LTD用紫外預(yù)電離氣體開關(guān)設(shè)計及其特性研究.pdf

1、直線變壓器驅(qū)動源（LTD）技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種新的驅(qū)動技術(shù)，其工作原理類似于1:1的脈沖變壓器，通過多個模塊串并聯(lián)實現(xiàn)脈沖電壓、電流的疊加，不需要脈沖壓縮環(huán)節(jié)直接用以驅(qū)動負載。LTD具有廣泛的應(yīng)用前景，但需要解決的首要問題是初級幾萬只甚至幾十萬只氣體開關(guān)的同步問題。開關(guān)同步性能直接影響到輸出脈沖的參數(shù)和穩(wěn)定性，低抖動是開關(guān)同步的關(guān)鍵；減小開關(guān)電感能使裝置輸出脈沖的前沿更陡，因此開展應(yīng)用于 LTD的低電感低抖動氣體開關(guān)設(shè)計及性能研究

2、的課題顯得尤為重要。
　　本文從氣體開關(guān)導(dǎo)通機理分析，研究了開關(guān)導(dǎo)通時延和觸發(fā)抖動的影響因素，分析表明提高開關(guān)的工作場強，增加陰極表面電流能減小開關(guān)的時延和抖動。紫外光照射能夠為氣體間隙擊穿提供大量的種子電子，實現(xiàn)多電子引燃從而減小開關(guān)的時延和抖動，提高開關(guān)導(dǎo)通的穩(wěn)定性。本文根據(jù)氣體開關(guān)的紫外預(yù)電離結(jié)構(gòu)建立了二維等離子體模型模擬預(yù)電離過程，結(jié)果表明預(yù)電離過程自由電子密度到達1020/m3，比109/m3的背景電子密度大很多。

3、>　　開關(guān)的優(yōu)化設(shè)計主要是對開關(guān)電場的勻場設(shè)計，文中通過 ANSYS仿真分析了電極形狀對電場以及電極利用率的影響，利用 PSpice仿真分析了預(yù)電離間隙距離對開關(guān)時延的影響。研究了電極燒蝕確定電極材料的選取原則，此外還開展了沿面放電實驗研究，總結(jié)出沿面放電的pd公式作為開關(guān)內(nèi)腔沿面結(jié)構(gòu)設(shè)計的參考依據(jù)。
　　紫外預(yù)電離氣體開關(guān)的實驗平臺包括充放電部分，觸發(fā)電路部分，測量顯示部分以及充放氣部分。本文設(shè)計了LTD單模塊放電回路中匹配的3

4、.2Ω水電阻；對脈沖變壓器型觸發(fā)器進行設(shè)計，對脈沖變壓器原方電容，原方放電開關(guān)等關(guān)鍵器件參數(shù)選取進行了分析。利用三電極氣體開關(guān)將幅值120kV觸發(fā)脈沖的前沿由800ns陡化到30ns；解決了實驗平臺中觸發(fā)放電時的地電位抬升以及強電磁干擾等導(dǎo)致測量時的干擾問題。此外通過改變開關(guān)從進出氣孔位置，以及增加電極屏檔解決了開關(guān)內(nèi)腔沿面放電的問題。
　　紫外預(yù)電離開關(guān)性能測試包括開關(guān)的自擊穿電壓、工作范圍的確定，以及開關(guān)時延和抖動的測量。實驗

5、發(fā)現(xiàn)觸發(fā)脈沖過壓倍數(shù)達到80％后，開關(guān)能工作的最低欠壓比能降低到40%。通過對比實驗測試了預(yù)電離，預(yù)電離時刻，以及脈沖陡度對開關(guān)性能的影響，結(jié)果表明預(yù)電離能減小陽極間隙擊穿的時延和抖動，預(yù)電離時刻較早，脈沖陡度較大時，開關(guān)的時延和抖動相對更小。實驗測試不同欠壓比和不同氣壓條件時的開關(guān)性能，結(jié)果表明欠壓比提高時，開關(guān)的時延和抖動將減小，開關(guān)氣壓提高時會使開關(guān)的時延和抖動增大。紫外預(yù)電離開關(guān)的電感為30nH左右，電阻為40mΩ左右。開關(guān)工作