沿面击穿型真空触发开关的触发特性

基于脉冲变压器,设计了真空触发开关(TVS)触发电源,研究了沿面击穿型TVS触发过程中,主间隙电压、触发极性、触发能量对触发特性的影响。试验结果表明,所设计的TVS触发电源理论分析及其参数选择是有效的。     

沿面闪络真空开关触发特性的实验研究

触发真空开关(triggered vacuumswitch,TVS)是脉冲功率技术的核心器件,为满足对TVS放电时延及其分散性、工作电压范围、通流容量等的要求,设计了高介电系数的电介质材料制作的沿面闪络真空开关,研究了触发脉冲、主间隙两端的电压对TVS放电时延及其分散性的影响规律。实验研究表明:采用高介电常数电介质材料制作的沿面闪络真空开关,在自击穿电压为120 kV的条件下,TVS的最小工作电压为1.3 kV,工作电压范围为1.08%～99%;最大的放电时延400 ns,最小的放电时延为130 ns,最小的时延分散性为±10 ns;TVS的通过的电流峰值150 kA。该TVS不仅满足一般放电开关的性能要求,用于高电压、大电流脉冲功率技术中,而且可以用于对放电开关有特殊要求的Crowbar回路中。     

多棒极型触发真空开关触发特性

主要研究多棒极型触发真空开关(TVS)的触发特性及其影响因素.研究表明,真空开关的触发时延主要由导通时延决定,增加触发电流的幅值和陡度(di/dt)可减小TVS的导通时延及其分散性.脉冲变压器直接触发TVS,可通过减小变压器漏感、提高触发电容的充电电压或增加触发电容电容量来降低导通时延及其分散性,但触发电容增加到一定值后对增加触发能量无帮助,没有必要继续增加.变压器直接触发方式可使导通时延减小至4ms左右,但分散性较大,且存在较小的触发回路电流导致的触发极熄弧现象.在脉冲变压器直接触发回路的基础上设计并研究了两种改进的触发回路:一种为脉冲变压器匹配续流回路,TVS导通时,通过续流回路的充电电容续流可使触发电流达kA级,导通时延减小至2～4μs,由于回路结构复杂,受到杂散参数影响,触发电流的幅值和陡度受到限制;一种为改进的触发回路,在触发极和阴极两端直接并接电容,导通时延可保持在1μs之内.最后研究并确定了并接电容选取依据和取值区间;对触发电压较小的TVS可在并接电容和触发极之间串联间隙,增大电容的充电电压和触发极能量,达到TVS可靠、精确触发的目的.     

用于串补的激光触发与电脉冲触发火花间隙对比实验研究

目前串补电容常采用电脉冲触发火花间隙作为其快速旁路保护,实现这种触发方式的难点在于确保整个触发装置与高压端的电气隔离。为解决此问题,研制了一种激光触发火花间隙,对其进行了自击穿和触发击穿测试,通过实验比较了相同形状尺寸的激光触发火花间隙与电脉冲触发火花间隙在不同极性、不同间隙距离下的触发击穿电压,并对2种火花间隙的放电机理进行了初步分析。实验结果表明:激光触发火花间隙的最小可靠触发击穿电压在自击穿电压的26%~48%之间;电脉冲触发火花间隙的最小可靠触发击穿电压在自击穿电压的43%~64%之间;两种火花间隙正极性下的最小可靠触发击穿电压均低于负极性下的最小可靠击穿电压。     

场击穿式TVS时延特性的测量与分析

触发真空开关(TVS)是脉冲功率技术中的重要控制元件,为满足对TVS时延及可靠性等提出的更高要求,研究了场击穿式TVS时延特性。时延分为触发时延和导通时延两部分,时延及其分散性主要受主间隙电压、触发能量和主电极极性配置等因素的影响。实验研究表明,极性配置对TVS时延特性有很大的影响,主间隙电压为正,TVS可靠性高且存在一个稳定工作区域,在这个稳定工作区内,主间隙电压对其触发时延影响不大,且触发能量增大能改善TVS时延特性。     

基于高频振荡回路的激光触发真空开关开断特性

真空触发开关(TVS)是脉冲功率技术的重要开关器件,随着脉冲功率系统向更高工作频率的方向发展,要求TVS具有在高频回路中稳定工作的能力,因此采用LC高频振荡回路对一种新型激光触发真空开关(LTVS)进行实验研究,考察振荡回路频率、间隙电压以及初始等离子体浓度等因素对LTVS的开断特性的影响。实验结果表明,振荡回路频率增加和间隙电压升高将导致电流峰值及电流过零点变化率升高,电路未成功开断或者发生重击穿概率增加;重击穿时间间隔随间隙电压和回路频率升高而缩短;LTVS未成功开断或者发生重击穿概率与初始等离子体浓度无关。实验结果对于改善LTVS在高频回路中的稳定工作能力具有参考价值。     

触发电流对真空触发开关导通特性影响的实验

基于真空触发开关的导通机理,设计真空触发开关导通特性的实验研究方案。在详细分析真空触发开关导通过程的基础上,利用不同参数的触发电流导通真空间隙来研究对真空间隙导通过程的影响规律:在相同主间隙电压下,导通所需的触发电荷量随着导通时间的增长而在一定小范围内随之增长,而导通延时又随着触发电流的电流增长率和峰值增大而减小。再通过对导通过程影响规律的深入分析,得到了真空间隙的导通条件。即在主间隙电压为定值时,真空间隙导通所需的触发电荷量要近似满足一定关系。     

