LTD用紫外預(yù)電離氣體開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)及其特性研究.pdf

1、直線(xiàn)變壓器驅(qū)動(dòng)源（LTD）技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，其工作原理類(lèi)似于1:1的脈沖變壓器，通過(guò)多個(gè)模塊串并聯(lián)實(shí)現(xiàn)脈沖電壓、電流的疊加，不需要脈沖壓縮環(huán)節(jié)直接用以驅(qū)動(dòng)負(fù)載。LTD具有廣泛的應(yīng)用前景，但需要解決的首要問(wèn)題是初級(jí)幾萬(wàn)只甚至幾十萬(wàn)只氣體開(kāi)關(guān)的同步問(wèn)題。開(kāi)關(guān)同步性能直接影響到輸出脈沖的參數(shù)和穩(wěn)定性，低抖動(dòng)是開(kāi)關(guān)同步的關(guān)鍵；減小開(kāi)關(guān)電感能使裝置輸出脈沖的前沿更陡，因此開(kāi)展應(yīng)用于 LTD的低電感低抖動(dòng)氣體開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)及性能研究

2、的課題顯得尤為重要。
　　本文從氣體開(kāi)關(guān)導(dǎo)通機(jī)理分析，研究了開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)延和觸發(fā)抖動(dòng)的影響因素，分析表明提高開(kāi)關(guān)的工作場(chǎng)強(qiáng)，增加陰極表面電流能減小開(kāi)關(guān)的時(shí)延和抖動(dòng)。紫外光照射能夠?yàn)闅怏w間隙擊穿提供大量的種子電子，實(shí)現(xiàn)多電子引燃從而減小開(kāi)關(guān)的時(shí)延和抖動(dòng)，提高開(kāi)關(guān)導(dǎo)通的穩(wěn)定性。本文根據(jù)氣體開(kāi)關(guān)的紫外預(yù)電離結(jié)構(gòu)建立了二維等離子體模型模擬預(yù)電離過(guò)程，結(jié)果表明預(yù)電離過(guò)程自由電子密度到達(dá)1020/m3，比109/m3的背景電子密度大很多。

3、>　　開(kāi)關(guān)的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是對(duì)開(kāi)關(guān)電場(chǎng)的勻場(chǎng)設(shè)計(jì)，文中通過(guò) ANSYS仿真分析了電極形狀對(duì)電場(chǎng)以及電極利用率的影響，利用 PSpice仿真分析了預(yù)電離間隙距離對(duì)開(kāi)關(guān)時(shí)延的影響。研究了電極燒蝕確定電極材料的選取原則，此外還開(kāi)展了沿面放電實(shí)驗(yàn)研究，總結(jié)出沿面放電的pd公式作為開(kāi)關(guān)內(nèi)腔沿面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的參考依據(jù)。
　　紫外預(yù)電離氣體開(kāi)關(guān)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括充放電部分，觸發(fā)電路部分，測(cè)量顯示部分以及充放氣部分。本文設(shè)計(jì)了LTD單模塊放電回路中匹配的3

4、.2Ω水電阻；對(duì)脈沖變壓器型觸發(fā)器進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)脈沖變壓器原方電容，原方放電開(kāi)關(guān)等關(guān)鍵器件參數(shù)選取進(jìn)行了分析。利用三電極氣體開(kāi)關(guān)將幅值120kV觸發(fā)脈沖的前沿由800ns陡化到30ns；解決了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中觸發(fā)放電時(shí)的地電位抬升以及強(qiáng)電磁干擾等導(dǎo)致測(cè)量時(shí)的干擾問(wèn)題。此外通過(guò)改變開(kāi)關(guān)從進(jìn)出氣孔位置，以及增加電極屏檔解決了開(kāi)關(guān)內(nèi)腔沿面放電的問(wèn)題。
　　紫外預(yù)電離開(kāi)關(guān)性能測(cè)試包括開(kāi)關(guān)的自擊穿電壓、工作范圍的確定，以及開(kāi)關(guān)時(shí)延和抖動(dòng)的測(cè)量。實(shí)驗(yàn)

5、發(fā)現(xiàn)觸發(fā)脈沖過(guò)壓倍數(shù)達(dá)到80％后，開(kāi)關(guān)能工作的最低欠壓比能降低到40%。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)測(cè)試了預(yù)電離，預(yù)電離時(shí)刻，以及脈沖陡度對(duì)開(kāi)關(guān)性能的影響，結(jié)果表明預(yù)電離能減小陽(yáng)極間隙擊穿的時(shí)延和抖動(dòng)，預(yù)電離時(shí)刻較早，脈沖陡度較大時(shí)，開(kāi)關(guān)的時(shí)延和抖動(dòng)相對(duì)更小。實(shí)驗(yàn)測(cè)試不同欠壓比和不同氣壓條件時(shí)的開(kāi)關(guān)性能，結(jié)果表明欠壓比提高時(shí)，開(kāi)關(guān)的時(shí)延和抖動(dòng)將減小，開(kāi)關(guān)氣壓提高時(shí)會(huì)使開(kāi)關(guān)的時(shí)延和抖動(dòng)增大。紫外預(yù)電離開(kāi)關(guān)的電感為30nH左右，電阻為40mΩ左右。開(kāi)關(guān)工作