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高功率重復頻率氣體OMAL歐瑪爾火花開關(guān)
脈沖功率技術(shù)在民用和國防領(lǐng)域有著廣泛的運用，包括產(chǎn)生高功率粒子束、激勵X射線、激勵氣體激光等。在這些運用當中，一個重要發(fā)展方向是實現(xiàn)高功率重復頻率運行以獲得高平均功率，而開關(guān)技術(shù)則是限制其重復頻率的重要因素，因此，研究高功率、大電流、高重復頻率氣體OMAL火花開關(guān)，對提高脈沖功率調(diào)制器的性能具有重要的意義。

高功率重復頻率氣體OMAL歐瑪爾火花開關(guān)
高功率重復頻率氣體開關(guān)存在一個主要的缺點，就是開關(guān)壽命比較低，因此如何提高氣體開關(guān)的壽命是氣體開關(guān)研究的一項重要內(nèi)容。先簡單介紹了氣體OMAL火花開關(guān)的擊穿機理，分析了氣體開關(guān)主要參數(shù)的計算方法。并通過對比兩種大電流氣體OMAL火花開關(guān)結(jié)構(gòu)，對一種開關(guān)外殼為金屬的結(jié)構(gòu)進行了改進，即采用開關(guān)高壓電極和外殼一體化設計，外殼為金屬腔體，低壓電采用金屬擋板，可以從zui大程度上減小開關(guān)工作時對絕緣支撐的污染，提高開關(guān)的壽命；同時運用CST電場分析軟件，對開關(guān)的主要尺寸進行了優(yōu)化設計，并對觸發(fā)電極與主間隙中央的距離進行了分析，得到了觸發(fā)電極與開關(guān)主間隙的*距離；并且運用ANSYS軟件，對開關(guān)的電極冷卻進行了分析，結(jié)果表明，利用外加冷卻液的方式，可以有效對開關(guān)的電極進行冷卻，降低開關(guān)表面電極材料的燒蝕，提高開關(guān)的壽命和重復運行的穩(wěn)定性。同時，根據(jù)實驗室的情況，設計加工了一套高功率重復頻率氣體OMAL火花開關(guān)系統(tǒng)，包括氣體開關(guān)、吹氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)。zui后對所設計的重復頻率氣體開關(guān)進行了各種實驗：自擊穿靜態(tài)實驗，在開關(guān)室內(nèi)充入氮氣，氣壓0.10～0.25MPa時，開關(guān)的自擊穿電壓與開關(guān)氣壓近似為線性關(guān)系，自擊穿電壓范圍為33～45kV;在單次觸發(fā)實驗：當開關(guān)氣壓為0.10、0.15、0.20和0.25MPa時，開關(guān)自擊穿電壓分別為33、37、41和45kV;當觸發(fā)電壓為80kV時，其可控工作電壓范圍分別為25～94%、38～86%、40～88%和44～88%,具有可控工作電壓范圍寬的優(yōu)點。而當開關(guān)工作氣壓為0.25MPa,工作電壓為40kV,欠壓比為88%時，開關(guān)的時延為50ns,抖動為1.28ns,分散性小于3%,工作穩(wěn)定，可用于強流加速器初級儲能系統(tǒng)；重復頻率實驗：開關(guān)在電壓10kV、電流10kA、重復頻率30Hz時，運行穩(wěn)定，波形重疊性好，偏差在5%以內(nèi)；當開關(guān)在電壓20kV、電流20kA、重復頻率10Hz時，開關(guān)波形重疊好，偏差在10%以內(nèi)。經(jīng)過上千次的實驗，對比以往的開關(guān)可以得到，該開關(guān)壽命明顯提高。重復頻率運行是當前脈沖功率技術(shù)主要發(fā)展方向之一。水介質(zhì)脈沖功率調(diào)制器具有儲能密度高，結(jié)構(gòu)緊湊、與低阻抗微波源較好匹配的特點，因此得到廣泛的應用，但是受到高功率、大電流氣體開關(guān)的絕緣恢復的影響，水介質(zhì)等低阻抗脈沖功率調(diào)制器的重復頻率運行或多脈沖運行受到較大的限制。研究高功率大電流自擊穿氣體OMAL火花開關(guān)多脈沖運行特性，對于開展水介質(zhì)脈沖功率調(diào)制器的多脈沖運行，或重復頻率運行研究具有重要的意義。從理論分析、數(shù)值計算等方面研究了氣體OMAL火花開關(guān)的絕緣恢復特性，實驗研究了氣流對OMAL火花開關(guān)恢復速度的影響，其研究結(jié)果為OMAL火花開關(guān)的多脈沖運行奠定了堅實理論基礎。對氣體OMAL火花開關(guān)的擊穿機理，創(chuàng)新的利用擊穿概率分析了粗糙電極對氣體OMAL火花開關(guān)V/p曲線影響的物理機制，給出了利用細小結(jié)構(gòu)構(gòu)造平穩(wěn)V/p（開關(guān)擊穿電壓/氣體壓強）曲線的條件，為實驗中控制和利用該曲線提高氣體OMAL火花開關(guān)的多脈沖運行能力提供了理論基礎。對電極間隙內(nèi)氣體狀態(tài)的恢復，數(shù)值模擬了炙熱氣體的傳導和對流過程，分階段的討論和模擬了帶電粒子的消逝過程，分析了影響電極間隙內(nèi)氣體狀態(tài)恢復的主要因素。結(jié)合理論分析和模擬結(jié)果，提出了氣體OMAL火花開關(guān)多脈沖運行特性可采用如下方法：使用導熱性能好的氣體，如H2、SF6等；采用吹氣的方法；增大氣壓，在電極表面增加細小結(jié)構(gòu)，構(gòu)造平穩(wěn)的V/p曲線；改良開關(guān)電極結(jié)構(gòu)和尺寸，采用奶頭-半球結(jié)構(gòu)的電極；使用電負性強的氣體作為開關(guān)絕緣氣體，如SF6。

高功率重復頻率氣體OMAL歐瑪爾火花開關(guān)
實驗上，進行了自擊穿氣體OMAL火花開關(guān)多脈沖運行特性的研究，對比了不吹氣時和吹氣時OMAL火花開關(guān)的恢復速度。在擊穿電壓400kV,峰值電流30kA,脈寬40ns的工作參數(shù)下，采用吹氣的辦法（氣流速度30m/s），使氣體OMAL火花開關(guān)多脈沖運行間隔達到5ms,實驗結(jié)果與理論估計相符。zui后，介紹了實驗中設計并研制的大功率低電感匹配負載，該負載冷測電阻值5.82?,電感190nH,結(jié)果與理論設計*，該負載具有阻值穩(wěn)定，電感低的特點。