吉瓦—百千安级冲击放电电弧的冲击波超压作用分析

发布时间：2021-12-10 07:02

　　在许多先进的脉冲功率工程应用中,开关是其中重要的组成器件之一,它通常限制着整个系统的通流等级。两电极气体开关具有优异的电气性能和热稳定性,是多种高能脉冲功率应用开关的合适选择之一。系统运行一段时间后,需要维护或更换开关,在复杂的电路中既费时又昂贵。以往人们重点关注的都是开关电极在大电流电弧作用下热力学的烧蚀问题,但对放电电弧引起的开关内生电弧作用力及其传递过程缺乏研究。对于吉瓦-百千安级放电应用场景来说,冲击放电电弧会产生巨大的冲击力,可能会直接造成开关的裂解,或者在长期、重复地放电工作后引起开关结构的疲劳损坏。缺乏对电弧的力学分析将会使单一结构开关的通流能力受到限制,不能满足更大能量转移的要求。本文研究大电流冲击放电电弧的冲击波超压作用。以吉瓦-百千安级气体开关为例,基于等离子通道热力学平衡和冲击波物理理论,分析大电流冲击放电电弧诱导的电弧冲击波的产生过程。研究讨论了由爆炸波理论和电弧通道能量平衡方程求解电弧通道膨胀过程中产生冲击波的能量转化特点,给出电弧通道能量不再转化为冲击波的分界点。参照电容储能型脉冲泵浦电源中流过气体开关的冲击放电电弧电流参数,搭建仿真电路模拟电流峰值、上升率... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

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美国国家点火装置基础平面图

（2-21）电弧通道膨胀速率可以简化成 r(t)的导数，如图2-5所示，将式（2-20）、式（2-21）代入式（2-19）得到关于电弧通道半径以及电弧通道电流的电弧能量平衡方程：32 2 21 0422 d d d1 d d dAK r r r ir rt t t （2-22）

图 3-11 峰值电流不同的冲击放电电弧的冲击波超压衰减曲线气体间隙从击穿到形成电弧膨胀产生冲击波的物理过程较为复杂，确描述此过程中距离电弧中心点较近位置处冲击波的发展，因此可心 4mm（1/2 电极间距）处位置为起始点开始分析冲击波超压的衰将由爆炸波理论和电弧通道能量平衡理论求解得到的三组电流电弧曲线绘制在一起。 3-11 可以看出，在距离电弧中心较近位置，由电弧爆炸波理论求解要大于由电弧通道能量平衡方程求解得到的冲击波超压。同时，前减速率大于后者。这是由于通过式（2-51）求解电弧冲击波超压时冲击波的能量被认为全部作用于电弧通道起始膨胀瞬间，而由能量的冲击波超压在发展过程中考虑了能量的不断补充过程[77]。在距离之后，由于后者考虑了冲击波在发展中能量不断补充的过程，由电得到的冲击波超压开始小于由电弧通道能量平衡方程求解得到的


本文编号：3532122