论文摘要
脉冲功率技术起源于上世纪60年代,它将小功率的能量存储起来,经快速压缩和转换,再释放给负载。所以开关是脉冲功率系统的一个重要组成部分,其电气参数和特性将直接影响输出波形的时延、幅值、脉宽等。本文所研究的沿面击穿型高压开关具有自击电压高、通流大、转移电荷能力强、导通时延短且分散性小、等效电感和电阻小、寿命长、体积小等特点。控制这类开关需要陡的脉冲上升沿和较大的触发电流,所以具有良好输出特性的触发系统是精确控制开关导通的必要前提。本文从沿面击穿型开关的触发要求出发,研究了基于闭合磁环脉冲变压器的触发系统。以脉冲变压器的电磁参数理论为基础,通过理论分析、仿真计算和试验研究,分析了变压器副边并联电容时各参数对二次侧电容电压波形的影响,同时为减小漏感,变压器绕组采用同轴结构。设计并制作了高压脉冲变压器,确定了变压器各部分的材料、尺寸、形状和绝缘处理措施。在触发系统的设计上,通过对沿面击穿型高压开关触发方式理论分析,以及实验验证,得出了触发电流对沿面击穿型高压开关的时延和时延抖动的影响。增大触发电流以及电流上升率可有效减小时延和时延抖动。在此基础上,依据开关的触发要求,设计了一套输出性能较好、体积小巧的触发系统。输出脉冲电压10kV、触发电流大于600A,上升时延小于400ns,最后封装在110×275×250mm3的金属箱内,工作寿命达到了20000次以上。该触发系统成功应用于三电极气体开关和真空触发开关中。其中三电极气体开关触发电压在8~10kV,触发电流达600A,时延1~10μs;而真空触发开关中触发电压在1~5kV,触发电流300A,时延1~1.5μs。触发成功率高,寿命长,证实了本触发系统可以较好的满足工程应用的要求。