气体介质对多间隙气体开关电晕均压与自击穿特性的影响

快脉冲直线变压器型驱动源(FLTD)是近年来快速发展的新型脉冲功率源技术,多采用多间隙气体开关作为开关器件。电晕均压措施有利于提升开关击穿性能,但不同气体中电晕放电有显著区别。本文首先研究了空气中针电极对单间隙电晕放电特性的影响,确定了电晕针电极的尺寸,之后研究了N2,CO2,SF6/N2混合气体、C4F7N/N2混合气体中的电晕放电特性,研究了电晕均压6间隙气体开关击穿电压及其稳定性随气体种类和气压的变化规律。实验结果表明,N2中电晕电流较大且不稳定,空气中电晕电流比N2中低,且电晕放电较为稳定,微量强电负性气体加入会极大降低电晕放电电流。当采用空气和N2作绝缘介质时,气体开关击穿电压随气压升高线性增加,但存在低值击穿,微量强电负性气体混合N2可显著提升击穿电压的稳定性。1%SF6/99%N2混合气体在0.18 MPa时,击穿电压约为197.33 kV,标准偏差占击穿电压比例为1.50%,1%C4F7N/99%N2混合气体在0.15 MPa时,击穿电压约为190.42 kV,标准偏差为0.55%。这表明,微量环保替代气体C4F7N与N2的混合气体对于提升多间隙气体开关击穿电压稳定性有显著作用。     

低气压火花隙去耦式短路开关

根据文献[1],我们研制了低气压间隙去耦式短路开关,并研究了其性能. 短路开关的结构如图1所示,由上、下两部分组成:上部是高气压间隙Gh,工作介质为CO2,压强在1-2.5kg/cm2之间;下部是低气压间隙G1。工作介质是空气,压强为20mTorr.间隙的电极材料是黄铜,端面镶有不锈钢.以汽车的火花塞作为G1的触发极.整个开关用尼龙罩密封. 开关的工作原理可由图2加以说明.G1被小电阻R2短路,起动开关Gs导通后,在短路开关上出现的高电压主要由Gh承受.触发脉冲由充电电缆I1终端间隙Gt短路产生,并经由去耦电容Cf加到触发极上.Gh和G1的击穿过程如下:当负载…     

封面说明

大气压介质阻挡放电形成的斑图 .这是一种可工作于大气压的放电装置 ,可用于产生臭氧、化学反应、材料表面处理等 ,也可用于研究斑图动力学和时空动力学 .放电方式有辉光和流光两种 .在流光放电中 ,每一放电通道可认为是一个准粒子 .它们的运动构成如图所示的斑图 .上电极用玻璃容器充以普通水兼作冷却介质和透明介质便于观察 ,水里浸一金属丝导电 .下电极可用铜 ,也可用另一水池 ,上面覆以玻璃片 .上下电极间隙 1ｍｍ左右 .普通相机照相 .只需一台频率为几千周到几十千周、电压几千伏的电源 ,这一实验很容易在任何中学实验室进行封面说明$…     

辅助放电针对气体间隙直流自击穿特性的影响

为降低气体放电间隙直流条件下自击穿电压分散性,尽可能不影响其自击穿电压,基于环形电极放电间隙,设计了一种在阴极中心植入辅助放电针的辅助放电电极结构。通过电场仿真,研究了辅助放电针直径、长度和顶部倒角对放电间隙场畸变的影响。实验研究了放电间隙无辅助放电针和植入辅助放电针后,其在干燥空气和SF₆气体中的直流自击穿特性。结果表明：辅助放电针直径越小、长度越长,电极环对其电场屏蔽作用越弱,放电间隙场畸变强度越大;辅助放电针对SF₆气体放电间隙直流自击穿电压影响较小,随着场畸变系数的增大,同一气压下干燥空气自击穿电压下降百分数为SF₆气体自击穿电压下降百分数的2～3倍;辅助放电针对直流条件下干燥空气和SF₆气体放电间隙自击穿电压稳定性具有有益作用,分散性减小百分数较无辅助放电针结构均提高约25%。     

