真空触发开关的起弧稳定性实验(1)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)大连理工大学电气工程与应用电子技术系 作者:周正阳

起弧不稳定

          脉冲成形电容C1的放电,经过脉冲变压器T2后,输出一个电压峰值很高但电流非常小的触发脉冲。触发电流主要靠续流电容C2 提供。减小续流电容C2 的充电电压,实质上是减小了触发电流。当触发电流较小时,TVS 触发的电气特性如图4 和图5。波形采自触发极和主阴极之间的电压。UC2= 0 ,即没有续流,触发极上主要是电子发射电流,由场强击穿原理可知,这个电流靠表面微小突起维持,电流值很小。观察图4 ,当负高压脉冲到来之时触发极出现间断性5 次击穿(即波形接地) ,但最终未能建立稳定的等离子体通道,5 次击穿后触发极上呈现空载脉冲波形。

 UC2= 80V 时触发极脉冲波形

图4  UC2= 0 时触发极脉冲波形

         当UC2= 80V ,放电后电容上剩残压50V 左右,增大了触发电流,实验测得间隙被触发时的回路电阻大约012Ω ,估算触发电流为150A。从图5 可以看到触发极上连续5 次击穿,最后才产生稳定的等离子体通道,使得触发极接地。图5 所示过程很不稳定,在两次击穿到十多次击穿之间,相应的击穿延时也就在50μs 到400μs 之间。这样的实验结果,很大程度上影响了TVS的使用。

 UC2= 0 时初始等离子体发展情况

图5  UC2= 80V 时触发极脉冲波形

          图6 是在UC2= 0 的情况下,采用高速摄影机MotionProX4 拍摄的触发极起弧情况,具体的拍摄位置以及拍摄系统结构见图7。

 电弧拍摄位置及其系统构成

图6  UC2= 0 时初始等离子体发展情况

 UC2= 150V 时触发极脉冲波形

图7  电弧拍摄位置及其系统构成

          初始等离子体经历了一个产生、发展到消亡的过程,实质上记录了触发针局部的发热、融化和蒸发金属蒸汽的过程。因其发展只局限于触发极,并没有引起主间隙的导通,真正的电弧也没有产生,所以拍摄到的形状仅是些小的亮点。拍摄的采样频率是30kHz ,即每张图片之间间隔时间33μs ,由此可估算触发极初始等离子体的发展持续了297μs 左右。图4 中观察触发极5 次击穿持续的时间,到最后一个尖峰共320μs ,之后的就是脉冲变压器的空载震荡波形了。这两个时间基本相吻合。

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