本實用新型涉及脈沖功率技術領域，具體涉及一種基于三板傳輸結構的強脈沖電流裝置。

背景技術：

強脈沖電流裝置是指通過相對較長時間儲能，然后快速壓縮、轉換，最終瞬間釋放給負載的裝置，通常其工作電壓10³～10⁷V，產生強脈沖電流10³～10⁷A，脈寬10^-5～10^-10s。強脈沖電流裝置在材料科學、地球和行星科學、流體動力學、高能量密度物理等學科領域有重要應用前景。

目前國際上從事脈沖大電流裝置研究的國家主要有美國、法國、英國和中國等國家，強脈沖電流裝置主要分為三類，一類是目前研究國際上正在積極開展研究的直線變壓器型驅動源，電容器通過開關放電提供初級電流，通過磁芯耦合到次級實現能量疊加；第二類是通過傳統Marx發(fā)生器技術，產生強流高壓脈沖，通過多級脈沖壓縮，產生上升時間百ns的脈沖輸出，例如圣地亞實驗室的Z/ZR機器和中物院流體物理研究所的PTS裝置；第三類是通過低電感電容器儲能技術、低電感傳輸線技術和平行板或電纜傳輸緊湊型實驗裝置，該類型裝置代表主要有VELOCE(平板傳輸)、GEPI(平板傳輸)、CQ-4(平板傳輸)，CQ-3(電纜傳輸)等。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種基于三板傳輸結構的強脈沖電流裝置，解決現有技術中脈沖大電流裝置存在的結構松散、阻抗大的問題。

本實用新型通過下述技術方案實現：

一種基于三板傳輸結構的強脈沖電流裝置，包括整體呈圓環(huán)形的三板傳輸線，所述圓環(huán)形的三板傳輸線分成多個扇形區(qū)域，在每個扇形區(qū)域的下方均安裝有一組儲能模塊，三板傳輸線通過同圓心的兩板傳輸線連接至圓心上的負載形成回路。本實用新型通過將三板傳輸線、兩板傳輸線設置成同心的圓環(huán)狀結構，其圓心處作為負載的加載位置，將圓環(huán)形的三板傳輸線分割成若干扇形區(qū)域，通過在每個扇形區(qū)域內安裝儲能模塊組的方式，可以使得儲能模塊組的數量大大增加，同時由于圓環(huán)狀的分布方式，使得其傳輸的距離大大減少，極大地降低了阻抗，保證了加載在負載上電壓的同步性，結構更為緊湊。

具體地講，所述的三板傳輸線包括從上至下依次疊放的上傳輸板、上固體絕緣層、中傳輸板、下固體絕緣層、以及下傳輸板；在三板傳輸線下方設置有與儲能模塊一一對應的絕緣桶。本實用新型通過采用上傳輸板、固體絕緣層、中傳輸板、固體絕緣層、以及下傳輸板疊放平鋪的方式，可以使得其結構更加緊湊，同時在過渡階段利用上傳輸板和下傳輸板融合連接形成一個整板的方式，可以極大地減小傳輸線路的阻抗，通過螺栓固定的方式，可以使得整個傳輸板結構緊湊，在下傳輸板的下方吊掛絕緣桶，在絕緣筒內安裝儲能模塊的方式，可以使得一個傳輸板上設置多個儲能電容，極大地擴展了儲能的能力，同時增加了儲能模塊之間的抗干擾性，提升了整體的穩(wěn)定性。

具體地講，所述安裝在每個扇形區(qū)域的儲能模塊為偶數個，其中一半數量的儲能模塊連接至上傳輸板和中傳輸板，另一半數量的儲能模塊連接至下傳輸板和中傳輸板。每個儲能模塊均包括兩個儲能電容，兩個儲能電容分別通過獨立的連接桿分別連接至上傳輸板、中傳輸板，充電時，其中一個儲能電容通過大電阻充正電，另一個儲能電容通過大電阻充負電，兩個儲能電容均連接至氣體開關，當氣體開關動作閉合時儲能電容放電，經過上傳輸線、負載、中傳輸線形成回路，完成測試。

