双间隙伪火花开关的触发及导通特性

伪火花开关是一种工作于巴申曲线左半支、引燃于空心阴极结构、主放电通道呈现弥散特征的低气压脉冲放电开关,具有导通电流大、重复频率高、工作范围宽、寿命长、抖动低和烧蚀小等优点,在重复频率脉冲功率中具有非常大的应用潜力。文中研制了一款双间隙多通道伪火花开关,采用陶瓷金属半密封结构,工作气体为氦气,触发单元为基于高介钛酸钡薄片的电荷注入式结构。研究了不同触发脉冲作用下触发单元的放电特征和工作模式,以及气压、阳极电压和脉冲参数对触发单元电荷注入特性、开关导通时延与抖动及阳极电压跌落速率等的影响规律。此外,根据电极烧蚀形貌分析了开关的多通道同步触发特性,根据放电波形讨论了实验中遇到的电流淬灭现象。实验结果表明:触发单元放电存在脉冲电晕和沿面闪络两种工作模式;高气压和大能量的触发脉冲有利于降低开关时延、抖动和阳极电压跌落时间;快前沿的触发脉冲有利于降低开关抖动;阳极电压对触发时延和抖动的影响不大;开关能够实现多通道的同步触发和导通,且在小电流条件下存在两种淬灭形式。     

200kV多级多通道火花开关

模块化直线型脉冲变压器(LTD)是脉冲功率技术中的一种新型初级储能装置,开关是其关键部件之一,多极多通道闭合开关工作时能够形成多通道放电,具有电感小的优势。为了研究用于电流上升时间约100ns、电流峰值约100kA的LTD模块设计了一种标称电压为200kV(±100kV)多极多通道气体开关。通过对开关的电场数值计算,对开关设计进行了验证和优化,并对开关的静态特性和动态特性进行了初步的实验研究,结果证明,开关电感<30nH,并且具有工作范围宽,触发特性好,工作稳定等特点,初步实验表明能够满足模块的要求。     

轨道开关的场分布调整及触发脉冲上升陡度对通道数的影响

多通道轨道开关具有电感小、电极损耗小、通流能力强等优点,在能量传输中发挥重要作用。本文设计了一种主间隙和触发极位置可调的轨道开关,通过计算对电场进行了调整。定量地表明了不同情况下开关间隙中的电场分布,并在此基础上对开关进行了部分特性实验。在触发脉冲上升陡度达4.1kV/ns时开关即可以多通方式运行,当触发脉冲陡度达10kV/ns时,间隙中的通道数令人满意。轨道开关的电运行范围也很宽,最低运行电压可达其自击电压的12%。     

一种多间隙气体开关击穿特性的实验研究

快前沿直线型变压器驱动源(FLTD)是一种可以直接获得100 ns脉宽的脉冲功率源新技术,在Z箍缩、闪光照相、强激光和高功率微波方面具有重要应用。为了寻求用于FLTD的多间隙气体开关的合适结构,设计了一种场畸变多间隙气体开关。该开关含有6个间隙,各个间隙距离相等,开关间隙总长度为30 mm。开关中间电极为锚式固定结构,每个电极由3只螺钉固定在绝缘筒壁内侧,数值计算了开关的电场分布,实验研究了开关的自击穿及触发特性。结果表明,开关自击穿特性曲线与经验公式曲线基本符合,自击穿电压的分散性<3.2%;在工作系数为50%时,开关仍能正常触发,触发时延约百ns;在工作系数为60%时,触发脉冲为150 kV/15 ns的情况下,开关触发时延约60 ns,抖动时间约5 ns。     

低抖动大气压空气电晕均压多间隙气体火花开关

为了发展结构简单、便于维护的大功率气体火花开关,研制了大气压空气电晕均压多间隙气体火花开关,该开关采用电晕放电均压方式,由9个相同的间隙构成。利用有限元分析方法对9间隙电晕均压气体火花开关的电场进行了分析,发现适合长度的电晕针对开关主间隙的电场影响很小,且加载触发脉冲时可在中间间隙形成了强烈的畸变电场。在理论分析的基础上,开展了开关击穿特性研究,实验结果表明电晕均压有利于提升开关的稳定性,开关自击穿电压分散性降低,自击穿电压略微增大;同时多间隙开关实现了良好的触发导通,在工作电压60～85 kV(工作欠压比56.8%～80%)范围内,开关的击穿延时抖动均小于20 ns,当工作电压达到80 kV以上时,抖动可小于10 ns。文中设计的大气压空气电晕均压多间隙气体火花开关可用于直线脉冲变压器等脉冲功率系统,使用的基于电场模拟对电极结构进行优化的方法对设计其他类型的开关具有借鉴意义。     

