一種基于Marx發生器的納秒脈沖實驗平臺

崔光曦，李俊娜，陳旭良，王永亮，劉 建，李楚男

(西安交通大學 電氣工程學院，西安 710049)

快脈沖下的開關擊穿特性是脈沖功率研究中的一項基礎領域，高電場強度、納秒脈沖條件下的開關擊穿及絕緣子閃絡特性與交直流條件下不同[1-2]。目前，快脈沖開關已廣泛應用于脈沖功率領域，幾百納秒的脈沖開關作為中儲開關已應用于高功率設備[3]，微秒脈沖開關也在電容耦合模式下驗證了可行性[4],亞納秒脈沖開關是超寬帶脈沖源的關鍵部件[5]，而幾十納秒的脈沖開關研究相對較少。在高電場強度快脈沖條件下，開關的擊穿特性也有所不同[6-8]。在高空電磁脈沖(high altitude electricmagenetic pluse, HEMP)電磁脈沖模擬裝置中，一般要求結構緊湊，對脈沖壓縮段的體積要求較小，耐受電壓高，脈沖電壓時間為幾十納秒，沿面絕緣壓力巨大，因此研究納秒脈沖下的絕緣子沿面閃絡特性具有直接的現實應用價值。為深入研究幾十納秒前沿的脈沖條件下，SF6氣體開關的擊穿特性與絕緣子的閃絡特性，需一臺可產生幾十納秒前沿脈沖的實驗平臺。本文基于幾十納秒脈沖下開關和絕緣試驗的需求，設計開發了一種基于Marx發生器的納秒脈沖實驗平臺，并開展了初步的實驗驗證。

1 實驗平臺的電路分析

1.1 主充電回路的參數計算

將本文初步設計的Marx實驗平臺置于變壓器油中，油箱外采用220 V市電對內部供電，油箱內置變壓器和硅堆向Marx電容直流充電。該平臺的Marx發生器采用雙邊充電結構，除第一級的電阻Rr為1 MΩ外，各級電阻R均為50 kΩ，電容C為12 nF。……