發(fā)布時(shí)間：2020-10-15 08:30

　　 近年來(lái)高壓脈沖放電破巖以其環(huán)境友好、能量利用率高等優(yōu)點(diǎn),在醫(yī)療、工程領(lǐng)域取得了顯著成果,如結(jié)石破碎、石油鉆井等。為滿足工事破壞的需要,本文結(jié)合脈沖功率技術(shù)原理研制了一臺(tái)能夠重頻輸出的MARX發(fā)生器。論文主要包括以下內(nèi)容:基于并聯(lián)充電串聯(lián)放電的原理對(duì)MARX發(fā)生器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),并對(duì)電場(chǎng)突出的部分進(jìn)行了仿真分析。對(duì)發(fā)生器的觸發(fā)開關(guān)進(jìn)行仿真及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),針對(duì)觸發(fā)開關(guān)研制了一套輸出電壓幅值可達(dá)210KV左右的觸發(fā)系統(tǒng)。采用恒流充電的方式對(duì)電容進(jìn)行充電,對(duì)充電電路進(jìn)行仿真,結(jié)果表明在充電元件參數(shù)選擇合適的條件下沒有明顯的過(guò)充現(xiàn)象。研制了一個(gè)兩級(jí)分壓的分壓器對(duì)發(fā)生器輸出電壓進(jìn)行測(cè)量,分析了羅氏線圈法測(cè)量電流的原理及方法。接著對(duì)脈沖放電破碎巖石的靜電場(chǎng)進(jìn)行仿真分析,仿真結(jié)果表明高壓脈沖放電破巖時(shí)能量首先集中在破巖電極頭部,然后在巖石內(nèi)部形成等離子通道,通道的膨脹使巖石從內(nèi)部受到拉應(yīng)力而發(fā)生破碎;對(duì)不同放電電極間距、不同脈沖放電次數(shù)及不同絕緣液三種情況的脈沖放電進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,實(shí)驗(yàn)表明高壓脈沖放電法對(duì)靶塊破碎效果明顯,破碎后的凹坑深度約為放電電極間距的1/3;最后對(duì)發(fā)生器進(jìn)行了放電實(shí)驗(yàn),測(cè)量了其輸出電壓電流波形,經(jīng)計(jì)算可知發(fā)生器的內(nèi)感約0.85μH,特征阻抗約3.44?,輸出電流可達(dá)幾十千安,基本完成了發(fā)生器低電感、小內(nèi)阻、大電流設(shè)計(jì)目標(biāo)。
【學(xué)位單位】：沈陽(yáng)理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TJ51
【部分圖文】：

MARX 發(fā)生器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)為電容的并聯(lián)充電串聯(lián)放電。在滿足以上要求的基礎(chǔ)上對(duì) MARX 發(fā)生器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本著盡可能緊湊的原則來(lái)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊除了能夠使得發(fā)生器所占空間小之外，還能減小結(jié)構(gòu)內(nèi)部的電感、電阻值，使得輸出波形能夠得到較陡的上升前沿。2.1 MARX 發(fā)生器的原理MARX 發(fā)生器的電壓提升依靠并聯(lián)充電的電容在開關(guān)接通之后串聯(lián)，這時(shí)電壓疊加使輸出電壓達(dá)到最大值。現(xiàn)在以一個(gè) 5 級(jí) MARX 發(fā)生器來(lái)解釋一下高壓脈沖放電的原理。MARX 發(fā)生器的儲(chǔ)能電容是串并聯(lián)關(guān)系，使得儲(chǔ)能元件中的能量進(jìn)行疊加，并在瞬間進(jìn)行釋放。如圖 2.1 所示為一個(gè) 5 級(jí) MARX 發(fā)生器的電路原理圖。

5個(gè)電容處于串聯(lián)狀態(tài)。若不計(jì)損耗則最達(dá)到了電壓疊加的目的。如果希望獲得更高的輸數(shù)，同時(shí)考慮高電壓的電氣絕緣性問(wèn)題。由于為的 MARX 發(fā)生器的級(jí)數(shù)共10級(jí)。擊穿仿真與設(shè)計(jì)器的主體結(jié)構(gòu)放置于金屬殼體內(nèi)部，放電時(shí)殼體通電壓進(jìn)行疊加輸出時(shí)，最后一級(jí)電容上的電壓電容接線處和殼體之間有可能發(fā)生放電擊穿。構(gòu)緊湊的前提下，電容接線處與殼體之間要保證維電磁場(chǎng)仿真軟件 CST 對(duì)1級(jí)電容與殼體之間的合理的防擊穿結(jié)構(gòu)。為防止電容和殼體之間發(fā)生電場(chǎng)仿真，模型圖如圖2.3所示。

1．強(qiáng)電場(chǎng)區(qū) 2．弱電場(chǎng)區(qū)圖 2.4 1 級(jí)電容與殼體電場(chǎng)強(qiáng)度分布圖Fig.2.4 1Capacitor and shell electric field intensity distributio以看出場(chǎng)強(qiáng)較強(qiáng)的區(qū)域主要集中在電容和中間金，而在殼體和電容外側(cè)之間的場(chǎng)強(qiáng)則很弱，即圖中連接不會(huì)造成電容與殼體之間的擊穿問(wèn)題。仿真與設(shè)計(jì)事進(jìn)行破壞設(shè)計(jì)了破巖電極，由于輸出電極部分子和罐體之間的爬電擊穿，對(duì)輸出部分進(jìn)行了特時(shí)的靜電場(chǎng)進(jìn)行了仿真，具體的輸出電極及端子
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2841939