低气压氙气介质阻挡放电的一维仿真研究

通过建立一个自洽耦合的一维流体模型来描述低气压氙气介质阻挡放电(DBD),并采用有限元法对模型进行数值仿真研究,得到了不同外加电压幅值和频率下的气体间隙压降、放电电流、介质表面电荷随时间的变化关系以及电子、离子、中性粒子和空间电场的时域分布.仿真结果表明:介质表面电荷对放电的点燃与熄灭起着关键的作用;在一个放电周期内,根据气体间隙压降的变化情况,介质表面电荷可按六个阶段进行分析;随着外施电压幅值的增加,间隙击穿逐渐提前至外施电压过零点之前发生,放电更为剧烈;随着外施电压频率的提高,气体间隙压降减小,间隙容易击穿,放电也更加均匀.粒子及空间电场的时域分布表明氙气DBD为典型的辉光放电.     

电荷电压法测量DBD等离子体的放电参量

在DBD应用研究中，使用电荷电压法能够测量许多重要参量，如放电功率、放电间隙等效电容、电介质层等效电容、着火电压、放电间隙等效电压及放电间隙电场强度等．同时根据电荷电压图形随工作条件及状态变化的情况还可以诊断DBD等离子体的工作稳定性．文章对相关原理、模拟实验结果及实际应用效果进行了介绍．     

大气压氦气介质阻挡放电单-多柱演化动力学

介质阻挡放电被众多工业领域用作低温等离子体源,柱状放电是介质阻挡放电的重要形式之一,但其放电理论尚未掌握.进行大气压氦气介质阻挡放电实验,通过降低外施电压低于起始放电电压实现了柱状放电从单柱到多柱的斑图演化,拍摄了电极底面放电图像,测量了外施电压、放电电流、放电转移电荷、放电柱的柱直径和柱间距,计算了放电柱受其他所有柱施加的库仑力与磁场力.结果表明:外施电压变化瞬间电极底面放电图像呈现出动态演化过程.不同层放电柱的柱直径由中心向外层依次增大.计算发现演化稳定后放电柱所受库仑力远大于磁场力,推理存在一约束势平衡库仑力使放电柱稳定分布.不同电压、位置的放电柱所受库仑力不同:不同层的放电柱所受库仑力由最外层至中心柱依次减小,中心柱受力为0,最外层放电柱的约束势应最大而中心放电柱的约束势应该最小;外施电压降低,介质表面电荷和放电柱总数的共同作用导致库仑力增大,约束势也应有所增大,即约束势受介质表面电荷、放电柱总数与位置的共同影响.     

流动氩气放电系统中条纹斑图形成的实验研究

采用双水电极介质阻挡放电装置, 在大气压下流动氩气中产生了稳定的条纹斑图, 并采用拍照和电学方法对其产生机理进行了研究. 研究发现, 条纹斑图仅出现在外加电压较低的情况下, 在较高电压下放电会过渡到均匀模式. 低电压下的条纹斑图是由于放电丝沿着气流方向定向移动形成的, 该定向移动速度几乎与电压无关, 主要由气体流量决定. 分析发现放电空间中活性粒子的记忆效应对条纹斑图的形成起决定作用. 电学测量发现放电电流和放电的气隙起始电压都随着气流的增加而减小, 本文对这一现象进行了定性解释. 本文结果对斑图动力学研究和介质阻挡放电的工业应用都具有很重要的意义.     