100kV触发器输出脉冲的陡化

快前沿的高电压脉冲在脉冲功率技术领域具有重要应用,使用快前沿的触发信号触发气体火花开关,能有效减小气体开关的抖动,使Marx发生器的输出抖动减小,从而有利于多台Marx发生器的精确同步并联工作。为利用陡化回路将触发器的输出电压脉冲进行陡化以得到快前沿的高压脉冲,分析陡化回路的工作原理后针对100 kV触发器设计了陡化器。确定了陡化器内可以使用的不同电极结构陡化开关的相关测量方法,研究了气体种类、电压大小以及电极结构这些因素对陡化回路工作性能的影响。当陡化回路选用间隙为5mm的尖电极陡化开关、陡化开关内充入0.60~0.90 MPa的N2、触发器主电容充电55 kV时,幅值为90 kV的电压脉冲其前沿从20ns降低为2.3 ns。研究结果表明:陡化开关内使用N2,适当提高输入脉冲电压幅值并增大陡化开关场强时,陡化回路的陡化效果更好。     

纳秒快脉冲下气体开关的过电压击穿

纳秒快脉冲过电压击穿方式适合应用于长寿命高同步两电极气体开关.基于过电压击穿型气体开关的工作机制,建立了气体间隙在脉冲过电压击穿模式下击穿电压和时延的统计数学模型,该模型证明电极表面微观场强、间隙气压、初始电流大小、触发电压上升陡度等关键电气参数对间隙击穿分散性有重要影响.提出了纳秒快脉冲下气体开关过电压击穿参数的等效计算方法.实验证明,对于一般工况条件下的石墨电极气体开关,随着气压间距乘积值的增大和脉冲变化梯度超过一定门限值,纳秒快脉冲过电压击穿过程会逐渐由经典流注理论向快电子击穿修正理论过渡.快电子效应导致的电场增强系数在1.2～2.4之间变化.     

双平行电极场畸变气体火花开关电极优化与实验研究

为适应新型低电感电容,笔者优化设计了应用于电缆绕组型直线脉冲变压器的新型双平行电极场畸变气体火花开关。对触发电极处于主放电通道和未处于主放电通道的两种电极结构进行了仿真模拟,通过模拟发现不同触发电极位置对开关电场分布无明显影响。分别对触发电极不同位置的场畸变火花开关进行实验,开展了不同电极结构的静态耐压、触发延迟实验。实验数据表明,触发电极处于主放电通道上时,开关的静态特性和触发特性较好。     

5kHz交流电压下电极覆盖窄空气隙放电非线性动力学行为

为了研究电极覆盖下窄空气隙放电非线性动力学特性,以空气介质作为研究对象,建立一维自洽流体力学的气体放电模型,其中包括电子和离子的连续性方程和动量方程,且耦合了泊松方程,研究了窄间隙空气放电过程及其动力学特性。通过求解气隙放电的非线性方程组,获得了频率5k Hz正弦电压下电极覆盖窄空气隙放电非线性动力学行为的时空演化过程,并以二维和三维相图展现了内部放电参量的关系,同时给出了空气间隙电场、电子密度和离子密度的时空分布规律。分析结果表明,当空气隙中电场超过其击穿阈值时,形成放电电流脉冲;随着外加电压幅值的增加,放电电流的幅值和放电电流脉冲数目也明显增加;窄空气隙放电表现出明显的非线性动力学行为特征,介质表面积聚的异性电荷产生反向电场是形成多脉冲放电流脉并触发混沌现象的根本原因所在。     

