重复频率长寿命气体火花开关的研究

摘要

脉冲功率技术在科学试验、国防、生物医学以及环境保护等领域有着广泛的应用,而脉冲功率技术的发展要求作为脉冲功率系统关键元件之一的开关器件具有耐压高、导通电流大、工作寿命长、击穿时延和分散性小的特性以及能重复频率工作等.本文研究对象是场畸变型、旋转电弧气体火花开关.本文首先综述了各种脉冲大电流闭合开关的特性、工作原理以及近年来脉冲大电流闭合开关的发展状况,特别介绍了气体火花开关的工作机理以开关的发展与分类.气体火花开关放电时通过的大电流会引起开关电极的烧蚀,而这种烧蚀是影响气体放电开关性能,特别是开关寿命的主要因素.结合旋转电弧开关和环形轨道开关特点,设计了一种旋转电弧、场畸变气体火花开关,有效地减少了气体火花开关电极烧蚀,提高了气体火花开关寿命.它是使开关间隙放电产生的电弧在自身产生的磁场的驱动作用下沿着开关电极的表面运动,减小电弧与电极相互作用的时间,从而达到减小开关电极烧蚀的效果;根据旋转椭圆法近似法,设计出了形状相对优化的开关主电极表面,使开关电极表面的电场尽可能均匀.开关电极表面的放电均匀,这样将防止电弧集中于电极表面的某些地方,因而使电极的烧蚀较均匀,减小开关电极的烧蚀,从而延长开关的寿命;在不同开关结构、不同电极材料和不同电流波形情况下对开关进行了单次触发放电实验,验证了旋转电弧、场畸变间隙开关能够有效地减轻开关电极的烧蚀程度;开关进行了静态自击穿实验,实验结果表明开关静态自击穿电压是比较稳定的,同时也说明所研制的开关间隙内部电场分布比较均匀.

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文摘

英文文摘

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1绪论

1.1脉冲功率技术的发展及应用简介

1.2脉冲大电流闭合开关概述及国内外研究现况

1.3论文的主要研究内容

2气体火花开关及其工作机理

2.1气体火花开关的工作机理与物理过程

2.2气体火花开关的几种类型

2.3气体火花开关的触发源

3重复频率长寿命火花间隙开关的研制

3.1旋转弧(Rotary Arc Gap)火花间隙开关的设计

3.2场畸变开关工作原理及电极设计

3.3场畸变旋转弧开关的重复频率工作方式

4场畸变旋转弧开关的试验研究及分析

4.1开关结构及其静态自击穿实验

4.2开关单次触发击穿实验

5重复频率开关击穿实验及其装置的研制

5.1场畸变开关重复频率试验装置的研制

5.2触发控制模块的设计

5.3采用L—C谐振充电的高压连续触发脉冲产生回路

5.4重复频率开关击穿实验

6全文总结

致谢

参考文献

附录1攻读硕士学位期间发表的论文