線(xiàn)形變壓器帶動(dòng)源探討概論

技術(shù)優(yōu)勢LTD獨特的電路結構賦予其諸多優(yōu)點(diǎn)：(1)LTD中的電容器充放電均為并聯(lián)進(jìn)行，在次級實(shí)現電壓疊加，初級工作電壓低(200kV)，絕緣要求降低。(2)作為初級儲能，可提供較短的脈沖輸出，節省脈沖壓縮段，使裝置比較緊湊，降低了裝置造價(jià)。(3)快脈沖LTD可提供100ns以下的短脈沖，可直接驅動(dòng)Zpinch、二極管等負載。

使用模塊化LTD，輸出參數可以靈活調整。如輸出極性、輸出電壓及阻抗的改變。LTD的研究現狀LTD的概念20世紀70年代就已提出，迄今為止LTD技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，技術(shù)日益成熟展示出廣闊的應用前景。

提出原理與初步應用從20世紀70年代到90年代初，是LTD技術(shù)的最初發(fā)展階段，LTD技術(shù)的原理被提出并得到初步應用。俄羅斯大電流所(HCEI)的G.A.Mesyats和B.M.Kovachuck是LTD技術(shù)的先驅。1979年，G.A.Mesyats等人研制了用于產(chǎn)生高溫等離子體的Modul裝置，其初級儲能源首次應用了LTD技術(shù)，是LTD技術(shù)研究的開(kāi)端。此時(shí)，LTD被命名為L(cháng)PT，Modul裝置的LTD由28級模塊串聯(lián)，每級模塊由2個(gè)電容器(3F，40nH，50kV)和2個(gè)火花開(kāi)關(guān)串聯(lián)組成，正負充電，輸出參數為2.3MV/1.4s.從1987年到1997年，HCEI陸續研制了SNOP2、SNOP3系列裝置和MIG多用途裝置。這些裝置的初級儲能源均采用了LTD技術(shù)，SNOP3裝置的LTD由24級模塊串聯(lián)組成，輸出參數為2MV/1.3s;MIG裝置的LTD由60級模塊串聯(lián)組成，輸出參數為6MV/1.3s2>。

在此發(fā)展階段，LTD均作為初級儲能源為水介質(zhì)脈沖壓縮段充電。裝置的電容器和開(kāi)關(guān)構成的初級回路結構松散，回路電感較大(約450nH)，不利于快脈沖輸出;初級回路工作于空微秒量級LTD模塊氣中，并未密封于金屬殼體內，運行維護方便，但工作電壓較低且不利于裝置緊湊化;相鄰模塊間相互絕緣，初級電流全部繞過(guò)磁芯;次級采用甘油浸漬的絕緣介質(zhì)膜來(lái)絕緣。

模塊系列化、標準化從1995年到2000年，s量級的LTD技術(shù)發(fā)展成熟，初步形成系列化、標準化模塊，并開(kāi)始應用于大型裝置中。

CEG與HCEI合作，計劃采用s量級LTD作為初級能源，采用電感儲能方式，用POS實(shí)現脈沖壓縮，再經(jīng)多路并聯(lián)獲得大電流，建造大型PRS輻射源裝置(計劃30MA)。1997年，報道用HAEFELY電容器(5.6F/75kV/10nH/50m)和同軸多級多通道開(kāi)關(guān)(90kV/20nH/1MA)構成子塊(單向充電)，兩個(gè)子塊并聯(lián)構成一個(gè)LTD模塊，并以此為基礎建成了一個(gè)20級模塊串聯(lián)的單路裝置，末端用POS實(shí)現脈沖的最后壓縮5>。后來(lái)，SYRINX研究方向調整為探索用磁通壓縮的方法實(shí)現功率增益。2000年，報道已建成的原理驗證裝置ECF1儲能600kJ，由6路LTD并聯(lián)組成，每路由4級LTD模塊串聯(lián)組成。其中2路為次級發(fā)生器，輸出參數為250kA/1s，用于產(chǎn)生磁通;4路為初級發(fā)生器，輸出參數為2MA/1s，用于驅動(dòng)等離子體套筒壓縮磁通。2002年，ECF1裝置升級為ECF2，采用16路LTD并聯(lián)，每路10級，其中初級發(fā)生器12路，次級發(fā)生器4路，總儲能為3.6MJ.ECF2裝置使用了新的LTD03模塊，LTD03模塊采用了HAEFELY電容器(4F/90kV/10nH/15m)，運行時(shí)充電75kV;矩形多級多通道開(kāi)關(guān)(4nH)，極間均壓用漏電電阻代替電暈針，開(kāi)關(guān)工作于大氣壓空氣中。模塊輸出電流大于1MA，1/4周期為800ns.ECF2經(jīng)磁通壓縮后對負載的輸出電流為14MA.ECF2裝置計劃增加LTD并聯(lián)路數和每路LTD模塊數，并擬采用二級磁通壓縮來(lái)實(shí)現脈沖壓縮，以擴大到更大規模(60MA)6>。ECF2用于磁通壓縮的研究于2003年截至，裝置經(jīng)改造用作長(cháng)脈沖(約1s)PRS驅動(dòng)源，并重新命名為Sphinx.Sphinx由12路LTD并聯(lián)組成，每路8級模塊串聯(lián)，總儲能為1MJ.計劃至2006年升級至16路，每路10級，總儲能為3MJ，X射線(xiàn)產(chǎn)額超過(guò)100kJ7>，現已完成16路并聯(lián)，每路8級串聯(lián)，單級模塊進(jìn)一步改進(jìn)，使之能夠運行在70kV，模塊命名為L(cháng)TD058>。ECF系列裝置及Sphinx裝置開(kāi)創(chuàng )了LTD多路并聯(lián)的先河，也是唯一儲能達到MJ量級的LTD綜合系統。

該階段，LTD的模塊設計開(kāi)始集成化和標準化;初級回路設計采用了類(lèi)似感應電壓疊加器(IVA)感應腔的結構;電容器和開(kāi)關(guān)等關(guān)鍵器件的性能有很大改善;電容器和開(kāi)關(guān)集成為一體全部密封在金屬殼體內，裝置緊湊，大大減小了初級回路電感(約110nH)且整個(gè)裝置外殼在運行時(shí)始終處于地電位。

討論LTD技術(shù)經(jīng)歷了近30年的發(fā)展，目前快脈沖LTD技術(shù)成為發(fā)展的重點(diǎn)。主要的需求牽引和發(fā)展方向有：第一，用于ICF點(diǎn)火乃至未來(lái)慣性聚變能(IFE)研究的超大型Zpinch驅動(dòng)源，100ns量級的LTD模塊向電流水平更高、重復頻率運行方向發(fā)展。第二，作為驅動(dòng)各種類(lèi)型二極管用于閃光照相的驅動(dòng)源，脈寬50ns左右的LTD向重復頻率運行，參數調整靈活方便、結構緊湊、運行高效可靠的方向發(fā)展。第三，作為磁驅動(dòng)等熵壓縮(ICE)驅動(dòng)源，LTD向驅動(dòng)電流波形調整靈活可靠、運行高效的方向發(fā)展。