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沿面击穿型高压开关触发系统的设计与研究

作　者: 南敬
导　师: 林福昌；戴玲
学　校: 华中科技大学
专　业: 电气工程
关键词: 沿面击穿高压开关触发系统脉冲变压器
分类号: TM564
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-18
  1.1 脉冲功率系统  9-10
  1.2 大功率可控开关的发展  10-12
  1.3 触发系统研究现状  12-16
  1.4 脉冲变压器的研究现状  16-17
  1.5 论文的主要工作  17-18
2 沿面击穿型高压开关的工作机理  18-27
  2.1 沿面击穿型高压开关的触发机理  18-20
  2.2 沿面击穿型高压开关的结构和电气性能  20-24
  2.3 初始等离子体的发展  24-26
  2.4 本章小结  26-27
3 脉冲变压器设计  27-53
  3.1 脉冲变压器的基本理论  27-38
  3.2 脉冲变压器设计  38-49
  3.3 脉冲变压器的制作  49-51
  3.4 本章小结  51-53
4 触发系统的设计与应用  53-77
  4.1 触发系统的整体分析  53-64
  4.2 触发系统中关键器件的选型  64-69
  4.3 触发系统工程样机的制作  69
  4.4 触发系统的工程应用  69-75
  4.5 本章小结  75-77
5 全文总结  77-79
致谢  79-80
参考文献  80-83

沿面击穿型高压开关触发系统的设计与研究

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