氣體開關(guān)觸發(fā)系統(tǒng)的工作特性研究.pdf

1、神光Ⅲ能源模塊的核心器件為大功率的主放電開關(guān)，其工作特性直接決定了能源模塊能否為氙燈負(fù)載提供合適的脈沖電流波形以及整個(gè)模塊是否能穩(wěn)定工作。能源模塊使用的主放電開關(guān)為石墨型兩電極氣體火花開關(guān)，它工作的可靠性在很大程度上是由觸發(fā)系統(tǒng)的穩(wěn)定性決定的。本文的研究對(duì)象是氣體開關(guān)觸發(fā)系統(tǒng)的工作特性。
　　 本文首先對(duì)研究背景作了簡單的說明，介紹了脈沖觸發(fā)源和Marx發(fā)生器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。介紹了開關(guān)觸發(fā)系統(tǒng)的組成，它主要包括Marx發(fā)生器和

2、磁開關(guān)。簡單論述了氣體開關(guān)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、Marx發(fā)生器和磁開關(guān)的基本原理，并通過分析納秒脈沖下空氣間隙的擊穿機(jī)理，對(duì)氣體開關(guān)的觸發(fā)需求進(jìn)行初步分析。
　　 通過利用自制的水電阻分壓器測(cè)量氣體開關(guān)在不同工作條件下，Marx發(fā)生器加在其陰極上的觸發(fā)電壓，來分析氣體開關(guān)對(duì)觸發(fā)電壓的要求。發(fā)現(xiàn)氣體開關(guān)間隙的擊穿電壓和擊穿間隙隨充氣氣壓的增加而變大；而擊穿電壓的變化趨勢(shì)卻不完全同步于主電容的充電電壓。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的理論分析，結(jié)合氣體開關(guān)的

3、靜態(tài)特性，確定了能源模塊氣體開關(guān)的充氣氣壓為130kPa，該氣壓下?lián)舸╇妷簽?04.4kV，時(shí)延為35ns，Marx發(fā)生器的輸出能夠滿足氣體開關(guān)的電壓開通特性需求。
　　 氣體開關(guān)從被Marx發(fā)生器觸發(fā)擊穿到主放電形成是有一段時(shí)間的，在該時(shí)間段內(nèi)，觸發(fā)電流起到了很大的作用。等效Peterson電路說明了氣體開關(guān)擊穿的第二階段與觸發(fā)電流有很大關(guān)系，因?yàn)殚_關(guān)間隙導(dǎo)通后火花電阻會(huì)快速下降?；鸹娮枧c火花半徑成反比，說明較小的火花電阻有

4、利于主放電的進(jìn)行。本文通過仿真分析∫I2dt的大小，說明了觸發(fā)電阻對(duì)觸發(fā)間隙的穩(wěn)定擊穿是有一定影響的。
　　 高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和高磁導(dǎo)率以及納米材料的特性，使得鐵劑納米晶軟磁材料作為了磁開關(guān)的材料。通過介紹磁開關(guān)的一些重要物理量、它們的理論計(jì)算方法以及設(shè)計(jì)的一些磁芯的實(shí)驗(yàn)，對(duì)磁開關(guān)的隔離特性作了詳細(xì)的分析。通過分析得到的結(jié)果，以及工程上的需求，提出了磁開關(guān)的飽和電感小于1μH、不飽和電感大于20μH的需求，并設(shè)計(jì)了由3個(gè)磁芯疊加