用于LTD模块的多间隙气体开关设计及实验研究

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直线型变压器驱动器(LTD)技术是Z箍缩驱动器领域的前沿和热点,也是中国工程物理研究院正在开展的Z箍缩驱动聚变裂变混合能源堆(Z-FFR)设计研制的首选技术途径。面向能源的LTD驱动器装置规模庞大,所需气体开关数量高达数十万只,这对开关性能提出了非常严苛的要求:自击穿概率优于10-7,寿命106以上。当前LTD模块所用气体开关的性能指标与能源应用需求还相差甚远,需要进一步改进提升。本文根据国内外LTD气体开关研究现状,在前期LTD模块实验基础上,研制了工作电压±100kV、低抖动、低自击穿概率的多间隙气体开关。从气体放电理论出发,分析了多间隙气体开关的导通机理以及气体开关击穿延时和抖动的影响因素;通过电极材料、电极间隙、电极形状、均压方式和绝缘子的优化设计,使气体开关具有较低的场不均匀系数和较高的场畸变系数,以减小击穿延时和抖动;实验研究了气体开关的电晕电流特性,通过不同结构间隙电晕针的静电场仿真分析,优化了电极间隙结构,提高了各间隙电晕电流的一致性,大幅提升电晕针的均压效果,以降低开关的自击穿概率和改善触发性能;按照LTD模块单支路结构搭建了气体开关实验平台,设计了简单可靠的新型脉冲触发电路,进行气体开关直流自击穿特性和触发特性实验。充电±90kV、工作系数60%时击穿延时40.1ns,抖动1.3ns,以0.1Hz重复频率连续触发500次无自击穿,与原气体开关(工作系数、击穿延时和抖动)相比,性能有很大的提升。
摘要第3-4页
ABSTRACT第4页
第一章 绪论第7-18页
    1.1 研究背景及意义第7-10页
    1.2 LTD开关的国内外研究现状第10-16页
    1.3 本文主要工作第16-18页
第二章 多间隙气体开关工作原理第18-24页
    2.1 气体放电理论第18-21页
        2.1.1 电子崩第18页
        2.1.2 汤森德理论和帕邢定律第18-19页
        2.1.3 流注理论第19-21页
    2.2 多间隙气体开关导通过程第21页
    2.3 气体开关的击穿延时和抖动第21-23页
    本章小结第23-24页
第三章 气体开关结构设计及仿真第24-35页
    3.1 气体开关电极结构第24-31页
        3.1.1 电极材料的选择第24-25页
        3.1.2 气体间隙的设计第25-26页
        3.1.3 电极形状的设计第26-29页
        3.1.4 气体开关均压方式第29-31页
    3.2 气体开关绝缘子结构第31-32页
    3.3 气体开关整体仿真第32-34页
    本章小结第34-35页
第四章 气体开关电晕均压结构优化第35-47页
    4.1 电晕放电第35-36页
    4.2 电晕电流测试第36-39页
    4.3 气体开关间隙结构优化第39-45页
    本章小结第45-47页
第五章 气体开关击穿特性实验第47-60页
    5.1 气体开关实验平台第47-48页
    5.2 自击穿特性实验第48-50页
    5.3 触发特性实验第50-59页
        5.3.1 触发电路设计第50-53页
        5.3.2 触发特性实验第53-59页
    本章小结第59-60页
第六章 总结与展望第60-62页
    6.1 全文总结第60页
    6.2 展望第60-62页
致谢第62-63页
参考文献第63-67页
附录第67页
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