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高功率重復(fù)頻率氣體OMAL歐瑪爾火花開(kāi)關(guān)
脈沖功率技術(shù)在民用和國(guó)防領(lǐng)域有著廣泛的運(yùn)用，包括產(chǎn)生高功率粒子束、激勵(lì)X射線、激勵(lì)氣體激光等。在這些運(yùn)用當(dāng)中，一個(gè)重要發(fā)展方向是實(shí)現(xiàn)高功率重復(fù)頻率運(yùn)行以獲得高平均功率，而開(kāi)關(guān)技術(shù)則是限制其重復(fù)頻率的重要因素，因此，研究高功率、大電流、高重復(fù)頻率氣體OMAL火花開(kāi)關(guān)，對(duì)提高脈沖功率調(diào)制器的性能具有重要的意義。

高功率重復(fù)頻率氣體OMAL歐瑪爾火花開(kāi)關(guān)
高功率重復(fù)頻率氣體開(kāi)關(guān)存在一個(gè)主要的缺點(diǎn)，就是開(kāi)關(guān)壽命比較低，因此如何提高氣體開(kāi)關(guān)的壽命是氣體開(kāi)關(guān)研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容。先簡(jiǎn)單介紹了氣體OMAL火花開(kāi)關(guān)的擊穿機(jī)理，分析了氣體開(kāi)關(guān)主要參數(shù)的計(jì)算方法。并通過(guò)對(duì)比兩種大電流氣體OMAL火花開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，對(duì)一種開(kāi)關(guān)外殼為金屬的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，即采用開(kāi)關(guān)高壓電極和外殼一體化設(shè)計(jì)，外殼為金屬腔體，低壓電采用金屬擋板，可以從zui大程度上減小開(kāi)關(guān)工作時(shí)對(duì)絕緣支撐的污染，提高開(kāi)關(guān)的壽命；同時(shí)運(yùn)用CST電場(chǎng)分析軟件，對(duì)開(kāi)關(guān)的主要尺寸進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對(duì)觸發(fā)電極與主間隙中央的距離進(jìn)行了分析，得到了觸發(fā)電極與開(kāi)關(guān)主間隙的*距離；并且運(yùn)用ANSYS軟件，對(duì)開(kāi)關(guān)的電極冷卻進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，利用外加冷卻液的方式，可以有效對(duì)開(kāi)關(guān)的電極進(jìn)行冷卻，降低開(kāi)關(guān)表面電極材料的燒蝕，提高開(kāi)關(guān)的壽命和重復(fù)運(yùn)行的穩(wěn)定性。同時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的情況，設(shè)計(jì)加工了一套高功率重復(fù)頻率氣體OMAL火花開(kāi)關(guān)系統(tǒng)，包括氣體開(kāi)關(guān)、吹氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)。zui后對(duì)所設(shè)計(jì)的重復(fù)頻率氣體開(kāi)關(guān)進(jìn)行了各種實(shí)驗(yàn)：自擊穿靜態(tài)實(shí)驗(yàn)，在開(kāi)關(guān)室內(nèi)充入氮?dú)?，氣?.10～0.25MPa時(shí)，開(kāi)關(guān)的自擊穿電壓與開(kāi)關(guān)氣壓近似為線性關(guān)系，自擊穿電壓范圍為33～45kV;在單次觸發(fā)實(shí)驗(yàn)：當(dāng)開(kāi)關(guān)氣壓為0.10、0.15、0.20和0.25MPa時(shí)，開(kāi)關(guān)自擊穿電壓分別為33、37、41和45kV;當(dāng)觸發(fā)電壓為80kV時(shí)，其可控工作電壓范圍分別為25～94%、38～86%、40～88%和44～88%,具有可控工作電壓范圍寬的優(yōu)點(diǎn)。