电火花震源中基于真空触发管的触发源研制

在电火花震源研制过程中,主回路开关是否能够稳定的触发导通是其中整个系统最关键的部分。采用真空触发管作为震源放电开关,本文基于真空触发管研制了一台能够稳定触发真空触发管导通的脉冲触发源。设计了直接触发和间接触发两种触发回路,进行了触发管导通试验验证以及波形采集。结果表明:触发源的触发能量对触发管的导通情况有很大的影响,研制的直接触发源可以使真空触发管稳定导通,该触发源的成功研制也将极大推动后续研究的顺利开展。

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。

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。

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。

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。

大电流下多棒极型真空触发开关电弧特性

提出了一种多棒极型真空触发开关(TVS),利用3对棒形电极的特殊结构来增大主触头间的燃弧面积,从而有效地提高TVS通流能力。结合真空电弧电压实验,阐述了多棒极型TVS在不同的大电流等级下的电弧发展变化过程。电弧电压的变化表现了多棒极型TVS中多通道并联燃弧及其在各通道之间的电弧转移过程,从而使得真空电弧维持在扩散态。由此开发的TVS样品实现了225kA的峰值电流,单次转移电荷量45C。

触发电流对真空触发开关导通特性影响的实验

基于真空触发开关的导通机理,设计真空触发开关导通特性的实验研究方案。在详细分析真空触发开关导通过程的基础上,利用不同参数的触发电流导通真空间隙来研究对真空间隙导通过程的影响规律:在相同主间隙电压下,导通所需的触发电荷量随着导通时间的增长而在一定小范围内随之增长,而导通延时又随着触发电流的电流增长率和峰值增大而减小。再通过对导通过程影响规律的深入分析,得到了真空间隙的导通条件。即在主间隙电压为定值时,真空间隙导通所需的触发电荷量要近似满足一定关系。

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。

真空触发开关通断特性实验研究

应用大电流 LC振荡回路对真空触发开关进行了大量实验研究 ,得出了不同频率下的极限通断能力 ,分析出电流变化率对通断能力的决定性影响 ,以及燃弧时间或电弧输入能量对上述影响的修正 .实验得知 ,试品尺寸下纵向磁场真空触发开关 ( TVS)可以在 1 0 k A/1 0 k Hz下进行合分操作 .对于更高的电流 ,由于真空电弧正的伏安特性 ,可由多个 TVS并联及同步触发完成 .

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。

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。

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。

长间隙真空触发开关导通特性

基于真空触发开关的导通机理,设计了长间隙真空触发开关导通特性的实验方案。根据高速摄像图片讨论了长间隙真空触发开关的导通过程和影响导通特性的因素。通过实验得到了触发电流对间隙脉冲电流的影响规律:采用上升时间较短且峰值较高的触发电流,能够明显降低主间隙的火花电阻和导通延时,验证了对导通过程的理论预测。

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。

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。

基于真空触发开关的合成关合试验回路及其控制策略

概括了断路器关合短路电流时由预燃弧阶段开始的物理过程,对比了触发火花间隙和真空触发开关用作快速关合装置时的触发特性,提出了一种在全电压条件下进行合成关合的试验回路。对全电压条件下进行合成关合试验时,外施电压相位控制、外施电压与关合电流相位差要求进行了分析,并提出了相应的控制策略和解决方法:对影响控制准确度的主要因素进行了分析。

真空触发开关的起弧稳定性分析

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、环境适应性强等优点,在中压领域具有广泛的应用前景。TVS的开通过程本质上是电弧燃烧过程。针对TVS的起弧稳定性,搭建了一套场击穿型TVS的触发和实验系统,从电气特性和图像特性两个方面记录其起弧过程。实验和理论分析表明,触发系统的稳定延时大约40μs,起弧过程持续297μs左右;初始等离子体的不同发展决定着TVS的开通。只有充足的初始等离子体,才能产生一定的鞘层电压,从而不断产生新的阴极斑点,保障起弧的稳定性。

激光触发真空开关的目标材料触发特性

激光触发真空开关(LTVS)和电气触发真空开关(ETVS)的关键区别是触发方式不同,由于LTVS采用激光照射目标材料产生初始等离子体的方式,不同的目标材料对LTVS的触发特性产生不同的影响。使用3种激光波长(1 064 nm、532 nm和266 nm)测试目标材料的触发特性,总体上导通时延随着激光能量的增加而减少。

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。