小型场畸变气体开关的击穿抖动特性研究
发布时间：2020-04-14 01:58
【摘要】：脉冲功率技术在国防和民用领域有着广泛的应用。气体开关是脉冲功率源的关键部件。目前脉冲功率技术的发展方向由追求单台高峰值功率的脉冲功率源向多台脉冲功率系统的功率合成技术发展,这对开关元器件的性能提出了更高的要求,需要开关组件不仅可以在一定的脉冲功率、重复频率、时间抖动范围内工作,而且还对开关器件的体积尺寸和工作稳定性要求很高。开展小型场畸变火花间隙气体开关的击穿特性和抖动特性研究,对于紧凑型低抖动重复频率脉冲功率源的研究具有重要意义。本文首先介绍了气体放电的基本理论和场畸变开关的击穿机理。着重研究了影响气体开关重复频率的因素,并对气体的绝缘恢复过程进行了介绍,同时从理论上分析了开关电极的烧蚀机理,提出减少开关烧蚀应该采取的措施。通过理论分析和仿真模拟,给出了气体开关抖动产生的原因,为对气体开关的设计和实验研究提供了理论基础。设计并研制了一种小型场畸变火花气体开关。为降低气体开关的结构电感,提高气体开关的工作特性,将主电极设计为环形轨道结构;同时,为增加气体开关工作的稳定性,降低自击穿概率,将触发电极设计为盘状结构;为提高开关导通过程中的击穿特性和稳定性,在盘状触发盘中间增加一个圆孔。该型气体开关体积小(φ150mm×42mm),重量轻(约1.5kg),耐电压高(大于120kV),可在重复频率条件下长时间稳定运行。对研制的小型场畸变火花气体开关的击穿特性、触发特性、重复频率特性和稳定性进行了实验研究。开关不加触发脉冲的自击穿实验结果表明不同气体的自击穿电压存在很大差距,随着气压升高开关的自击穿电压也会升高,二者近似呈线性关系;通过对开关腔体内充入不同气体进行触发实验,结果表明该开关在N2和SF6-N2混合气体中的击穿性能较好,不同气体在高工作系数下击穿时延和抖动均较小。通过改变触发脉冲频率对开关进行不同重复频率实验,结果表明该开关可以在重复频率1Hz～50Hz范围内稳定工作,但当重复频率高于100Hz后开关稳定性大幅下降。通过改变触发脉冲的前沿和峰值,发现触发脉冲对开关稳定性有很大影响,前沿快、峰值高的触发脉冲可以有效减小开关抖动,提升开关工作稳定性。通过分别测量场畸变开关不同间隙的击穿时延,发现场畸变开关不同间隙的抖动受不同因素的影响,其中触发脉冲的变化主要影响场畸变开关首先击穿间隙(或称间隙1)的抖动,而工作系数的变化主要影响开关随后击穿间隙(或称间隙2)的抖动。
【图文】：
，国防领域应用广泛，，而且在民用方面比如能源、工业、环境科学、医疗领域等都逡逑取得了很大的进展，如在军事领域被用于电磁脉冲技术｜１１［２１和电子轨道炮１３１的研逡逑宄，在能源领域可用于可控核聚变研究等方面｜４１，在工业领域可用于材料加工１５１１６１逡逑在环境领域可用于废气污水的净化Ｉ７—，在医疗领域可用于外科手术Ｍ、消菌杀逡逑毒等方面。逡逑脉冲功率技术的最高水平是美国的Ｓａｎｄｉａ实验室、Ｌｏｓ邋Ａｌａｍｏｓ实验室和逡逑Ｌａｗｒｅｎｃｅ邋Ｌｉｖｅｍｏｒｅ实验室，最近几十年我国也在迅速发展，比如中国工程物理逡逑研究院、西北核技术研宄所、中科院等离子体所还有清华大学和国防科技大学等逡逑都做了比较深入的研[偂ｅ义瞎赜诼龀骞β始际醯难芯恳话惆ㄒ韵录咐啵椋澹荩哄义希ǎ保┠芰康拇娲ⅲ诲义希ǎ玻└吖β事龀宓牟诲义希ǎ常┛丶际酰诲义希ǎ矗┞龀遄爸眉捌湎喙丶际酰诲义下龀骞β氏低炒笾碌墓ぷ髟砣缦峦妓荆哄义希ㄥ危五危驽五危五义
本文编号：2626725
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