气体火花开关电极烧蚀研究综述

气体火花开关是脉冲功率装置中最常用的关键器件。电极烧蚀作为脉冲功率开关中的难点问题,会引起开关自击穿电压降低、触发抖动增大及开关寿命降低,已成为制约气体开关发展和应用的一个瓶颈。本文回顾梳理了国内外学者针对电极烧蚀问题进行的一系列研究,从电极烧蚀理论和实验研究成果两个方面,介绍了电极烧蚀的基本机制及仿真模型,归纳了影响开关电极烧蚀的因素以及电极耐烧蚀材料的研究进展,最后讨论了电极烧蚀研究面临的问题以及优化电极材料抗烧蚀性能的方向。

     

等离子体源参数对长导通等离子体断路开关性能的影响

研制了可工作在长导通时间（约1μs）的等离子体断路开关,实验研究了等离子体源参数,包括等离子体枪与主回路之间的触发延时、等离子体枪的工作电压以及等离子体枪的数目对开关性能的影响规律。研究结果表明,开关导通时间和开关电压随触发延时、枪工作电压和数目的增加而增加,但当开关导通时间接近主回路电流四分之一周期时,开关电压呈下降趋势。当Marx发生器工作电压为120kV且采用4个等离子体枪时,实验获得的最大电压倍增系数约为1.8。     

一种紧凑型高功率脉冲调制器

研制了一种基于水介质单同轴脉冲形成线型的高功率脉冲调制器,该调制器由初级储能电容器、脉冲变压器、水介质同轴脉冲形成线、氢气主开关和场发射真空二极管等组成。用Pspice电路软件对脉冲形成线的充电电压和二极管电压、电流进行了模拟,并用有限元软件分析了脉冲形成线的电场分布。当初级储能电容器组充电电压为35 kV, 氢气主开关导通电压高达520 kV时,在调制器场发射二极管输出电压约230 kV, 束流30 kA,脉宽约60 ns的高电压脉冲。此外,对主开关充不同类型的气体进行了实验研究,结果表明:氢气主开关的脉冲调制器能够在二极管上获得前沿更陡的高电压脉冲,并能有效地改善二极管电子束的性能。理论分析与实验结果基本一致。此种类型的调制器具有运行稳定、体积小、结构紧凑的特点。     

紫外-可见分光光度计的应用与维修

主要介绍了TU1221型紫外-可见分光光度计的原理、应用及维修,对错误代码NG1、NG2、NG8、NG9等常见故障现象进行了原因分析与排除.     

MV级重复频率三电极气体开关的优化研究

对一种高工作电压、高重复频率的三电极气体开关的优化设计方法进行了研究,包括绝缘结构的优化、最优触发孔径和触发电极位置的选取。采用设计开关开展了实验研究,并对实验结果进行了分析。结果表明,开关实现了工作电压1.1 MV,峰值电流约13.8 kA,重复频率100 Hz的最大稳定运行参数,性能满足设计要求;开关绝缘恢复性能良好,各次电压波形幅值均匀,分散性小,归一化标准偏差小于3%。     

高压火花隙开关中气体冷却的数值模拟

高温气体的冷却对火花隙开关的重复运行具有重要的影响。利用流体方程、热传导方程和理想气体状态方程构建的方程组,对火花隙开关中高温气体冷却的过程进行了数值模拟。分析了气体导热系数、粘性系数、对流及气体压强等要素对气体冷却速度的影响,得到了气体冷却的基本规律：火花隙开关内气体的冷却以传导为主;若不采用其他手段,气体在十几ms内冷却较困难;对流的作用经数十ms后才显著;气体的粘性系数对气体冷却的影响可以忽略。可以通过选用导热系数高的气体,优化电极结构或采用吹气方法提高气体冷却速度的办法。     

SF6气体间隙开关激光触发延迟的数值模拟

建立了激光触发SF6气体间隙开关的0维数值模型,数值计算结果与国内外实验进行了比较,计算的延迟时间与实验结果符合较好。在充气压力一定时,延迟时间随激光能量、工作电压比的增加而减小,并且延迟时间-工作电压比的曲线斜率也是随激光能量和工作电压比的增加而减小的。当激光能量一定时,延迟时间随充气压力的减小和电压的增加而减小, 并且不同充气压力的延迟时间随电压变化的曲线斜率是随电压的增加而减小的。但是,等电压压力比值情况下,延迟时间是随充气压力的增加而减小的。     

基于火花隙开关实现的固体热容激光器实验

在对储能网络的快速恒流充电和氙灯的预燃状态下,通过控制火花隙触发开关上的电压和重复频率,实现“热容”模式下运行的氙灯泵浦钕玻璃激光器的激光输出。初步实验指标达到：重复频率4 Hz,40 J/脉冲,出光25 s,输出能量4 kJ,工作间隙10 min,每次工作出光可将1.5 cm厚的铝板打穿。该激光器的功率输出可定标放大到kW量级以上,适合进行一些固体热容激光器特点的相关实验。     

100 kA微秒导通时间等离子体断路开关研究

研制了最大导通电流约为100 kA的微秒导通时间等离子体断路开关,开展了该导通电流下的等离子体断路开关性能实验,得到的负载电流上升时间为54-76 ns,最高开关电压为1.38 MV,最高电压倍增系数达到4.9。建立了导通阶段开关区等离子体运动的二维雪耙模型,初步数值模拟结果表明,该模型对目前开展的实验有较好的预估能力。     

SES微波脉冲压缩系统瞬态特性的模拟研究

通过MATLAB编程,实现了储能切换（stored energy switch）方式产生高功率微波脉冲瞬态响应过程的模拟。程序可用于研究微波压缩系统的功率增益、储能转换效率及脉宽压缩比等主要指标与系统开关耦合腔的固有品质因数、输入与输出耦合系数的关系;并可用于对工作频率失谐、“开关”导通前的泄漏及“开关”启动时间的影响等进行分析,输出瞬态响应过程图像。