所述儲能模塊連接至上傳輸板和中傳輸板的連接方式為：每個包括兩個儲能電容，其中一個儲能電容通過上連接桿與上傳輸板連接，另一個儲能電容通過中連接桿一與中傳輸板連接，兩個電容均連接至氣體開關；所述儲能模塊連接至下傳輸板和中傳輸板的連接方式為：每個包括兩個儲能電容，其中一個儲能電容通過下連接桿與下傳輸板連接，另一個儲能電容通過中連接桿二與中傳輸板連接，兩個電容均連接至氣體開關。兩個電容器的一端連接氣體開關，另一端通過連接桿連接在三板傳輸線上，儲能模塊通過兩種連接方式連接在三板傳輸線上，一種連接上傳輸板和中傳輸板，另一種連接中傳輸板和下傳輸板，兩種連接模式的模塊個數相同，連接中傳輸板的電容器通過大電阻充正電，連接上傳輸板和下傳輸板的電容器通過充負電。當氣體開關觸發(fā)導通時儲能電容放電，經過三板傳輸線、兩板傳輸線和負載形成回路，完成放電。

在所述絕緣桶內設置有位于兩個儲能電容之間的絕緣板，在所述上連接桿外套有上絕緣筒，上絕緣筒與中連接桿一外套有中絕緣筒一，中連接桿二外套有中絕緣筒二，上絕緣筒粘接在上固體絕緣層上，下絕緣筒一與下絕緣筒二粘接在下固體絕緣層上。進一步講，通過在兩個儲能電容之間安裝絕緣板，每個連接桿外套裝絕緣筒，使得電容都處于安全的狀態(tài)，可以直接縮小電容之間的間距，同時可以縮小儲能模塊之間的間距，使得整個傳輸板在相同的面積區(qū)域內可以安裝更多的儲能模塊，大大擴張了其容量，而且傳輸線路縮短，大大降低了阻抗。

所述的兩板傳輸線包括下傳輸板和中傳輸板，三板傳輸線的上傳輸板通過螺栓與三板傳輸線的下傳輸板連接，三板傳輸線的下傳輸板與兩板傳輸線的下傳輸板連接，三板傳輸線的中傳輸板與兩板傳輸線的中傳輸板連接。三板傳輸線過渡到平板傳輸線，通過短接件將上傳輸板以及下傳輸板連接，短接件與中傳輸板之間通過粘接在絕緣層上的上的絕緣套分開，實現絕緣。

在所述螺栓上套裝有兩個位于螺栓與中傳輸板之間的的絕緣套，每個絕緣套上均設置有徑向的臺階狀結構，兩個臺階相向設置并形成與中傳輸板相匹配的卡接結構，兩個絕緣套分別粘接在上固體絕緣層和下固體絕緣層上。進一步講，通過采用兩個臺階狀結構的絕緣筒配合形成中傳輸板的卡接結構，可以有效避免中傳輸板與上傳輸板之間的局部導通，而且，該結構也便于安裝和拆卸。

本實用新型與現有技術相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果：

1、本實用新型一種基于三板傳輸結構的強脈沖電流裝置，通過將三板傳輸線、兩板傳輸線設置成同心的圓環(huán)狀結構，其圓心處作為負載的加載位置，將圓環(huán)形的三板傳輸線分割成若干扇形區(qū)域，通過在每個扇形區(qū)域內安裝儲能模塊組的方式，可以使得儲能模塊組的數量大大增加，同時由于圓環(huán)狀的分布方式，使得其傳輸的距離大大減少，極大地降低了阻抗，保證了加載在負載上電壓的同步性，結構更為緊湊；

2、本實用新型一種基于三板傳輸結構的強脈沖電流裝置，通過采用上傳輸板、固體絕緣層、中傳輸板、固體絕緣層、以及下傳輸板疊放平鋪的方式，可以使得其結構更加緊湊，同時在過渡階段利用上傳輸板和下傳輸板融合連接形成一個整板的方式，可以極大地減小傳輸線路的阻抗，通過螺栓固定的方式，可以使得整個傳輸板結構緊湊，在下傳輸板的下方吊掛絕緣桶，在絕緣筒內安裝儲能模塊的方式，可以使得一個傳輸板上設置多個儲能電容，極大地擴展了儲能的能力，同時增加了儲能模塊之間的抗干擾性，提升了整體的穩(wěn)定性；

3、本實用新型一種基于三板傳輸結構的強脈沖電流裝置，每個儲能模塊均包括兩個儲能電容，兩個儲能電容分別通過獨立的連接桿分別連接至上傳輸板、中傳輸板，充電時，其中一個儲能電容通過大電阻充正電，另一個儲能電容通過大電阻充負電，兩個儲能電容均連接至氣體開關，當氣體開關動作閉合時儲能電容放電，經過上傳輸線、負載、中傳輸線形成回路，完成測試。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本實用新型實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本實用新型實施例的限定。在附圖中：