LCR触发多级多通道火花开关的设计及其性能分析

为了进行电粉碎岩石和等离子体灭菌的实验研究,研制了一种LCR触发多级多通道火花开关。采用μs上升前沿的初级脉冲充电电源对低电感陶瓷电容充电,以火花开关作为短脉冲形成开关。在600Ω负载电阻下,测试了火花开关的工作性能。利用脉冲电源开展水中灭菌实验,考察了开关的工作性能。实验发现:当气体间隙总长为14mm时,开关的导通电压范围为29～45kV。当火花开关的工作电压为34kV时,火花开关平均导通时延和抖动分别为115μs和71μs;负载上峰值功率为1.776MW;电阻上获得的电压波形基本一致,电压幅值在33.4～34kV范围内,电压的上升时间范围为23～28ns;开关的能量损耗为8%,其中触发电路引起的能量损耗为2.163%。火花开关在累计工作2.5万次后,电极烧蚀均匀,厚度无变化。火花开关分别在有、无LCR触发电路情况下连续运行20次的对比实验证明,LCR触发方法能够显著提高多级多通道的火花开关工作的稳定性。     

Application of modular multilevel converter for AGC in an interconnected power system

This article demonstrates the maiden application of a new Modular Multi level Converter based Series Compensation (MMCS) technique for multi area Automatic Generation Control (AGC) interconnected system. Primarily MMCS has been modeled in state space form and proposes an appropriate location in AGC to obtain the better dynamic responses in frequency, tie-line power and individual generating power; further to quench the oscillation for sudden changes in load. The system has been studied the operation of MMCS and investigated with Generation Rate Constraints (GRC) of reheat turbines used in system. Further, selection of suitable integral and proportional–integral controller gain has been investigated with Integral Square Error (ISE) technique and Particle Swarm Optimization (PSO) technique for step load perturbation (SLP) in area-1 with performance index as its objective function by making control parameters as variables. System with MMCS is compared with out MMCS and observed performance has been increased and results are explored.     

多级多通道低电感火花气体开关

简述了几种多级多通道低电感火花气体开关 ,分析了该类气体开关的设计原则 ,提出了一种中间电极采用不锈钢弹簧、触发电极位于主放电通道之外的同轴状气体开关的设计思想 ,初步试验表明 ,设计可行 ,开关电感较小。     

不同气压和电极间距对开关绝缘恢复的影响

为缩短脉冲加速器多脉冲运行时脉冲间隔以及提高重频运行时重复频率,利用多脉冲调制器研究了气体开关的重复频率特性以及在相同电极间距、不同气压下(0.5、1、1.5、2MPa)氮气气体开关的绝缘恢复特性。实验表明,随着气体压强的增加,气体的绝缘恢复时间变长,击穿电压恢复>90%的间隔时间,从50ms增加到78ms;开关间距的改变对绝缘恢复时间影响有限,不同间距(7.3,27.4mm)下其击穿电压恢复>90%时间约为50ms。最后针对相关文献给出的结果,对压强、电极间距对绝缘恢复的影响进行了分析讨论。     

同轴型场畸变气体火花开关的研制

介绍了为DPF-300型脉冲电流源同步放电系统研制的同轴型场畸变火花开关。通过电场数值计算,对场畸变火花开关的设计进行了验证,对开关的自击穿特性及触发特性进行了实验研究。试验表明,所设计的同轴型三电极场畸变气体火花开关与原DPF-200型所用开关相比,具有电感小、触发特性好等优点,已成功地应用于DPF-300型脉冲电流源的同步放电系统     

场畸变触发开关新型触发电极的设计与实验

气体触发开关是脉冲功率电路的重要组成器件。针对工程中对低抖动、长寿命气体触发开关的需求,结合三电极场畸变型触发开关,设计一种拥有较多孔隙的多环型触发极结构。对三种主电极-触发极分别为平板-多环、平板-圆盘、球冠-圆盘的开关进行击穿特性实验研究,结合电场仿真对比分析实验结果。实验结果表明:在22.4k V/40ns的触发脉冲和5.0~7.5k V的工作电压下,平板-多环结构的开关时延及抖动比较稳定,开关时延基本在81.0~84.5ns之间,抖动为0.8~1.1ns。平板-多环电极结构开关时延、抖动均明显优于平板-圆盘结构,其开关时延、抖动与球冠-圆盘结构基本相同但使用寿命优于球冠-圆盘结构。     