空气介质阻挡放电单个微放电通道发光强度及振动激发温度的空间分布

通过清洗放电方法,在平行平板介质阻挡空气放电中得到了单个稳定的微放电通道（又称放电丝）.测量了从瞬时阳极到瞬时阴极单个放电丝的发光强度及振动激发温度的空间分布.研究表明：在外加电压的每半周中放电丝发光呈现杯型分布,杯底位于瞬时阴极处;振动温度在两平行板间隙的中心处最高而在瞬时阳极处最低. 关键词： 介质阻挡放电 微放电通道 振动温度     

介质阻挡放电等离子体及其工业应用

 阻挡放电,也被称为介质阻挡放电或无声放电,它是一种由两个平行的平面电极或圆柱形电极间至少存在一个独立的介质层,并在交流供电条件下的放电情况(图1)。这种放电的主要优点在于可在大气压气体中产生非平衡态等离子体条件,并且这还是一种经济可行的好方法,因此它已经在许多方面有着广泛的应用。     

Experimental study on characteristics of nanosecond-pulse surface dielectric barrier discharge

在常规大气环境条件下,基于单极性纳秒脉冲电源对表面介质阻挡放电特性进行了实验研究.结果表明:纳秒脉冲表而介质阻挡放电的本质是丝状放电,放电集中在电压脉冲的上升沿;激励电压和脉冲重复频率越大,放电越强烈,越接近均匀放电,但电压的作用更侧重于均匀性,而频率的作用则侧重于放电的强度;电极间隙的优化可以使表面介质阻挡放电特性最好;玻璃作为阻挡介质时容易发生沿面闪络.     

大气压介质阻挡放电中的自组织斑图结构

采用水作为电极,对大气压介质阻挡放电中的自组织斑图结构进行了研究,观测到了规则的斑图结构(包括准六边形斑图和条带状斑图)和不规则的斑图结构.实验发现斑图中放电丝的密度随着电介质层厚度的增加及放电气隙宽度变大而减小,而随外加电压及频率增大而增大.采用空间相关函数的方法分析了准六边形斑图结构中的放电丝分布与驱动电源电压的关系 关键词： 介质阻挡放电 自组织斑图 放电丝密度 空间相关函数     

一种低电感场畸变型短路开关

在电容器放电的核聚变装置上,为使负载电感中能产生单极性的脉冲电流,常在负载电感旁并接一个短路开关[1,2].对这种短路开关的要求见文献[3].1.开关结构 我们研制的短路开关的结构如图1所示.该开关的主要特点如下: (1)导电部分结构非常紧凑,从而使开关的电感很低,可达20nH左右. (2)采用场畸变型间隙作开关间隙,动作性能较好.这种开关既可作短路开关(当上下间隙距离的比值近似等于1时),也可作主放电开关(当上下间隙距离的比值大于1时). (3)开关内充绝缘气体,们节气压即可改变其耐压性能。同时,由于开关上设有进出气孔,内部气体可经常更换,因…     

同轴-三平板型水介质自击穿开关设计

 在1 MV水介质自击穿开关降压实验的基础上，设计了用于脉冲功率装置的水介质输出开关，设计的最高运行电压为4 MV，放电电流600 kA。4 MW水介质自击穿开关为同轴-三平板结构，由输入输出电极、预脉冲屏蔽板和连接部件组成。在结构设计中拟使用电流线圈测量每个通道的放电电流，用开关前后传输线上靠近开关端的D-dot测量开关的输入输出电压。对开关间隙进行了2维和3维静电场分析，结果发现二者差别较大，3维静电场分析应该更接近实际电场分布。     

等离子显示及其应用

如图一所示,由三片簿玻璃板组成,Ⅰ·Ⅲ是电极板,Ⅱ是有槽孔的槽板。电极面向外侧,相互垂直,槽孔位于电极的交点,将三片簿板重叠封固,排气、封入放电性气体。 从大面积考虑可以使用平面透明并且成本低的钠钙石灰玻璃(Soda Lime glass)。也可以在一块厚板玻璃上做透明电极,再涂以透明介质如图三所示。也可以做成不用槽板的     

