张贵新，脉冲功率技术基础，清华大 学出版社，2010
2发 展
♣ 1938年，美国人Kingdon和Tanis第一次提出用 高压脉冲电源放电产生微秒级脉宽的闪光X 射线； ♣ 1939 年，苏联人制成真空脉冲X射线管，并把 闪光 X 射线照相技术用于弹道学和爆轰物理学实 验。 采用高压脉冲电容器并联充电、串联放电方 式来获得较高电压脉冲。 ♣ 第二次世界大战期间，企图用于军事的电磁炮 和其他研究再度兴起，也促进了脉冲功率科学技术 的形成和发展。
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1概 念 常见波形
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上升时间：电压峰值从 10%上升到90%所需要的 时间。
下降时间：同理。 上升时间和下降时间，有的定义
为半高宽-脉冲最大值的 50%处的时间宽度，也有 定义为底宽-在幅值的90% 处的时间宽度。
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1概 念
电子伏特(electron volt)，简称为电子伏，缩写为 eV ，是能量的单位。
2发 展
俄罗斯从事脉冲功率技术研究的机构有库尔恰托夫 研究所、新西伯利亚核物理所、托姆斯科大电流电子学 研究所、电物理装备所、列别捷夫所等, 建造了许多大 型的Marx成形线型联合装置,1985 年建成的 AHrapa25 就是其中之一。
❖ 1967年， USA, Sandia， 高功率粒子束，10MV,100KA,80ns ❖ 1972年，USA, Hary Diamond 实验室，AURORA,14MV,
1.6MA,120ns ❖ 1978 年，USA, Sandia， PBFA-I , Fusion, 30TV, 1MJ ❖ 1986年, USA, PBFA-II, 12MV, 8.4MA, 40ns, 1014 W ❖ 1985年，俄罗斯， Kalchatov，Fusion，2MV,40MA,90ns
2发 展
美国和俄罗斯目前在脉冲功率技术上处于领先 地位。
美国从事脉冲功率技术研究的机构有Sandia国家实验室、 Lawrence Livermore国家实验室、Maxwell实验室、Los Alamos科学实验室、海军武器研究中心、Texas技术大学等。
1967 年在 Sandia 实验室建成的Hermes2I为当时最大 的脉冲功率装置; 1972年美国陆军的Hary Diamond实验室建 成了Aurora装置,这个闻名遐迩的设备由 4台 Marx发生器组 成 ,是脉冲功率史上的一个里程碑 ; 1986年Sandia实验室又 建成了FBFA2II ,是世界上第 1个闯过 100TW 大关的装置。