脉冲功率技术基础

图示1：脉冲功率系统构成拓扑图
一、储能或脉冲发生系统
　　目前脉冲功率技术的储能方法有：电容储能、电感储能、化学储能、机械储能等几种。
1.电容器储能型系统
　　电容储能是被研究最早的一种储能方式，也是目前应用最广的储能方式。其技术成熟，可用于毫秒、微妙、纳秒量级的脉冲功率装置中。作为储能器件，具有容量大、内部电感极小、耐压高的特性，储能达数千焦耳至数兆焦耳，缺点是储能密度低，在107J以上的装置上使用不够经济。
2.电感储能型电源系统
　　相比电容储能，电感储能的储能密度高,系统体积小、重量轻、造价降低,因此应用电感储能有潜力得到更高的能量利用率和脉冲功率，并且电感储能系统的绝缘问题相对容易解决。目前被广泛应用于等离子体物理、强激光、电磁辐射等研究领域。
3.化学储能电源系统
　　化学储能实际上就是利用储能材料相接触时发生化学反应,而通过热能与化学能的转换储存能量储存起来。它具有很高的储能密度（例如TNT炸药储能密度为5.25*10^3J/cm³）。并且它们又能快速脉冲地释放和转换成电脉冲，所以现代脉冲功率技术常采用化学能的脉冲发电装置，除高储能密度的电化学电源（如蓄电池）外，常用的还有各种形式的磁通压缩发生器（发电机）、脉冲磁流体发电机和磁流体电容器等。
4.机械储能电源系统
　　机械储能装置最常见的是脉冲发电机和单机发电机，并且多是先用透平机或电动机把大质量飞轮驱动起来旋转到高速度，使飞轮惯性地储存动能，然后突然转接到脉冲发电机的转子轴上，使其产生电脉冲输出，同时飞轮因释能而被减速或停转。
二、脉冲压缩或成形系统
　　脉冲成形系统是通过能量或时间压缩方法，对储能或发生系统输出的功率脉冲进行整形和变窄，以达到需要的脉冲功率值和脉冲形状以及脉宽的要求。主要有以下几种类型：
1.脉冲功率变压器
　　脉冲功率变压器不同于一般的脉冲变压器，它具有大脉冲功率容量，主要用它改变电压和电流幅值，以及压缩和改变脉冲形状，主要有４类：①双谐振脉冲变压器；②电缆绕组型脉冲变压器（空心和铁心的）；③纳秒脉冲变流器；④特殊脉冲变压器，包括马丁式、ＨＰＧ馈电式、自耦三段式、非均匀传输线式、串级式脉冲变压器。
2.大功率短路开关
　　大功率短路开关可以隔离或闭合脉冲功率装置，转换能量，缩短脉冲前沿和压缩脉冲，从而改变脉冲形状。大功率短路开关种类繁多，主要有：①用电极触发的气体放电开关（包括三电极放电器和四电极短路开关）；②激光触发的短路开关；③触发真空开关（包括平面电极型、同轴电极型、杆排电极型、圆筒阳极型和金属等离子体电弧开关）；④固体开关（包括可控固体开关、半导体功率器件和光电导通脉冲功率开关）；⑤表面放电开关；⑥自击穿开关（包括二电极自击穿开关和多开关型整流器）；⑦大功率气体和液体场畸变开关；⑧连续－重复脉冲开关；⑨磁开关。
　　大功率断路开关常用于电感储能脉冲功率装置，其功能是切断电路、升高电压和时间压缩脉冲，主要有：①电爆炸导体断路开关（金属丝或箔）；②等离子体融蚀断路开关（融蚀模型和雪犁模型）；③机械式断流器（包括真空断流器、波纹式断流器和受控固体断路开关）；④金属等离子体弧开关；⑤交叉场管；⑥等离子体枪或ＤＰＦ开关；⑦热驱动断路开关；⑧超导断路开关；⑨非线性电阻固体开关；⑩反射开关；电子束控制开关（含闭合功能）；炸药爆炸断路开关（单向碎裂型和无感型）。