寬帶裝置閉合開關常用介質擊穿特性研究.pdf

1、目前研究室正承擔一種基于開關振蕩器的寬帶裝置的項目研究，前期研究表明，開關振蕩器閉合開關的工作性能決定著寬帶裝置的輻射功率和能量效率。閉合開關是一種場強均勻設計的自擊穿火花隙開關，工作在快速充電條件下，在納秒量級充電時間內承受電壓能上升至數(shù)百千伏。介質擊穿是一個復雜的物理過程，已有的短脈沖介質擊穿理論可以定性的解釋一些實驗現(xiàn)象，但無法對擊穿過程進行定量的描述，由于實驗條件和參數(shù)定義等原因短脈沖擊穿實驗數(shù)據(jù)的參考性不強。為了給閉合開關的優(yōu)

2、化設計提供比較實用的數(shù)據(jù)參考，同時為了促進納秒脈沖介質擊穿領域實驗數(shù)據(jù)和理論研究的進一步完善，本文對變壓器油、SF6和N2在高壓納秒脈沖作用下的擊穿特性開展了實驗研究，主要工作包括以下幾方面：
　　1、設計了用于開展納秒脈沖電介質擊穿實驗的擊穿實驗裝置。分析了閉合開關的主要特點，并采用儲能電容器通過電感對電容負載進行快速充電的思路設計了一種開關電極為場強均勻結構的擊穿實驗組件和一種電容儲能型的高壓脈沖驅動源；通過電路仿真分析了中儲

3、電容器Cm、連線電感Lr和工作負載CL等部件參數(shù)對實驗裝置工作性能的影響；對實驗裝置進行了初步的測試實驗，結果表明實驗裝置能夠在開關實驗腔輸入端產生上升前沿10ns、峰值電壓200kV左右的充電脈沖，與仿真結果較吻合，證明了實驗裝置能夠用于開展高壓納秒脈沖電介質擊穿特性實驗研究。
　　2、設計了用于測量高頻實驗信號的測量系統(tǒng)。為了準確探測開關實驗腔在擊穿過程中輸入輸出端的電壓信號，設計了一種同軸結構的電容分壓器和相應的測量回路，并

4、分析了信號頻率、補償電阻對測量系統(tǒng)工作性能的影響，然后通過標定實驗對測量系統(tǒng)的工作性能進行了檢驗，證明測量系統(tǒng)可以實現(xiàn)對高頻實驗信號的準確測量。
　　3、利用設計的擊穿實驗裝置和測量系統(tǒng)，對變壓器油、SF6、N2在納秒脈沖作用下的擊穿特性開展了實驗研究。首先對變壓器油進行了納秒脈沖擊穿實驗，并根據(jù)實驗結果擬合出了變壓器油電壓上升時間為4～10ns的經驗公式，同時還分析了循環(huán)與未循環(huán)、不同液體靜壓力以及輸入脈沖不同的上升前沿（10n