觸發(fā)真空開關工作特性及其機理的研究.pdf

1、觸發(fā)真空開關(triggered vacuum switch，TVS)作為一種大功率的可控快速關合器件，因為TVS 自身具有結構緊湊、性能優(yōu)良、成本低、操作無噪聲、可靠性高及環(huán)境適應性強等優(yōu)點，因而在高功率脈沖技術應用中越來越受到重視，成為脈沖功率技術中重要的控制器件。 隨著高功率脈沖技術及TVS的廣泛應用，尤其在一些高精度電源控制領域及高重復頻率脈沖技術方面的應用，對TVS的工作性能提出了進一步的要求。 本文主要針對T

2、VS 工作機理，通過大量的實驗研究，分別研究了TVS的三個工作階段，即觸發(fā)過程，導通過程和弧后介質恢復過程的特性。主要研究了TVS 觸發(fā)時延、觸發(fā)電阻特性，導通時延及高頻大電流條件下的電弧特性及其介質恢復特性。 論文首先結合觸發(fā)真空開關的結構和工作機理，通過實驗研究了TVS 觸發(fā)階段的觸發(fā)時延及其分散性、觸發(fā)電阻的特性。觸發(fā)時延不僅與觸發(fā)間隙長度及間隙的材料、結構有關，還受主間隙電壓，觸發(fā)電壓的極性及觸發(fā)能量的影響。研究表明，T

3、VS 在正極性下（觸發(fā)極位于陰極），容易觸發(fā)導通。且在正極性下，觸發(fā)極電壓為正時觸發(fā)時延及其分散性小于觸發(fā)電壓為負的情況。用ansys 對TVS 靜態(tài)空間電場的分布進行的仿真，仿真結果證明了實驗結果。隨著觸發(fā)能量的增大，TVS的觸發(fā)時延及其分散性都會減小，觸發(fā)可靠性增加。影響TVS 觸發(fā)壽命的觸發(fā)電阻受觸發(fā)電流和主間隙電弧兩種因素的作用，研究表明，主間隙電弧的作用遠大于觸發(fā)電流的作用，且在通流實驗次數(shù)不多時有使觸發(fā)極電阻增大、觸發(fā)電壓減

4、小的趨勢。并提出在TVS 研制中，應盡量控制金屬蒸氣沉積帶來的影響，提高產(chǎn)品的使用壽命并穩(wěn)定其工作性能。 對于導通階段，本文通過實驗，研究了導通階段的導通時延及其分散性，以及TVS高頻大電流導通燃弧過程中電弧特性。研究表明導通時延受觸發(fā)極性以及觸發(fā)能量的影響。正脈沖觸發(fā)比負脈沖觸發(fā)，導通時延及其分散性小。導通時延隨著觸發(fā)能量、主間隙電壓的增大而減小。TVS 電弧在高頻大電流下具有正的伏安特性。隨著電弧電流的增大，TVS 電弧會出

5、現(xiàn)三種電弧形態(tài)：擴散型電弧形態(tài)、過渡型電弧形態(tài)以及集聚型電弧形態(tài)。擴散型電弧弧壓較低，弧壓上疊加有輕微的高頻噪聲電壓信號。在過渡型電弧中，電弧電壓急劇增大，并且疊加有高頻的電壓分量。當形成穩(wěn)定的集聚型電弧時，電極燒蝕嚴重，電弧電壓相對會下降。并就可能導致TVS 電弧電流過零時，開斷失敗。電弧電壓上疊加的高頻噪聲電壓信號是由于電弧燃燒過程中陽極斑點的產(chǎn)生、熄滅所造成的。陽極斑點越不穩(wěn)定，使得電弧電壓的噪聲分量就越多。 通過實驗研究

6、獲得，TVS的高頻介質恢復特性不僅受峰值電流、電流變化率影響，還受主電流頻率以及弧后恢復電壓的上升速度的影響。隨著主回路頻率的增大，TVS開斷能力降低，頻率較低時，即頻率小于2500Hz時，隨著頻率的增大，TVS 開斷能力顯著降低。而當主回路頻率大于2500Hz，隨著頻率的增大，TVS 開斷能力有所降低，但是趨勢區(qū)域平緩。隨著頻率的提高，開斷的峰值電流大體上也呈下降趨勢，但極限峰值電流并不是線性地隨著頻率上升而下降。TVS 高頻開斷能力