纳米Al_(2)O_(3)/环氧树脂复合材料微秒脉冲沿面闪络特性研究

GIS中由于开关分合闸等操作而引发的内部脉冲过电压会导致绝缘件表面出现多次闪络击穿等问题。因此,文中研究了不同纳米Al_(2)O_(3)填充含量下环氧树脂复合材料在微秒脉冲电压下的沿面闪络特性;并针对1.5%Al_(2)O_(3)/EP复合材料在脉冲电压频率为10 kHz,幅值为18 kV,电极间隙为10 mm下开展沿面闪络老化试验,对比老化前后闪络电压最小值和表面电阻变化趋势,分析不同程度的老化对绝缘材料表面微观形貌、元素成分以及电气性能的影响。结果表明,预加直流电晕放电能够降低环氧树脂材料的闪络电压,且当纳米Al_(2)O_(3)填充含量为1.5%时对闪络现象的抑制效果最为显著。同时,环氧树脂复合材料在经过沿面闪络老化试验后,老化区域C、O元素之比降低,材料表面形成大量凸起颗粒和裂纹,使其呈现疏松、亲水等特点。研究结果可为提升环氧树脂表面耐压能力提供指导意义。

基于感应叠加原理的模块化脉冲电源的研制

针对等离子体及其应用对于高可靠性、小型化高压重频脉冲电源的需求,研制了一种基于感应叠加原理的模块化脉冲电源。该脉冲电源采用绝缘栅门极晶体管(insulated gate bipolar translator,IGBT)作为主开关,基于脉冲变压器升压和感应叠加原理实现多个单元模块的脉冲电压叠加,从而获得高压短脉冲。首先基于PSpice软件验证该拓扑结构的可行性并为元件选型提供理论指导,最终研制出基于感应叠加原理的脉冲电源的样机,其输出脉冲参数为:幅值为0~15 kV可调,重复频率为1~10 kHz可调,脉宽为5~7μs。脉冲电源采用模块化设计,在保证各模块之间绝缘的前提下,可以通过增加模块数量方便地提高最大输出电压。依托该脉冲电源开展介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)等离子体试验,验证了该脉冲电源产生等离子体的可靠性。

同轴型火花开关研制及其触发特性试验研究

高精度纳秒级同轴型火花开关在脉冲功率领域有着较为广泛的应用。针对低抖动、长寿命的工程需求,提出一种同轴型场畸变火花开关结构,采用横向自耦式设计,使用紫外光透过率高的ZS.1石英玻璃挡板,模拟紫外光预电离情况;结合脉冲变压器与半导体元器件功能特点,设计一种基于Tesla变压器与陡化回路的可控高压纳秒脉冲源,该脉冲源最高输出电压80kV,上升沿50ns。在上述基础上,搭建该同轴型火花开关实验电路,对其紫外光预电离作用下的开关触发特性进行实验研究。研究此预电离开关的静态击穿电压特性,对比不同工作系数下和有/无紫外光预电离下的开关触发特性及其烧蚀均匀度,分析脉冲源输出和触发电压对开关导通特性的影响。试验结果表明:此同轴型火花开关在0.1MPa气压、工作系数76.1%及以上且有紫外光预电离的情况下,开关触发稳定,抖动小于2ns;增大脉冲源输出电压可以提升紫外预电离效果,优化开关触发特性。研究结果为紫外光预电离开关在实际工程中的应用提供了参考和依据。

基于特斯拉变压器的重频脉冲源输出特性分析及优化

特斯拉变压器型脉冲源是国内外脉冲功率研究领域的热点之一,由于其工作频率较低,而提升成本过高,限制了其在脉冲功率等高新技术领域的应用。该文基于螺旋线型特斯拉变压器的脉冲源样机,提出一种提升特斯拉型脉冲源重频工作能力的方法,分析该脉冲源脉冲形成过程,并将其分为充电电压上升、晶闸管关断和变压器谐振放电三个阶段,经过测试可知脉冲源变压器谐振放电时间是影响其频率提升的主要因素。基于上述研究进行脉冲形成过程不同阶段下的优化设计,调节外电路参数加快充电上升时间,分析晶闸管工作原理并对其关断时间进行优化,改变电路结构缩短其谐振放电时间。调节失谐系数可有效地提高脉冲源的输出电压比和能量效率等关键性能指数,在保证稳定工作的前提下,通过优化电路结构和谐振放电时间加强了脉冲源重频工作能力,最终可实现脉冲源为输出电压0~20kV,输出电压比123,能量效率64%,上升沿30ns,频率0~1kHz可调的纳秒脉冲发生装置。进而促进后续特斯拉型脉冲源的结构紧凑化及其在实际工程中的应用。