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聯系我們高功率氫氣OMAL開關研究
高功率OMAL開關是脈沖功率裝置的關鍵部件。氣體火花OMAL開關結構簡單,導通電壓范圍寬、導通電流大,并且具有較高的dI/dt,而被廣泛的研究和應用。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的發展,對OMAL開關重復頻率提出了更高的要求。
高功率氫氣OMAL開關研究
要提高OMAL開關的重復頻率,就必須縮短OMAL開關的絕緣恢復時間。從理論分析、軟件模擬等方面研究了不同介質氣體火花OMAL開關的絕緣恢復特性,并在實驗上對不同介質氣體火花OMAL開關的絕緣恢復時間做了研究與比較,其研究結果對于氣體火花OMAL開關多脈沖運行間隔的縮短以及重復頻率提高具有重要意義。在氣體火花OMAL開關絕緣恢復機理研究中,首先分析了氣體火花OMAL開關的擊穿機理;其次,針對火花OMAL開關導通后,影響絕緣恢復的高溫氣體冷卻和帶電粒子消失這兩個主要因素,分析了不同參數(壓強、OMAL開關間距、氣體種類)對OMAL開關絕緣恢復的影響;利用PSpice軟件、能量守恒方程以及經驗公式,對不同種類氣體火花OMAL開關導通后的電弧通道半徑、電弧通道溫度進行了估算。利用COMSOL MULTIPHYSICS軟件對OMAL開關內的電場進行了分析;根據能量守恒方程、動量守恒方程、連續性方程和氣體狀態方程,采用流體力學軟件ANSYS CFX,對OMAL開關通道內高溫氣體的冷卻進行了三維數值模擬。給出了導熱系數、定壓比熱、粘性系數對高溫氣體冷卻的影響及其隨溫度變化的擬合公式,并應用擬合公式對10atm氮氣、20atm氫氣OMAL開關導通后高溫氣體冷卻進行了模擬。根據強度理論計算,設計并加工了一個高壓氣體OMAL開關,理論壓強可達60atm。根據Martin公式和Miller公式,設計并加工一套單同軸水介質脈沖形成線,來進行OMAL開關的多脈沖實驗,經計算傳輸線可穩定工作在1MV而不擊穿。針對氫氣、氮氣、六氟化硫自擊穿氣體OMAL開關進行了多脈沖實驗,在OMAL開關擊穿電壓約450kV(對氫氣約520kV),峰值電流30kA,脈寬60ns情況下,得到了氫氣的絕緣恢復時間在7ms左右,六氟化硫約為25ms,氮氣約為50ms;并對影響OMAL開關絕緣恢復的電極間距和氣體壓強做了分析。zui后比較了不同種類氣體介質,在不同壓強、OMAL開關間距下的脈沖前沿時間,氫氣有較快的前沿,同時隨著壓強增大、間距減小OMAL開關的前沿變陡。