而當(dāng)開(kāi)關(guān)工作氣壓為0.25MPa,工作電壓為40kV,欠壓比為88%時(shí)，開(kāi)關(guān)的時(shí)延為50ns,抖動(dòng)為1.28ns,分散性小于3%,工作穩(wěn)定，可用于強(qiáng)流加速器初級(jí)儲(chǔ)能系統(tǒng)；重復(fù)頻率實(shí)驗(yàn)：開(kāi)關(guān)在電壓10kV、電流10kA、重復(fù)頻率30Hz時(shí)，運(yùn)行穩(wěn)定，波形重疊性好，偏差在5%以內(nèi)；當(dāng)開(kāi)關(guān)在電壓20kV、電流20kA、重復(fù)頻率10Hz時(shí)，開(kāi)關(guān)波形重疊好，偏差在10%以內(nèi)。經(jīng)過(guò)上千次的實(shí)驗(yàn)，對(duì)比以往的開(kāi)關(guān)可以得到，該開(kāi)關(guān)壽命明顯提高。重復(fù)頻率運(yùn)行是當(dāng)前脈沖功率技術(shù)主要發(fā)展方向之一。水介質(zhì)脈沖功率調(diào)制器具有儲(chǔ)能密度高，結(jié)構(gòu)緊湊、與低阻抗微波源較好匹配的特點(diǎn)，因此得到廣泛的應(yīng)用，但是受到高功率、大電流氣體開(kāi)關(guān)的絕緣恢復(fù)的影響，水介質(zhì)等低阻抗脈沖功率調(diào)制器的重復(fù)頻率運(yùn)行或多脈沖運(yùn)行受到較大的限制。研究高功率大電流自擊穿氣體OMAL火花開(kāi)關(guān)多脈沖運(yùn)行特性，對(duì)于開(kāi)展水介質(zhì)脈沖功率調(diào)制器的多脈沖運(yùn)行，或重復(fù)頻率運(yùn)行研究具有重要的意義。從理論分析、數(shù)值計(jì)算等方面研究了氣體OMAL火花開(kāi)關(guān)的絕緣恢復(fù)特性，實(shí)驗(yàn)研究了氣流對(duì)OMAL火花開(kāi)關(guān)恢復(fù)速度的影響，其研究結(jié)果為OMAL火花開(kāi)關(guān)的多脈沖運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)理論基礎(chǔ)。對(duì)氣體OMAL火花開(kāi)關(guān)的擊穿機(jī)理，創(chuàng)新的利用擊穿概率分析了粗糙電極對(duì)氣體OMAL火花開(kāi)關(guān)V/p曲線影響的物理機(jī)制，給出了利用細(xì)小結(jié)構(gòu)構(gòu)造平穩(wěn)V/p（開(kāi)關(guān)擊穿電壓/氣體壓強(qiáng)）曲線的條件，為實(shí)驗(yàn)中控制和利用該曲線提高氣體OMAL火花開(kāi)關(guān)的多脈沖運(yùn)行能力提供了理論基礎(chǔ)。對(duì)電極間隙內(nèi)氣體狀態(tài)的恢復(fù)，數(shù)值模擬了炙熱氣體的傳導(dǎo)和對(duì)流過(guò)程，分階段的討論和模擬了帶電粒子的消逝過(guò)程，分析了影響電極間隙內(nèi)氣體狀態(tài)恢復(fù)的主要因素。結(jié)合理論分析和模擬結(jié)果，提出了氣體OMAL火花開(kāi)關(guān)多脈沖運(yùn)行特性可采用如下方法：使用導(dǎo)熱性能好的氣體，如H2、SF6等；采用吹氣的方法；增大氣壓，在電極表面增加細(xì)小結(jié)構(gòu)，構(gòu)造平穩(wěn)的V/p曲線；改良開(kāi)關(guān)電極結(jié)構(gòu)和尺寸，采用奶頭-半球結(jié)構(gòu)的電極；使用電負(fù)性強(qiáng)的氣體作為開(kāi)關(guān)絕緣氣體，如SF6。

高功率重復(fù)頻率氣體OMAL歐瑪爾火花開(kāi)關(guān)
實(shí)驗(yàn)上，進(jìn)行了自擊穿氣體OMAL火花開(kāi)關(guān)多脈沖運(yùn)行特性的研究，對(duì)比了不吹氣時(shí)和吹氣時(shí)OMAL火花開(kāi)關(guān)的恢復(fù)速度。在擊穿電壓400kV,峰值電流30kA,脈寬40ns的工作參數(shù)下，采用吹氣的辦法（氣流速度30m/s），使氣體OMAL火花開(kāi)關(guān)多脈沖運(yùn)行間隔達(dá)到5ms,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論估計(jì)相符。zui后，介紹了實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)并研制的大功率低電感匹配負(fù)載，該負(fù)載冷測(cè)電阻值5.82?,電感190nH,結(jié)果與理論設(shè)計(jì)*，該負(fù)載具有阻值穩(wěn)定，電感低的特點(diǎn)。