Fabrication of a microelectromechanical system mirror array and its drive electrodes for low electrical interference in wavelength‐selective switches

This article describes the fabrication of a microelectromechanical system (MEMS) mirror array and mirror‐drive electrodes with high‐aspect‐ratio gold walls that reduce electrical interference in a wavelength‐selective switch (WSS). The MEMS mirror array, in which a lot of closely spaced adjacent mirrors are electrostatically operated, can be fabricated with a high yield by encapsulating the mirrors with an organic film that protects them from process damage. The gold walls with a high‐aspect ratio are formed in the narrow space between adjacent mirror‐drive electrodes by using thick‐multilevel interconnection technology. Because of these walls between adjacent electrodes, each MEMS mirror operates with low electrical interference. © 2011 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

高精度管线测量机器人多传感器集成方法

针对现有地下管道探测方法适用性差、易受环境干扰、测量精度低等问题,提出了一种基于管道测量小车,多传感器数据融合的高精度管线测量机器人集成方案。系统以管道测量小车为平台,FPGA为控制核心,挂载惯性测量单元、里程测算单元,通过实时测量管道小车的姿态信息,同时融合里程数据及起止位置坐标推算地下管道的埋深、走向等信息。测试结果表明,本系统的适用性好、抗干扰性强,实现了对地下管道三维航迹参数的实时测量,以及测量数据的同步传输和存储;数据解算达到了95 m横向重复性±40 mm,高程重复性优于±20 mm的高精度曲线测量指标。     

高库仑量大电流脉冲闭合开关的研制

脉冲能源系统的关键元件之一是高库仑量大电流的脉冲闭合开关。该文设计改进了轴向磁场控制的旋转电弧开关，没有触发电极，并且采用电流在轴向沿内电极均匀分流和磁镜磁场的结构设计，使电弧稳定在电弧稳定区。详细分析电弧的受力，给出开关电弧的理论旋转速度，开关的电极、磁场线圈和触发系统的优化设计保证开关具有良好的工作性能。对开关的大电流试验的回路进行了方案和参数设计，在基本特性试验后开关共进行了7次大电流试验，发现开关电极烧蚀非常轻微，有明显的电弧旋转痕迹。实验结果表明采用电流在轴向沿内电极均匀分流和磁镜磁场的结构设计，使电弧稳定在电弧稳定区，电弧不会像前版开关中一样很快的被轴向力推向端部，减轻了端部绝缘被电弧损坏的可能。     

Effects of laser triggering parameters on runtime and jitter of a gas switch

Parameters affecting the runtime and jitter of a laser triggered gas switch have been studied. Experiments tested a variety of switch parameters including percentage of selfbreak and switch pressure. The effects of laser beam parameters were also considered, including focal length, laser energy, laser spark length, and laser wavelength. Experiments were performed on the Tiger pulsed power machine. Measurements were taken on a spark gap switch built from the trigger section of a Rimfire switch. A Marx bank consisting of 32, 3.1 uF, capacitors that fed into a 7 nF intermediate storage capacitor was used to drive the switch into a 4 ? resistive load. The test switch was pressurized to 306 kPa (30 psig) with SF6 and operated near 1 MV. A New Wave Tempest Nd:YAG laser was used to trigger breakdown of the switch. The laser was focused at the mid-gap between the switch electrodes using lenses with focal lengths between 30 cm and 100 cm. Focused laser energy in the switch ranged from <5 mJ to 80 mJ. The effects of switch and laser beam parameters on the runtime and jitter of a laser triggered gas switch are presented. The end goal of the research is to determine optimal conditions for improved switch performance.     

多时序协调的发电调度系统开发与应用

传统"日前调度计划+AGC控制"的调度模式,时间跨度大,精细化程度低,不仅给调度人员造成沉重的工作负担,更给电网安全稳定运行埋下隐患。针对上述问题,从时序上进行扩展,增加滚动计划与实时计划两个调度环节,提出了"日前调度计划+滚动调度计划+实时偏差调整+实时校正控制"的多时序协调调度计划模式,开发了相应的支持系统,并在贵州电网进行了推广应用。该系统有效降低了调度人员值班过程中对机组出力调整的工作量,提升了电网运行的可靠性和调度业务的精益化水平。