用PET薄膜覆盖金属丝网电极实现大气压空气中均匀放电

将325^#不锈钢丝网电极和0.1 mm厚的PET薄膜紧贴在一起,平整地固定在Rogowski电极基座上,用50 Hz工频电压源及并联稳压电容,在大气压下2 mm空气间隙中实现了均匀放电.实验表明：将放电电流和电荷量波形作为判断放电均匀性的依据并不是完全可靠的,它只能判断放电在时间上的一致性,而不足以判断放电在空间上的均匀性.只有拍摄曝光时间不大于100ns的放电图像,才能可靠地判断放电的均匀性.在金属丝网电极覆盖PET薄膜的大气压气体放电实验中,这种放电图像被拍摄到,并说明大气压空气中的均匀放电只是汤森放电,而非辉光放电. 关键词： 大气压辉光放电 金属丝网电极 驻极体 高速摄影     

一种新的无极放电技术

气体激光器的发展大大地促进了气体放电技术的发展,尤其是近几年TEA CO2激光器、N2分子激光器、稀有气体卤化物准分子激光器的进展,要求大面积均匀辉光放电和选择性能量耦合.为此发展了多种预电离技术[1]及各种形式的等离子体电极[2,3],以使放电区间的空间电荷分布均匀,改善电极面型和电子发射特性,避免放电成弧. 本文提出的无极放电是以固体电介质表面的装填式电荷发射为基础的新型放电技术.它可以在不使用任何预电离措施情况下获得大面积均匀辉光放电,并对器壁没有苛刻的面型要求.这就可能简化激光器结构和设备,提高以活泼元素为激光介…     

碰撞对非对称射频鞘层特性的影响

对于大多数活性射频等离子体刻蚀工艺，由于放电室中两个电极的面积不等，使得两个电极附近的等离子体鞘层是非对称性的.考虑离子与中性粒子的碰撞效应，建立了一种描述这种非对称射频鞘层动力学特性的自洽动力学模型.数值结果显示碰撞效应对极板上的瞬时电压降、瞬时电子鞘层厚度、鞘层内的离子密度和动能的空间分布以及两个极板上电压之差等物理量的影响. 关键词： 射频鞘层 非对称电极 碰撞效应 离子     

正弦交流电压驱动低气压CO2放电特性的对比:DBD结构与裸电极结构

火星大气富含CO₂(～95%),对其原位利用具有重要的科学和经济价值.高压放电转化CO₂具有绿色环保、可控程度高、使用寿命长等优势,在火星CO₂资源原位转化利用方面具有应用潜力.本文模拟火星低气压条件下CO₂氛围,针对kHz交流电压驱动两种典型电极结构(有/无阻挡介质)的放电特性开展对比实验研究,并辅以数值仿真分析两种电极结构下CO₂放电产物及其转化途径.结果表明,引入阻挡介质后,由于介质表面累积电荷和空间电荷畸变电场导致放电从半周期单次放电转变为多脉冲放电,不同放电脉冲对应的放电通道随机产生.主要放电产物中,CO依赖阴极位降区边界处电子与CO₂附着分解反应产生,O₂大部分产生于瞬时阳极表面或瞬时阳极侧介质表面电子与CO₂~+复合分解反应.进一步发现,介质引入不改变二者产生位置和主导反应路径,但会降低阴极位降区边界处电子密度和电子温度,使CO产量有所减少;并降低放电功率,使到达瞬时阳极表面和瞬时阳极侧介质表面的C...     

一 种 新 的 倍 压 回 路

理论和实验均表明,快磁压缩等离子体的离子温度,随着等离子体柱的角向电场强度Eθ增加而增加,而Eθ又正比于感生此场强的放电线圈两端的电压.为了提高Eθ,可以采用倍压放电技术,将放电线圈两端的电压倍增.本文提出了一种新的倍压回路.一、倍压回路的基本原理及其短路性能1.基本原理:本回路的基本形式如图1(a)所示.其中Gs为起动开关,Gc为低气压间隙去耦式短路开关,负载为原GBH-1的主场线圈,电感为L1,传输电缆共六根,每根长为15m,分为两组.图1(b)为该倍压回路的等效回路,其中R1为负载线圈的电阻,Rc和Lc分别为短路开关的电阻和电感,R2和L…