高重复频率的ns气体火花开关

针对气体火花开关工作频率低的缺点,以μs级上升时间和脉宽的单极性高压脉冲作为初级脉冲,通过ns火花开关的作用,得到频率为几千Hz、脉宽和上升时间都为ns级的重复脉冲。分别改变开关的工作气压、气体成分及直流偏置等工作条件,在不同的原始脉冲的间隔时间(200～1000μs)下,测量了两个连续脉冲的幅值和作用时间,进而研究了不同频率下开关工作条件对电压恢复特性的影响,并根据残余电荷的运动及分布,对其进行了讨论。结果表明:提高开关工作气压、掺入适量的SF6及施加合适的偏置直流电压都将改善开关的电压恢复特性。     

一种大电流三电极气体火花开关的工作特性

根据强流电子加速器的需要,研制了一种大电流三电极气体火花开关。开关采用防污染设计,将开关电极与金属腔体一体化,并采用金属挡板对绝缘封盖进行防污保护,从最大程度上减小了开关工作时对绝缘支撑物的污染,提高了开关寿命,并且对开关工作特性进行了实验研究。研究结果表明:当开关工作气压为0.10、0.15、0.20和0.25MPa时,其可控工作电压范围分别为25%～94%、38%～86%、40%～88%和44%～88%,具有可控工作电压范围宽的优点;当开关工作气压为0.25MPa、工作电压为40kV、欠压比为88%时,开关时延为50ns,抖动为1.28ns且分散性<3%,该开关已成功用于强流电子加速器系统且运行稳定可靠。     

用于标定分压器的高电压毫微秒脉冲发生器

研制了一台高电压毫微秒脉冲发生器,它将用于标定快响应的分压器.该发生器由直流高电压电源、50欧姆脉冲形成线、紧凑型气体火花开关、50欧姆脉冲传输线构成,可输出脉宽100ns、幅值5～10kV的准矩形电压脉冲.当开关中为1个大气压空气时,其输出脉冲的上升时间约13ns;若希望得到更短的脉冲的上升时间,可将气体开关的气压增大.     

100 kV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。     

多级多通道气体火花开关的同步放电特性

具有广阔应用前景的气体开关是快脉冲直线型变压器(LTD)这种新型初级储能脉冲功率源的关键部件,为提高其工作性能,对多级多通道气体开关多路同步放电特性进行了初步的实验研究。在优化设计标称电压200kV多级多通道气体火花开关的电极支撑结构后采用绝缘子内抠槽平面支撑结构,使用圆环形凸面结构电极代替圆环形平面电极。利用电磁场分析软件计算开关的电场分布表明:直流高压作用下,开关各间隙电压分布较均匀;触发脉冲作用下触发间隙电场畸变明显。10只开关的同步放电实验研究结果表明,10只气体开关的自击穿特性和触发特性有一定个体差异,其中5只开关并联放电同步性能良好,输出电流脉冲能有效叠加;工作气体为0.14MPa氮气,正负充电60kV,5只开关并联放电,能够产生上升沿约100ns,峰值约100kA的电流脉冲。     

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。     

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。     

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。     

快放电直线变压器型驱动源用场畸变型低电感气体火花开关

快放电直线变压器型驱动源（FLTD）是组建大型脉冲功率源的新技术,作为其中的关键器件,气体火花开关的动态工作特性对FLTD驱动的负载电流参数有重要影响。为了减小开关电感,简化开关结构,设计了一种三电极场畸变气体火花开关。根据开关内部充电过程和触发过程电场分布的数值计算结果,优化了开关结构,并对开关的静态充电特性和动态触...     

高介碳酸钡陶瓷沿面闪络伪火花开关的研究

为了满足脉冲功率技术和脉冲电流试验技术对放电开关的要求,笔者设计了BaTiO3高介电常数的电介质沿面闪络伪火花开关的触发装置。通过对表面放电触发器的实验发现:在伪火花开关的工作气压范围内,高介沿面闪络触发器显示出很强的电荷发射能力和快速的电荷注入能力,在气压为7 Pa时,触发器能够在30 ns内释放1.5μC,触发电流的上升陡度为1.2×1011A/s,发射的电子数达到9.4×1012。对自放电电压为28 kV的伪火花开关,可靠工作的最低电压可降低到130 V,放电时延为35～100 ns,最小抖动为6～25 ns。     

