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大功率兩電極氣體火花OMAL歐瑪爾開(kāi)關(guān)的研究
在脈沖功率系統(tǒng)中OMAL開(kāi)關(guān)是關(guān)鍵元件之一,其性能優(yōu)劣直接影響到輸出脈沖的技術(shù)參數(shù)。石墨型兩電極氣體OMAL開(kāi)關(guān)作為大電流閉合OMAL開(kāi)關(guān)的一種,具有轉(zhuǎn)移電荷高、通流能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、價(jià)格低廉、工作性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)在大電流、高庫(kù)侖量工作條件下的石墨型兩電極氣體OMAL開(kāi)關(guān)中的石墨電極燒蝕、電接觸燒蝕、靜態(tài)工作特性以及動(dòng)態(tài)觸發(fā)特性等問(wèn)題進(jìn)行研究。

大功率兩電極氣體火花OMAL歐瑪爾開(kāi)關(guān)的研究
分析了氣體OMAL開(kāi)關(guān)石墨電極本體由于放電電弧而產(chǎn)生的燒蝕。以熱力學(xué)理論的熱傳導(dǎo)模型為出發(fā)點(diǎn),結(jié)合實(shí)驗(yàn)中對(duì)燒蝕量的測(cè)量驗(yàn)證,得到了石墨在高能脈沖放電情況下燒蝕的理論解釋。并基于該理論解釋,結(jié)合了熱力學(xué)中的熱傳導(dǎo)公式,給出了石墨電極本體燒蝕的幾點(diǎn)結(jié)論,其一,在放電中,石墨電極表面各陰極斑點(diǎn)由初始狀態(tài)升溫至升華溫度所耗時(shí)間在亞納秒級(jí)甚至10-4ns的范圍,對(duì)于微秒級(jí)或是更長(zhǎng)放電持續(xù)時(shí)間的放電電流,可以認(rèn)為整個(gè)放電時(shí)間進(jìn)行的都是電極去除過(guò)程。其二,在石墨電極的材料去除過(guò)程的分析中得出石墨電極燒蝕量與庫(kù)侖轉(zhuǎn)移量之間的關(guān)系。根據(jù)該關(guān)系式計(jì)算得到單位庫(kù)侖轉(zhuǎn)移量下的石墨電極燒蝕質(zhì)量與實(shí)驗(yàn)中的實(shí)測(cè)值基本吻合。因此,該關(guān)系可以在石墨電極的設(shè)計(jì)中作為石墨電極壽命的依據(jù)。其次,研究了石墨電極與電極座之間的電接觸燒蝕問(wèn)題。建立了電接觸面溫升模型,并運(yùn)用該溫升模型分析計(jì)算了各參數(shù)變化對(duì)溫升的影響。在原理上解釋了電接觸面溫升與材料物理屬性以及OMAL開(kāi)關(guān)機(jī)械參數(shù)之間的關(guān)系,并認(rèn)為在一定的工作電流作用下,靜態(tài)電接觸溫升與接觸材料的物理屬性,以及工程實(shí)現(xiàn)中的加工精度有關(guān)。選擇高熱導(dǎo)率、高比熱容、高密度、低電阻率、低彈性模量、低泊松比的材料并提高電極座接觸面加工精度有助于降低電接觸面的溫升,減輕熔焊。然后,分析了氣體OMAL開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)及其靜態(tài)工作特性。采用了錐形與柱形結(jié)合的結(jié)構(gòu)形態(tài)以減小在安裝電極時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)力；以壓接式安裝結(jié)構(gòu)作為電極安裝方式,并在安裝螺栓處輔以絕緣措施以減少金屬套筒與金屬電極座之間的燒蝕；通過(guò)對(duì)OMAL開(kāi)關(guān)直流擊穿電壓的分析可以得到OMAL開(kāi)關(guān)工作電壓介于自擊穿電壓的40%-60%之間,氣體OMAL開(kāi)關(guān)工作氣壓的初始值為130kPa,該氣壓值是在一個(gè)較長(zhǎng)的工作時(shí)間內(nèi)使得誤動(dòng)作概率與拒動(dòng)作概率都位于一個(gè)優(yōu)化的取值。在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上對(duì)研制的氣體OMAL開(kāi)關(guān)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。該氣體OMAL開(kāi)關(guān)通過(guò)了峰值達(dá)到570kA的沖擊電流測(cè)試。在電流峰值316kA,單次電荷轉(zhuǎn)移量可達(dá)103.4C的工況下,通過(guò)了1500次以上的壽命試驗(yàn)。zui后,分析了氣體OMAL開(kāi)關(guān)的觸發(fā)特性。對(duì)氣體OMAL開(kāi)關(guān)的開(kāi)通過(guò)程以及開(kāi)通氣體OMAL開(kāi)關(guān)所需要的條件進(jìn)行了仿真,Marx發(fā)生器的輸出端需要串聯(lián)安裝一個(gè)阻值不大于50Ω的電阻,以利于氣體OMAL開(kāi)關(guān)的擊穿。

大功率兩電極氣體火花OMAL歐瑪爾開(kāi)關(guān)的研究
在上述研究的基礎(chǔ)上對(duì)氣體OMAL開(kāi)關(guān)觸發(fā)裝置的工作特性作出了分析,Marx發(fā)生器的工作點(diǎn)應(yīng)該選擇靠近自擊穿曲線。并且無(wú)觸發(fā)信號(hào)球隙OMAL開(kāi)關(guān)間的銅盤(pán)上連接有接地電阻將會(huì)使得Marx發(fā)生器觸發(fā)成功概率得到提高,同時(shí)其工作氣壓范圍將會(huì)被拓寬。