电触发真空沿面闪络开关工作特性

电触发真空沿面闪络开关(VSFS)具有高导通速度、高绝缘恢复速度、体积小、结构简单等优点,适合于高电压、高功率转换的场合。导通速度和稳定性是VSFS输出性能的重要指标,其影响因素的研究决定了VSFS的优化方向。研究了结构、材料、触发极性对真空沿面闪络开关的输出性能影响。结果表明,体式结构相较于片式结构导通速度更快、更稳定。钛酸钡介质和氮化铝介质具有稳定的脉冲击穿电压,适合作为触发介质。石英的直流耐压高,适合作为主间隙介质。正触发方式下开关的输出指标要优于负触发。

电磁脉冲焊接用真空触发开关工作特性及影响因素

电磁脉冲焊接是脉冲功率技术在材料加工中的应用之一,常采用真空触发开关(TVS)作为放电开关。根据电磁脉冲焊接过程特征,针对课题组所用的ZKTC国产新型TVS,详细探究了ZKTC在其触发阶段、导通阶段与初次放电阶段的工作特性。通过仿真研究了电路参数对ZKTC工作过程的影响;研制了Marx电路与脉冲变压器结合的触发装置,脉宽0~10μs可调、幅值0~20 kV可调,基于ZKTC搭建了放电能量为27 kJ的脉冲大电流发生器测试平台并开展实验分析。结果表明,触发信号的电压幅值与上升前沿均会显著影响ZKTC触发过程;放电主回路工作电压幅值会影响ZKTC导通阶段中带电粒子的定向迁移速率与放电电流幅值,改变开关放电回路的参数并加快电压下降速度,从而对导通阶段和放电阶段产生明显影响。

场击穿型真空触发开关的开通实验分析

真空触发开关(triggered vacuum switch,TVS)是大功率脉冲技术领域的重要开关器件之一,它具有结构紧凑、介质恢复迅速、操作无噪声、工作可靠性高、无污染、环境适应性强等优点,在中压领域具有广泛的应用前景。针对场击穿型TVS触发比较困难的特点,在触头表面涂敷TiH2材料,利用TiH2的脱氢产生大量的初始等离子体,可以有效地降低触发电压,提高触发可靠性。为此,设计了1套触发系统和LC振荡主回路来研究其开通性能。触发系统输出峰值22kV/350A的正脉冲源,系统时延40μs左右。实验结果表明,正极性接线的TVS样品经触发后能有效开通,触发成功率高,系统时延分散性小,导通电压范围宽,能够在小电流过零时产生有效的截流,且一定条件下呈现反向截流特性。

高性能真空触发开关技术的研究综述

总结了目前国内外高性能真空触发开关技术的进展及发展趋势;分析了真空触发开关在击穿机理方面的研究情况;比较了目前真空触发开关在大功率快速关合技术中的应用情况;介绍了真空触发开关的触发源技术的研究情况。

沿面击穿型触发真空开关的触发实验研究

为给触发真空开关(TVS)在脉冲功率系统多级放电中的应用提供参考和设计依据,通过空载和通流两种触发实验研究了一种沿面击穿型的TVS,对比分析触发间隙电阻和触发电压两个参数变化规律的实验结果表明,在通流实验次数不多时存在触发间隙电阻增大、触发电压减小的趋势,原因在于沿面击穿型TVS工作过程中主间隙电流的作用远大于触发电流的作用,而主间隙电流的作用取决于大电流电弧以及金属蒸气沉积的效果。

激光触发真空开关触发稳定性及时延特性

为了研究影响激光触发真空开关(LTVS)导通时延及抖动特性的关键因素,搭建LTVS高电压大电流实验平台,分别改变触发激光能量、工作电压、触发极性以及触头间距等参数,考察其对LTVS导通时延和抖动特性的影响,并对LTVS的导通机制及触发稳定性进行理论分析。实验结果表明:在一定范围内,增加触发激光能量、增加主间隙电压、采用阴极触发方式或者缩短触头间距均可减少开关的导通时延及时延抖动;LTVS的导通是激光轰击触发极产生初始等离子体的热过程与主间隙两端电场加速初始等离子体扩散过程共同作用的结果,实验中所得到的结论对LTVS的优化具有重要意义。

长间隙触发真空开关的实验研究

报导了长间隙触发真空开关的实验研究结果 ,包括导通过程、触发可靠性、触发时延及工作稳定性。实验表明 ,采用高压小电流击穿与低压大电流续流的触发电路 ,可保证触发可靠性 ;长间隙触发真空开关有良好的工作稳定性 ,除得到更高工作电压的触发真空开关外 ,还可用于长间隙真空电弧特性的研究。

触发真空开关中初始等离子体的产生和扩展

简单介绍了触发真空开关(TVS)的基本结构和工作原理,对初始等离子体的产生和扩展所涉及的物理过程进行了详细地分析,说明了等离子体的扩展过程实际上是近阴极区等离子体鞘层的增长过程,给出了起动时延和导通时延与触发结构和触发特性参数间的关系。