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。     

铁心式脉冲变压器的谐振充电特性

基于脉冲变压器的陡脉冲发生器是神光III能源模块主放电开关的触发方案之一。该类型触发器利用脉冲变压器对高压电容谐振充电,并通过陡化开关输出陡脉冲触发气体开关。分析杂散电阻和激磁电感对谐振充电变比和效率的影响,理论推导了环形铁心脉冲变压器的铁心体积最小值,并在实际工程中验证。设计了带载电容为1.08 nF,输出电压峰值为130 kV,绕组变比为65的干式铁心式脉冲变压器。研制了基于脉冲变压器谐振充电的气体开关触发器,其输出脉冲峰值大于120 kV,上升时间小于30 ns,能够稳定可靠地触发两电极气体开关。     

Optimization of a low jitter, 50 kV, 100 Hz triggered spark gap with high pressure gas mixtures

Recent research efforts at Texas Tech University on impulse antenna phased array has needed to develop a reliable high voltage, high repetition rate switch that will operate with ultra low jitter. An ideal jitter of a small fraction of the risetime is required to accurately synchronize the array to steer and preserve the risetime of the radiated pulse. In [1], we showed the initial test system with sub-ns results for operations in different gases and gas mixtures. This paper discusses in detail 50 kV, 100 Hz switch operations with different gases. The effects of gases and gas mixtures have on switch performance which includes recovery rate and in particular jitter will be investigated. Gases tested include, dry air, H², N², and SF₆, as well as H₂-N₂, and N₂-SF₆ gas mixtures. Switch jitter as a result of triggering conditions is discussed, also including a comprehensive evaluation of jitter as a function of formative delay in the various gases. The temperature of gas and its effects on switch jitter is also documented in this paper. A 50 Ω, 1 nF pulse forming line is charged to 50 kV and provides the low inductance voltage source to test the different gases. Triggering is provided by a solid state opening switch voltage source that supplies ~150 kV, 10 ns risetime pulses at a rep rate up to 100 Hz in burst mode. A hermetically sealed spark gap with a Kel-F - PCTFE (PolyChloroTriFluoroEthylene) lining is used to house the switch and high pressure gas.     

DPF能源装置的研制

介绍了由脉冲电容器、开关组成的DPF能源装置及其调试,详述了场畸变火花开关、接插口及传输线的设计要点。该装置储能12.5 KJ,回路电感约57 NH,在工作电压为25 KV、负载为50 NH时,输出冲击电流峰值>400 KA、击穿延时<80 NS、击穿时间分散性<15 NS、周期约12.5ΜS。     

V/N火花间隙开关的电场和电容模拟计算

介绍了V/N间隙火花开关的工作原理。此开关被用于工作电压500 kV、工作电流400 kA、脉宽100 ns、驱动阻抗1.25Ω的脉冲功率源主开关。利用有限元计算的软件Ansoft对设计的V/N开关进行建模,计算了模型加压导通过程几个关键时刻的电场和电位的分布及开关的结构电容为15.67 pF。     

核电磁脉冲模拟器的分析和设计

从理论上分析了核电磁脉冲中的工作原理,仿真分析了峰化电容器、主开关和引线电感,阻尼电阻和主开关导通时间对输出脉冲前沿和脉宽的影响.实验最后利用峰化电容谐振充电、冷阴极撬棒管导通放电来研制出核电磁脉冲源.在实验工作空间获得前沿为10 ns、脉宽为200 ns、场强达到50kV/m的强电磁环境,适用于GJB151A-97中...     

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     

脉冲电晕法中的双脉冲电源的研制

研制设计了脉冲电晕法脱硫脱硝重要组成部分的双脉冲电源 ,它由高压发生、控制、火花间隙开关 3部分组成 ,可产生 6 0kV的脉冲高压 ,改变电容器容量可改变脉冲宽度。该实验所选电机转速 4 0 0 0r/min ,容性负载 30pF ,脉宽 <2 0 0ns,上升沿 <5 0ns,频率调节范围 0 相似文献   

具有磁集成开关电感单元的直流变换器

为了提高传统Boost变换器的电压增益、转换效率以及降低开关管的电压应力,在新型Boost变换器中引入了开关电感单元,提高了该变换器的电压增益。由理论分析可得,相比于传统Boost变换器,引入开关电感后的新型Boost变换器的电压增益提高了(2-D)(1+D)/(1-D)倍,同时将开关电感单元与输出电感进行磁集成,不仅可以有效地降低了支路电感的电流纹波,还可以减小变换器磁性器件的物理体积。应用PSIM软件对理论分析进行了仿真验证,并制作了实验样机,证明了理论分析的正确性。