一种场击穿型真空触发开关的工作特点

真空触发开关(Triggered Vacuum Switch,TVS)是高功率脉冲技术领域的重要开关器件之一,其寿命大都因触发系统中触发极不能正常触发而停止工作,所以触发源的参数对TVS的工作寿命有重要的影响。针对触发比较困难但寿命超长的无涂敷触发材料的场击穿型TVS样品,设计了一套触发系统和LC振荡主回路,来测试TVS样品的工作特点。触发系统输出峰值35kV/500A的负脉冲源,触发延时分散性在70~100μs之间,触发成功率达96%。试验结果表明,TVS样品的动作延时比较稳定,在数百纳秒之间,并随主间隙电压增加而减小;工作过程中电弧稳定,电弧电压维持在20V左右,而且能够在小电流过零时产生有效的截流。     

沿面闪络触发真空开关初始等离子体特性实验

提出了一种RC阻容式电荷收集器,并对触发真空开关触发初始等离子体特征进行了实验研究。实验结果表明,在触发真空开关初始等离子体的起始阶段有一个尖峰脉冲,而且初始等离子体电流波形呈振荡衰减的过程。初始等离子体电流波形的第一个振荡峰的极性取决于触发脉冲的极性。触发初始等离子体的电子电荷略大于离子电荷;触发初始等离子体的电荷随触发电压、触发电流、触发电荷的增加呈线性增加;触发初始等离子体在TVS真空间隙中的扩散时间受触发电压、触发电流、触发电荷以及TVS真空间隙距离的影响,在触发电压小于8kV时,初始等离子体的扩散时间随触发电压的增加呈线性减小,而后基本稳定在66～69ns;初始等离子体的扩散时间随TVS真空间隙距离的增加而增加,当真空间隙距离从0.5mm增加至8mm,初始等离子体的扩散时间从50ns增大至70ns。     

基于电子发射原理的场击穿型真空触发开关

真空触发开关（TriggeredVacuumSwitch,TVs）以其动作迅速、介质恢复快、体积小、触发系统灵活以及结构简单等优点,成为脉冲功率技术中的一种重要的控制器件。针对一种场击穿型TVS的开通原理,建立了电子发射模型。一方面是触发极电子发射的宏观特性,包括预击穿现象、击穿电压和发射电子电流等;另一方面是触发间隙里初始等离子体的内在微观特性,包括带电粒子的产生、增长和运动迁移特性。利用高速摄像技术,捕获部分TVS起弧的图像,直观地展示了初始等离子体的发展过程。     

基于TVS的控制器设计

介绍TVS -A和TVS-B两种真空触发开关,通过实验研究它们的延时特性.同时为了便于调节触发能量,以此为基础设计了一个有关TVS控制电路.实验数据表明延迟时间和抖动时间随触发能量的提高而降低.延迟时间和抖动时间随主间隙电压的升高而大幅度地降低.通过提高主气隙电压,提高了触发的可能性.同时证明由于在触发结构上的改进,TVS -B比TVS -A有更优越的延时特性.     

长间隙触发真空开关的实验研究

报导了长间隙触发真空开关的实验研究结果 ,包括导通过程、触发可靠性、触发时延及工作稳定性。实验表明 ,采用高压小电流击穿与低压大电流续流的触发电路 ,可保证触发可靠性 ;长间隙触发真空开关有良好的工作稳定性 ,除得到更高工作电压的触发真空开关外 ,还可用于长间隙真空电弧特性的研究。     

Nanosecond, electrical triggering of water switches

Spark gaps, which use water as a switching medium, allow fast closing and high repetition rate operation for high power and high voltage switching. They are usually operated in the pulse-charging mode and have a large jitter. To reduce the jitter, a trigger electrode with positive polarity is used to initiate breakdown between a negative high voltage electrode and a ground electrode. The trigger electrode consists of a tungsten wire with a diameter of 50 μm, enclosed in glass tubing. At the triple point where the three dielectrics (glass, water and metal) meet, the electric field is greatly enhanced. From the triple point, a trigger voltage of +16 kV at a pulse duration of 100 ns produces two streamer branches traveling towards the high voltage and ground electrodes. These two streamer branches bridge the main gap and serve as preionized channels for the initiation of the breakdown between the main electrodes. Arc transition develops along the two channels and completes the switching. It allows for the gap to be fired at various voltages independent of the gap?s self-breakdown voltage. The delay between application of the trigger pulse and the electrical breakdown is on the order of hundred nanoseconds. The jitter in breakdown is on the order of ten nanoseconds. It is less by more than an order of magnitude than that obtained with pulse charging.     

串联补偿电容装置火花间隙自触发原因分析

分析查找＂4·10＂多个串联补偿电容装置火花间隙自触发原因。通过对XLSK-20PL强制触发型火花间隙装置进行触发间隙自放电电压测试、均压电容参数测试和火花间隙击穿特性测试,发现石墨电极表面存在鸟粪等污物是火花间隙自触发的根本原因。火花间隙击穿特性测试结果显示,当石墨电极表面有尖端、水珠或污秽物等时,火花间隙的主间隙击穿电压分散性很大,交流击穿电压最低约为正常值的65.0%。提出了加强火花间隙运行维护等改进措施。     

长间隙触发真空开关动作特性的研究

介绍了长间隙触发真空开关动作特性的实验研究,包括工作过程、触发可靠性、触发时延以及抖动时间.实验表明,采用高压小电流击穿与低压大电流续流的触发电路,可保证触发可靠性;长间隙触发真空开关工作电压高,动作特性良好,有利于高功率脉冲技术的发展研究.     

真空触发开关导通瞬间高频脉冲电压的测量

介绍了一种高压真空触发开关导通瞬间高频脉冲电压的测量方法,并构建了相应的测量系统。对测量过程中各种抗干扰措施进行了分析,试验测得了开关导通瞬间的脉冲电压波形,并获得了约400ns的开关闭合延时时间。