多棒极型触发真空开关触发特性

主要研究多棒极型触发真空开关(TVS)的触发特性及其影响因素。研究表明,真空开关的触发时延主要由导通时延决定,增加触发电流的幅值和陡度(di/dt)可减小TVS的导通时延及其分散性。脉冲变压器直接触发TVS,可通过减小变压器漏感、提高触发电容的充电电压或增加触发电容电容量来降低导通时延及其分散性,但触发电容增加到一定值后对增加触发能量无帮助,没有必要继续增加。变压器直接触发方式可使导通时延减小至4μs左右,但分散性较大,且存在较小的触发回路电流导致的触发极熄弧现象。在脉冲变压器直接触发回路的基础上设计并研究了两种改进的触发回路:一种为脉冲变压器匹配续流回路,TVS导通时,通过续流回路的充电电容续流可使触发电流达kA级,导通时延减小至2～4μs,由于回路结构复杂,受到杂散参数影响,触发电流的幅值和陡度受到限制;一种为改进的触发回路,在触发极和阴极两端直接并接电容,导通时延可保持在1μs之内。最后研究并确定了并接电容选取依据和取值区间;对触发电压较小的TVS可在并接电容和触发极之间串联间隙,增大电容的充电电压和触发极能量,达到TVS可靠、精确触发的目的。

高性能大功率触发真空开关的研究

本文首先说明了触发真空开关（ＴＶＳ）的基本工作原理，分析了ＴＶＳ中的基础等离子体过程，特别是初始等离子体的产生和扩展过程。对几种新型ＴＶＳ的结构和性能做了详细介绍。

多棒极型触发真空开关极性效应

基于有限元分析软件ANSOFT对触发真空开关触发极附近的静电场分布进行了仿真,并对其工作在不同的极性配置方式下开展了一系列实验。主要研究触发真空开关极性配置方式与导通时延的大小及其分散性的关系,同时分析了静电场对初始等离子体扩散的影响,从而为触发真空开关的结构优化设计提供理论依据。仿真结果表明:当触发极工作在正极性配置下,可以增强触发极附近阴极表面的电场强度,从而有利于阴极斑点的形成,减小导通时延及其分散性,提高其可靠性。实验验证了触发真空开关在正极性配置下的工作可靠性高、时延小,与仿真分析结果一致。

平面圆盘型激光触发真空开关触发机制研究

高压强流脉冲开关是脉冲功率技术的重要控制单元,触发真空开关(Triggered Vacuum Switch,TVS)具有通流容量大,介质恢复速度快、欠压比小等特点,但它存在导通时延长、抖动大、容易误触发等问题。设计了长间隙激光触发真空开关(Laser Triggered Vacuum Switch,LTVS),LTVS的导通机制涉及激光烧蚀,激光照射目标材料,参与导电的物质有原子、离子、自由电子和微粒。当LTVS间隙距离为12 mm、耐受电压为30 k V时,为保证LTVS可靠导通,使用激光能量为50 m J,激光波长为1 064 nm,距离阴极端面为0 mm时,LTVS的导通时延为1μs,抖动时延为50 ns,由于激光的能量稳定,保证了LTVS的抖动时延小。使用激光触发的方式,可以缩短导通时延,隔离电磁干扰,消除开关的误触发现象。

基于高频振荡回路的激光触发真空开关开断特性

真空触发开关(TVS)是脉冲功率技术的重要开关器件,随着脉冲功率系统向更高工作频率的方向发展,要求TVS具有在高频回路中稳定工作的能力,因此采用LC高频振荡回路对一种新型激光触发真空开关(LTVS)进行实验研究,考察振荡回路频率、间隙电压以及初始等离子体浓度等因素对LTVS的开断特性的影响。实验结果表明,振荡回路频率增加和间隙电压升高将导致电流峰值及电流过零点变化率升高,电路未成功开断或者发生重击穿概率增加;重击穿时间间隔随间隙电压和回路频率升高而缩短;LTVS未成功开断或者发生重击穿概率与初始等离子体浓度无关。实验结果对于改善LTVS在高频回路中的稳定工作能力具有参考价值。

激光触发多级气体真空混合开关

触发真空开关的电寿命是制约其发展的瓶颈,基于激光触发和快速操动机构的开关可解决此问题。当其工作电流过大时,快速操动机构动作联动激光触发间隙电极闭合。因为主电极和靶电极的烧蚀和相应的材料损耗是造成电寿命较短的主要原因,因此快速操动机构的应用所带来的开关寿命的增加是显著的。设计了基于激光触发和快速操动机构的开关,对其进行了静电场仿真,以优化参数。对开关进行了基本特性实验,当工作电压为250 k V,激光能量为2 m J时,开关延时为60 ns,抖动为5 ns。通过实验发现,随着激光能量和开关工作电压的升高,开关导通延时和抖动显著减少。该开关可应用在对寿命要求较高的脉冲功率系统中。

