單級、雙級及四級FLTD電磁及應力分布特性研究

李貞昕，張嘉輝，邱 浩，王曙鴻

( 西安交通大學 電力設備電氣絕緣國家重點實驗室;西安交通大學 陜西省智能電網重點實驗室: 西安 710049)

脈沖功率技術最初是將傳輸線與發生器結合起來產生高功率納秒級脈沖,使脈沖功率技術成為一門獨立的學科得到發展[1]。快發生器對開關和電容器等器件的要求相當苛刻，用于建造脈沖上升時間為百納秒內的大型裝置在技術上較難實現，且發生器后級電壓很高，需變壓器油絕緣。與快Marx技術相比，快脈沖直線型變壓器驅動源(fast linear transformer driver, FLTD)是近十幾年來獲得廣泛關注的一種新型脈沖功率源技術，可直接產生百納秒前沿、兆安量級幅值的高功率脈沖電流[2]。1997年，俄羅斯強電流電子研究所Koval Chuk等[3]提出了FLTD的概念和結構，通過電路仿真和實驗驗證了其設計。2015～2017 年，美國圣地亞國家實驗室的學者們[4-6]設計了基于FLTD理論的Z-300及Z-800 等裝置，并獲取了該裝置的全電路等效模型。2016年，西安交通大學張培峰等[7]通過二階等效電路和粒子仿真分析了10 級串聯 FLTD 次級磁絕緣傳輸線(magnetically insulated transmission line, MITL)的結構和尺寸。FLTD技術上的主要優勢是具有較強的容錯能力、輸出波形調節能力和重復頻率運行能力，運行速度快且不用變壓器油，開關工作氣體為壓縮空氣，運行維護比較方便[8]，在Z箍縮、X射線閃光照相和高能量密度物理等國防和工業領域具有重要的應用前景，是下一代脈沖功率驅動源最有前景的技術路線[9]。目前，美國圣地亞國家實驗室、俄羅斯強電流電子研究所、中國工程物理研究院和西北核技術研究所等科研機構已開展FLTD技術研究及裝置研制[1-2]。……