磁芯

铁氧体磁芯脉冲间复位实验

发布时间：

2023-08-16

铁氧体磁芯脉冲间复位实验

系统电路功率系统利用 Blumlein 脉冲形成线获得半高宽为 90ns ,幅度 150～300kV 的脉冲电压,通过电缆延时和硅堆隔离的方法在负载上得到间隔 700ns 的双脉冲波形,其中为了与Blumlein 线阻抗(12Ω )匹配,通过电缆 T3 接了一个 24Ω 的电阻负载;复位系统由 0.25 µF 高压电容、 100 µ H 电感和开关组成,考虑负载后,输出半周期约 16 µ s 的振荡波形;用环绕三块铁氧体磁芯(外径 508mm ,内径 237mm ,厚25.4mm )一匝的线圈与 75Ω 的 CuSO 4 水电阻(镇流电阻)并联作为负载。

通过镇流电阻分压测量电压信号,在磁芯线圈与地电位间串联一个 0.1Ω 的小电阻测量激励磁芯的电流,得到的波形。在功率系统不触发时,以时间坐标每格 2 µ s 的精度观察到的通过磁芯的复位电流波形,在开关闭合后 2 µ s 电流开始迅速上升,说明此时磁芯复位达到饱和,含磁芯线圈的电感 L 由大变小。此后L 基本保持不变,复位电流按 LRC 电路规律变化,在 7 µ s 处达到峰值。

是功率系统在复位后 3.5 µ s 触发,励磁电流与复位电流的叠加波形。可以看到,在第一个脉冲到达前,复位电流强度已经到了一个较高的幅值(大于 800A ),将磁芯复位到饱和。但是被主脉冲励磁过后,磁芯状态发生变化,环绕其线圈的电感较饱和时大大增加,使脉冲后通过线圈的复位电流上升缓慢。这个趋势在第二个脉冲后更容易观察,主脉冲过后 1 µ s (AB 区间),复位电流才开始明显上升,说明此时磁芯才复位到4 7 1 1强激光与粒子束第 18 卷反向饱和状态。也就是说,励磁过后,流经磁芯回路复位电流的增长需要一定的时间,对比主脉冲对应的励磁电流,明显,提高磁芯两端电压的幅度,电流增长速度会变快。

是以 1 µ s 每格的时间精度观察到负载上的电压波形,复位电压的幅度在复位 2 µ s 后由于磁芯的饱和而几乎下降为零,对第一个主脉冲幅度影响很小,但随后复位电压重新升高,叠加在第二个主脉冲上。是负载上电压和磁芯的励磁电流波形。实验中 3 块磁芯总的截面积为 103.25cm ,铁氧体的最大磁通密度跳变范围为 0.78T ,对于半高宽 90ns 的脉冲,能感应出的最大电压幅度约为 90kV 。图中,通过脉冲间叠加复位,磁芯感应出了间隔 700ns 的两个 80kV 的电压脉冲。由图 6 中电流曲线可看出,第一个主脉冲过后约 300ns ,复位电流通过了零点并继续上升,为第二个主脉冲提供了足够的跳变范围。