激光触发真空沿面闪络开关的初步实验研究

介绍了沿面闪络开关的发展状况和基本原理，实验研究了真空条件下激光触发介质沿面闪络特性。实验采用固体Nd：YAG纳秒激光器作为触发源，对试样施加正直流高压，电压范围1～6kV，试样绝缘子为直径50mm的尼龙6。通过研究不同激光能量、波长和聚焦形状对介质闪络的影响，总结出适用于沿面闪络开关的激光触发形式。实验表明：在一定电场和真空度下闪络的时延和抖动将随着输入激光能量的提高而减小，而激光可触发的电压范围将提高；激光波长减小有助于提高触发的稳定性；激光焦斑的形状是沿面闪络触发的最大影响因素，采用具有一定能量密度、焦斑横跨两电极的带状激光来触发闪络是闪络开关的理想选择。

基于六间隙棒电极结构的沿面击穿型触发真空开关的工作特点(英文)

触发真空开关(TVS)是脉冲功率技术领域的关键器件之一。它具有很多优点,譬如宽的工作电压范围、大的通流能力、高的转移库伦量、灵活的触发系统、高的触发可靠性、快速介质恢复、长寿命、以及低噪音等。本文设计了一种基于六间隙棒电极结构的沿面击穿型触发真空开关,制作了触发源并搭建了TVS的实验平台。研究结果表明,TVS样品具有0.05～25kV的工作电压范围,工作电流峰值超过100kA,并且单次转移库伦量大于25C。TVS的总工作时延小于1.5μs,包括了800ns的触发脉冲等待时延和700ns的主间隙导通时延。最后,讨论了TVS的工作极性,理论与实验证明正极性工作方式更可靠,更具优势。

应用于中压等级的大容量多棒极型真空触发开关

基于快速闭合开关在中压大电流下的工作需求,提高真空触发开关的应用电压等级,设计了一种大容量的40.5 k V真空触发开关。为了满足80 k A峰值电流的通流能力,该开关采用了多棒极型的主电极结构设计以增加开关的通流面积并提高开关的电气寿命。针对40.5 k V系统的绝缘要求,对电极结构进行了倒角优化。选取了合适的屏蔽罩尺寸,改善了开关内部电场的分布,提高了开关的绝缘性能。针对设计的开关,设计了触发系统,该系统可以稳定输出50 k V的脉冲电压和3 k A的触发电流,保证可靠触发开关。设计的样机通过了峰值80 k A,脉宽15 ms的短路电流试验,工作寿命20次,触发时延<15μs;短路电流试验前后进行了工频耐压试验和雷电冲击试验,试验结果表明开关具有较高的绝缘水平。

一种激光触发真空开关的触发特性研究

为优化触发真空开关(triggered vacuum switch,TVS)性能,满足脉冲功率技术对开关器件的要求,设计了一种多棒级型激光触发真空开关(multi-electrode laser-triggered vacuum switch,LTVS)。文中详细讨论了外施电压、激光触发能量、开关极性、焦斑能量密度等对开关延迟时间、抖动时间和最低工作电压等触发特性的影响,提出开关导通是热机制和碰撞电离机制相互作用的假设,并为此类开关的优化设计提供理论依据和参考。实验表明:开关的延迟时间最低可达17 ns,抖动最低可达10 ns,最低工作电压为60 V;开关导通需满足一定的激光触发能量和外施电压要求,在触发能量一定的情况下,焦斑能量密度是影响开关触发特性主要因素;开关极性是影响触发稳定性的主要因素。

交直流电压条件下TVS触发特性研究

通过试验得到了触发系统的触发能量、触发电压与真空触发开关(TVS)导通概率、触发时延及分散性的关系,试验结果可以作为高性能真空触发开关控制器的设计与应用的指导。触发点火回路采用陡化高压触发脉冲,使TVS的导通时延及其分散性显著降低。引入同步触发技术,控制TVS主间隙在交流外施电压峰值触发。重点比较主间隙施加交直流情况下的触发特性,在触发参数、交流电压峰值与直流电压值相等的条件下,直流情况下TVS的导通概率和触发稳定性明显高于交流情况,交流情况下对触发系统的要求更为苛刻。

场击穿型真空触发开关控制器设计及时延特性

开关元件是脉冲功率系统的核心元件之一,也是主要的技术瓶颈。真空触发开关作为能量的快速关合(释放)开关,是近年来非常有发展潜力脉冲功率开关器件。提出了一种新的场击穿型真空触发开关控制器的研制思路,并通过实验研究,获得控制器的触发能量与触发时延、触发分散性的关系,可以指导高性能真空触发开关控制器的设计与应用。主触发点火回路采用三电极间隙产生陡化的高压触发脉冲,使真空触发开关导通时间的分散性被控制<2μs。触发控制回路采用光发射器和光接收器作执行元件,抗干扰能力增强,消除了级间互扰造成的误触发。光发射器和光接收器之间采用光纤连接,实现高压触发部分和低压控制部分的隔离。控制器的触发能量灵活可调,实验研究表明,真空触发开关的导通时延和时延分散性随控制器提供的触发能量的增加而迅速减小。在触发能量为1.6 J时,导通时延可缩小为15.57μs,时延分散性可达1.358μs。