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2016-12-13 閱讀(680)
高功率氫氣OMAL開關(guān)研究
高功率OMAL開關(guān)是脈沖功率裝置的關(guān)鍵部件。氣體火花OMAL開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單,導(dǎo)通電壓范圍寬、導(dǎo)通電流大,并且具有較高的dI/dt,而被廣泛的研究和應(yīng)用。近年來隨著脈沖加速器、高功率微波源、冷等離子體處理等技術(shù)的發(fā)展,對(duì)OMAL開關(guān)重復(fù)頻率提出了更高的要求。
高功率氫氣OMAL開關(guān)研究
要提高OMAL開關(guān)的重復(fù)頻率,就必須縮短OMAL開關(guān)的絕緣恢復(fù)時(shí)間。從理論分析、軟件模擬等方面研究了不同介質(zhì)氣體火花OMAL開關(guān)的絕緣恢復(fù)特性,并在實(shí)驗(yàn)上對(duì)不同介質(zhì)氣體火花OMAL開關(guān)的絕緣恢復(fù)時(shí)間做了研究與比較,其研究結(jié)果對(duì)于氣體火花OMAL開關(guān)多脈沖運(yùn)行間隔的縮短以及重復(fù)頻率提高具有重要意義。在氣體火花OMAL開關(guān)絕緣恢復(fù)機(jī)理研究中,首先分析了氣體火花OMAL開關(guān)的擊穿機(jī)理;其次,針對(duì)火花OMAL開關(guān)導(dǎo)通后,影響絕緣恢復(fù)的高溫氣體冷卻和帶電粒子消失這兩個(gè)主要因素,分析了不同參數(shù)(壓強(qiáng)、OMAL開關(guān)間距、氣體種類)對(duì)OMAL開關(guān)絕緣恢復(fù)的影響;利用PSpice軟件、能量守恒方程以及經(jīng)驗(yàn)公式,對(duì)不同種類氣體火花OMAL開關(guān)導(dǎo)通后的電弧通道半徑、電弧通道溫度進(jìn)行了估算。利用COMSOL MULTIPHYSICS軟件對(duì)OMAL開關(guān)內(nèi)的電場(chǎng)進(jìn)行了分析;根據(jù)能量守恒方程、動(dòng)量守恒方程、連續(xù)性方程和氣體狀態(tài)方程,采用流體力學(xué)軟件ANSYS CFX,對(duì)OMAL開關(guān)通道內(nèi)高溫氣體的冷卻進(jìn)行了三維數(shù)值模擬。給出了導(dǎo)熱系數(shù)、定壓比熱、粘性系數(shù)對(duì)高溫氣體冷卻的影響及其隨溫度變化的擬合公式,并應(yīng)用擬合公式對(duì)10atm氮?dú)狻?0atm氫氣OMAL開關(guān)導(dǎo)通后高溫氣體冷卻進(jìn)行了模擬。根據(jù)強(qiáng)度理論計(jì)算,設(shè)計(jì)并加工了一個(gè)高壓氣體OMAL開關(guān),理論壓強(qiáng)可達(dá)60atm。根據(jù)Martin公式和Miller公式,設(shè)計(jì)并加工一套單同軸水介質(zhì)脈沖形成線,來進(jìn)行OMAL開關(guān)的多脈沖實(shí)驗(yàn),經(jīng)計(jì)算傳輸線可穩(wěn)定工作在1MV而不擊穿。針對(duì)氫氣、氮?dú)?、六氟化硫自擊穿氣體OMAL開關(guān)進(jìn)行了多脈沖實(shí)驗(yàn),在OMAL開關(guān)擊穿電壓約450kV(對(duì)氫氣約520kV),峰值電流30kA,脈寬60ns情況下,得到了氫氣的絕緣恢復(fù)時(shí)間在7ms左右,六氟化硫約為25ms,氮?dú)饧s為50ms;并對(duì)影響OMAL開關(guān)絕緣恢復(fù)的電極間距和氣體壓強(qiáng)做了分析。zui后比較了不同種類氣體介質(zhì),在不同壓強(qiáng)、OMAL開關(guān)間距下的脈沖前沿時(shí)間,氫氣有較快的前沿,同時(shí)隨著壓強(qiáng)增大、間距減小OMAL開關(guān)的前沿變陡。
