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OMAL歐瑪爾多開關TLT脈沖等離子體源
高功率納秒脈沖技術中常使用氣體開關,并需要OMAL歐瑪爾多開關串聯或是并聯來分別提高電壓和電流等級。經典的Marx發生器可實現OMAL歐瑪爾多開關串聯下的過壓自同步,而OMAL歐瑪爾多開關并聯的電路,則通常需要外置觸發進行同步。基于TLT(Transmission Line Transformer)的OMAL歐瑪爾多開關脈沖發生技術,是一種可以實現開關自動過壓同步,并且可以并聯匯流輸出的新技術,非常適合于高重復頻率、長時間運行的工業應用。

OMAL歐瑪爾多開關TLT脈沖等離子體源
同時TLT同等離子體反應器之間良好的匹配和能量轉換效率,在等離子體廢氣、廢水處理等環境應用中,展現了良好的前景。基于該技術原理,開展了一套GW級OMAL多開關TLT脈沖等離子體源成套設備的研制工作,系統主要包含20開關20級TLT脈沖源、多繞組諧振充電變壓器、D-I(Differential-Integral)納秒脈沖高壓探頭,分別從原理分析、設計過程及實驗結果三方面對各裝置進行了論述,并開展了脈沖源的水處理應用研究,主要研究內容和結論如下：脈沖源采用20開關20級TLT,單級由5.6nF儲能電容、3電極火花開關和5根同軸電纜組成的TLT構成,電容、開關、TLT輸入端全部集成到一個緊湊的開關單元,以減小雜散電感而提高輸出特性。*實現了20個火花開關的有效自動同步,同步時間為數十ns。單級采用串聯輸出到匹配電阻時,可得到20路倍壓的同步脈沖輸出,脈沖上升時間約15ns,脈寬約70ns,峰值電壓可達200kV,不同級之間輸出的脈沖前沿時差小于2ns。基于TLT的二次阻抗模型,建立了一套開關同步過程中過壓分布的數值計算方法,并適用于任意開關個數的TLT電路。分析結果顯示當某級開關導通后,該級電容產生的過壓主要分布在尚未導通的兩個鄰級上,意味著即便在開關數量較多的條件下,*開關的導通亦可有效觸發相鄰開關,并進一步引發連鎖反應,完成所有開關的同步。D-I系統中常將微分端整合于被測點中,則采取了獨立的探頭式設計,微分端和積分端均采用了緊湊的同軸結構。探頭的電壓測量范圍可達200kV以上,95%精度下的帶寬為49.5kHz-40.6MHz,不同探頭之間*性優異。諧振變壓器采用4鐵芯8對繞組的設計,所有8個原邊串聯保證了注入每個繞組或是鐵芯的能量相等,所有8個副邊并聯使得電流可以均分到8個整流硅堆,設計單次zui大能量300J。該設計解決常規單鐵芯變壓器在大能量諧振充電時,鐵芯體積需求過大和整流硅堆電流負荷過大的問題。理論分析表明多個鐵芯之間磁導率的個體差異,對變壓器的均流特性不產生影響,實測8個副邊的單路電流同總電流比值zui小為11.7%,zui大為13%,均流效果良好,變壓器的能量轉換效率約為94%。

OMAL歐瑪爾多開關TLT脈沖等離子體源
采用4開關TLT脈沖源和沿面放電等離子體反應器進行了水處理的應用研究,兩者之間的能量效率在63-73%之間,隨電壓的升高和儲能電容的減小而降低。靛藍二磺酸鈉的脫色處理中,系統整體脫色能效在1.60-2.06g/kWh之間,單次能量2J左右時zui高。典型工作參數下,液相中過氧化氫的產率為1.02g/kWh,大腸桿菌則可在6J/mL能量密度下實現5.6個對數的滅活。