用于EMP模拟器的气体火花开关的优化设计

摘要

开关是脉冲功率系统中的关键部件,研究设计的火花开关应用于电磁脉冲模拟器,开关为同轴式、电脉冲触发结构。主要内容如下:1、研究分析电脉冲方式触发气体火花开关性能的影响因素,基于电路理论和气体放电理论,对火花开关进行数学建模,实现自洽和非自洽的仿真分析。2、基于仿真结果,优化气体火花开关的内部结构及相关参数,并研制出火花开关及相应的触发控制电路。3、装配调试火花开关,并进行系统的试验分析,包括静态击穿特性、触发特性和开关导通性能试验。
　　得出的主要结果及结论如下:1、仿真模拟结果表明,阴极的尺寸结构对脉冲的上升时间影响比较大,一定条件下,阴极尺寸越大,能接受的火花通道的光子辐射越多,越能缩短输出脉冲的上升时间。2、在开关触发范围内,触发脉冲幅值增大能减小输出脉冲的抖动,增大输出脉冲的峰值电压;触发脉冲幅值偏小时,输出脉冲峰尖会变平,脉冲上升时问也会延长。3、试验结果发现,脉冲上升时间随着导通电压的增大而减小,但是在减小的过程中没有表现出明显的规律性。4、储能电容的容量决定着脉冲的能量,在75Ω负载情况下,储能电容每变化100pF,输出脉冲的下降时间也相应变化16ns,试验得出的结果与理论基本符合。
　　设计的气体火花开关,试验测试值与理论模拟值基本吻合;触发性能稳定,触发频率可调;输出脉冲上升时间可以短至2.2ns;输出脉冲峰值可以达到40kV。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 气体火花开关的研究现状

1.2.1 气体火花开关的研究现状

1.2.2 气体火花开关理论研究现状

1.3 本文研究的目的

1.4 本文主要内容

第二章 气体火花开关相关理论

2.1 开关工作特性

2.2 三电极开关工作原理

2.3 脉冲放电参量影响因素

2.4 气体放电理论

2.4.1 汤森放电理论

2.4.2 气体击穿与巴申定律

2.4.3 气体放电的各种形式与着火过程

2.5 本章小结

第三章 气体火花开关的相关仿真

3.1 开关触发仿真

3.1.1 开关电路等效及仿真

3.1.2 仿真结果分析

3.2 基于电路的模拟仿真及校验

3.2.1 仿真原理

3.2.2 仿真及结果

3.2.3 结果校验分析

3.3 结合微观理论的模拟仿真及校验

3.3.1 火花通道光能辐射的计算

3.3.2 结合微观理论的仿真原理

3.3.3 仿真结果

3.3.4 结果校验分析

3.4 本文试验数据与仿真结果对比

3.5 开关中静电场仿真

3.6 本章小结

第四章 开关的结构设计

4.1 开关性能参数的理论计算

4.2 开关触发器设计

4.3 触发电极的优化设计

4.4 开关机械结构设计

4.5 本章小结

第五章 开关的试验研究

5.1 开关的静态击穿特性

5.1.1 自击穿试验方法及内容

5.1.2 试验结果

5.2 开关的触发特性

5.2.1 触发幅值对开关的影响实验

5.2.2 触发范围研究

5.3 开关导通性能

5.3.1 脉冲上升时间与导通电压的关系

5.3.2 触发试验数据

5.3.3 储能电容对脉冲下降时间的影响

5.4 开关驻波比测量

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

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