磁吹旋弧開(kāi)關(guān)的研究.pdf

1、脈沖功率技術(shù)在科學(xué)試驗(yàn)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)以及環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,而脈沖功率技術(shù)的發(fā)展尤其是激光聚變主放大器能源系統(tǒng)要求作為關(guān)鍵元件之一的開(kāi)關(guān)器件具有耐壓高、導(dǎo)通電流大、電荷轉(zhuǎn)移量大、電極燒蝕小、工作壽命長(zhǎng)、可靠性高等性能。本文研究對(duì)象是磁吹旋弧開(kāi)關(guān)。
　　提出磁吹旋弧開(kāi)關(guān)的研制,介紹了此開(kāi)關(guān)的基本工作原理、磁場(chǎng)下電弧的運(yùn)動(dòng)機(jī)制和電極燒蝕機(jī)理,提出減小電極燒蝕以提高開(kāi)關(guān)性能指標(biāo)和壽命的方法:(1)選用既難熔、侵蝕量又小的材料

2、作為開(kāi)關(guān)電極;(2)外加磁場(chǎng)線圈,使電弧在磁場(chǎng)作用下弧點(diǎn)沿電極表面連續(xù)移動(dòng),從而使弧點(diǎn)熱流分散到大面積上,大大降低有效的比熱流,使電極燒蝕分散到較大面積上;(3)電極采用同軸圓柱結(jié)構(gòu),增大旋轉(zhuǎn)電弧與電極的作用面積,使電流密度大大減小;(4)設(shè)計(jì)形狀相對(duì)優(yōu)化的電極表面,使開(kāi)關(guān)電極表面電場(chǎng)盡量均勻,這樣,放電起弧點(diǎn)分散性大,減小電極燒蝕。
　　設(shè)計(jì)了一種同軸圓柱結(jié)構(gòu)、外加磁場(chǎng)線圈的磁場(chǎng)控制的旋弧開(kāi)關(guān),電極優(yōu)化設(shè)計(jì)保證開(kāi)關(guān)間隙電場(chǎng)盡量均

3、勻,通過(guò)計(jì)算和仿真確定了滿足磁場(chǎng)要求的線圈尺寸和間距,給出了開(kāi)關(guān)電弧的理論旋轉(zhuǎn)速度。
　　根據(jù)幾種常見(jiàn)電弧數(shù)學(xué)模型的分析和研究,本文提出電弧鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)模型,并對(duì)模型的基本原理進(jìn)行了論述,并根據(jù)這個(gè)模型進(jìn)行了計(jì)算機(jī)程序模擬計(jì)算,得到在這樣情況下電弧的運(yùn)動(dòng)速度。
　　對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行了基本特性試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)自擊穿電壓有些分散,平均自擊穿電壓為25kV左右,于理論計(jì)算值基本相同。對(duì)開(kāi)關(guān)重復(fù)頻率回路進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)和參數(shù)設(shè)計(jì)。使用過(guò)壓重頻的方