兩電極旋弧開(kāi)關(guān)觸發(fā)系統(tǒng)的研究.pdf

1、作為脈沖功率技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)的大功率閉合開(kāi)關(guān)，其發(fā)展和應(yīng)用越來(lái)越廣泛。旋轉(zhuǎn)電弧開(kāi)關(guān)因?yàn)槠溟_(kāi)斷電流大、庫(kù)倫轉(zhuǎn)移量大和開(kāi)關(guān)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)在新型的大功率閉合開(kāi)關(guān)中表現(xiàn)突出。在大電流工作環(huán)境下，其特殊的兩電極無(wú)觸發(fā)極結(jié)構(gòu)，使得穩(wěn)定的觸發(fā)導(dǎo)通該開(kāi)關(guān)成為必須研究的問(wèn)題。
　　 根據(jù)觸發(fā)旋弧開(kāi)關(guān)的電壓要求，本文設(shè)計(jì)了三級(jí)雙邊充電的Marx發(fā)生器作為開(kāi)關(guān)的觸發(fā)裝置。其理論輸出電壓達(dá)到120kV以上，回路電感控制在2uH左右，工作狀態(tài)的分布電容只有約

2、0.1NF，裝置整體體積較小，重量較輕。對(duì)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的第二級(jí)火花球隙觸發(fā)電壓偏小和Marx點(diǎn)火裝置對(duì)地電位的影響，本文都提出了較好的改進(jìn)方法。
　　 本文還對(duì)Marx發(fā)生器的充放電機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)的分析，通過(guò)數(shù)學(xué)分析對(duì)不同充電情況下的充電效率和充電速度進(jìn)行比較，得到工頻整流充電充電速度慢、效率低，但充電電壓高、裝置簡(jiǎn)單，因而適合單次的Marx發(fā)生器；直流充電性能完全相反，更適合重頻的Marx發(fā)生器。并利用ATP軟件的電路仿真驗(yàn)證了理

3、論分析的正確性。通過(guò)數(shù)學(xué)模型的建立對(duì)Marx的放電回路進(jìn)行分析，得到了其輸出電壓主要與主電容、回路電感和負(fù)載有關(guān)，與回路的分布電容無(wú)關(guān)。用電路仿真對(duì)以上四個(gè)參量對(duì)放電電壓的影響進(jìn)行分析驗(yàn)證，主電容和回路電感可以影響輸出電壓，但其本身的變化范圍較小，分布電容則在負(fù)載阻抗較大時(shí)對(duì)電壓產(chǎn)生振蕩作用，因此要得到好的輸出電壓波形，需要根據(jù)設(shè)計(jì)的Marx來(lái)調(diào)整負(fù)載的阻抗。
　　 對(duì)于旋弧開(kāi)關(guān)的觸發(fā)導(dǎo)通的原理，本文利用ansys對(duì)電極區(qū)域的徑

4、向電場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行了仿真，分析其作為稍不均勻場(chǎng)的在納秒脈沖下氣體擊穿的理論機(jī)理。通過(guò)觸發(fā)特性實(shí)驗(yàn)和小電流觸發(fā)導(dǎo)通實(shí)驗(yàn)對(duì)開(kāi)關(guān)的觸發(fā)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，得到觸發(fā)脈沖的電壓幅值和上升沿對(duì)開(kāi)關(guān)觸發(fā)導(dǎo)通的穩(wěn)定性影響不明顯，當(dāng)觸發(fā)電壓幅值達(dá)到一定值后，起主要作用的是脈沖第一個(gè)半波的脈寬，即Marx發(fā)生器在初始階段瞬間輸出的能量大才能使開(kāi)關(guān)穩(wěn)定導(dǎo)通。本文通過(guò)觸發(fā)導(dǎo)通實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，粗略的估計(jì)了旋弧開(kāi)關(guān)的觸發(fā)時(shí)延，但由于高壓脈沖測(cè)量?jī)x器的響應(yīng)頻率偏低，時(shí)延還不