圖1為本實用新型俯視圖；

圖2為本實用新型系統原理圖；

圖3為本實用新型三板傳輸線的橫截面示意圖；

圖4為本實用新型圖3中I部儲能模塊的第一種連接結構示意圖；

圖5為本實用新型圖3中II部儲能模塊的第二種連接結構示意圖；

圖6為本實用新型圖3中III部三板傳輸線過渡到兩板傳輸線示意圖；

圖7為本實用新型實施例中單個儲能電容的等效電路圖；

圖8為本實用新型實施例中多個儲能電容的電路圖；

圖9為本實用新型實施例中不同放電時序下放電計算結果。

附圖中標記及對應的零部件名稱：

1-上傳輸板，2-中傳輸板，3-下傳輸板，4-上固體絕緣層，5-下固體絕緣層，6-氣體開關，7-儲能電容，8-上連接桿，9-上絕緣筒，10-中連接桿一，11-中絕緣筒一，12-中連接桿二，13-中絕緣筒二，14-下連接桿，15-絕緣板，16-絕緣桶，17-螺栓，18-絕緣套，21-三板傳輸線，22-平板傳輸線，23-負載，24-儲能模塊。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本實用新型作進一步的詳細說明，本實用新型的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本實用新型，并不作為對本實用新型的限定。

實施例

如圖1至圖4所示，本實用新型一種基于三板傳輸結構的強脈沖電流裝置，包括整體呈圓環(huán)形的三板傳輸線21，所述圓環(huán)形的三板傳輸線21分成16個扇形區(qū)域，在每個扇形區(qū)域的下方均安裝有一組儲能模塊24，每組儲能模塊包括16個獨立的儲能模塊，其中8個儲能模塊24通過上連接桿8與中連接桿一10連接在三板傳輸線21的上傳輸板1和中傳輸板2上，另外8個儲能模塊24通過中連接桿二12和下連接桿13連接在三板傳輸線21的中傳輸板2和下傳輸板3上，三板傳輸線21通過同圓心的兩板傳輸線22連接至圓心上的負載23形成回路；包括從上至下依次疊放的上傳輸板1、上固體絕緣層4、中傳輸板2、下固體絕緣層5、以及下傳輸板3，其中下傳輸板3起支撐作用，厚度為20mm，上傳輸板1和中傳輸板2厚度為10mm，固體絕緣層4為厚度4mm的交聯聚苯乙烯板，直流擊穿電壓可達300kV，該材料可實現相互之間的高壓絕緣粘接。所述的儲能模塊24包括兩個100kV/80nF的儲能電容7，兩個電容器7的一端均連接至200kV的高壓氣體開關9，兩個電容器的另一端分別通過上連接桿8，中連接桿一10，中連接桿二12和下連接桿13連接在三板傳輸線上，上連接桿8外套有上絕緣筒9，上絕緣筒9與中連接桿一10外套有中絕緣筒一11，中連接桿二12外套有中絕緣筒二13，上絕緣筒9、下絕緣筒一11與下絕緣筒二13底部為圓盤狀結構，并分別粘接在上固體絕緣層4和下固體絕緣層5上；三板傳輸線21過渡到平板傳輸線22，通過螺栓17將上傳輸板1以及下傳輸板3連接，螺栓17依次穿過上傳輸板1、上固體絕緣層4、中傳輸板2、下固體絕緣層5、以及下傳輸板3并與螺母配合形成整體，在螺栓17上套裝有兩個位于螺栓5與中傳輸板2之間的的絕緣套18，每個絕緣套18上均設置有徑向的臺階狀結構，兩個臺階相向設置并形成與中傳輸板2相匹配的卡接結構；本實施例中，當采用一個儲能模塊作為一組的時候，其電路如圖5所示，三板傳輸線過渡至兩板傳輸線的結構如圖6所示電容7通過大電阻的充電電容25分別充電正負100KV，當采用多個儲能模塊時，其電路如圖7和圖8所示，多個儲能單元時，電容串聯，并在串聯出通過大阻值的接地電阻26接地，以保證其零電位。本實施例的整機裝置總電容10.24μF，總電感約4nH，總電阻約10mΩ，將其分為16個模塊組，調節(jié)放電時序，可實現波形調節(jié)，圖9為不同放電時序下放電計算結果。

本實用新型提出一種新型Marx結構的多模塊儲能設計，采用低阻抗的三板傳輸結構，有效降低傳輸阻抗的同時，增加固體絕緣體的厚度，有利于大尺寸絕緣板的機械加工，基于該新思想設計的裝置其輸出脈沖電流為目前VELOCE、CQ-4等類型裝置的1倍以上，裝置不僅結構緊湊，而且有利于實現更高壓力下材料的動力學行為物理實驗研究。

以上所述的具體實施方式，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施方式而已，并不用于限定本實用新型的保護范圍，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。