真空觸發(fā)開關(guān)的起弧穩(wěn)定性實驗
起弧不穩(wěn)定
脈沖成形電容C1的放電,經(jīng)過脈沖變壓器T2后,輸出一個電壓峰值很高但電流非常小的觸發(fā)脈沖。觸發(fā)電流主要靠續(xù)流電容C2 提供。減小續(xù)流電容C2 的充電電壓,實質(zhì)上是減小了觸發(fā)電流。當(dāng)觸發(fā)電流較小時,TVS 觸發(fā)的電氣特性如圖4 和圖5。波形采自觸發(fā)極和主陰極之間的電壓。UC2= 0 ,即沒有續(xù)流,觸發(fā)極上主要是電子發(fā)射電流,由場強擊穿原理可知,這個電流靠表面微小突起維持,電流值很小。觀察圖4 ,當(dāng)負高壓脈沖到來之時觸發(fā)極出現(xiàn)間斷性5 次擊穿(即波形接地) ,但最終未能建立穩(wěn)定的等離子體通道,5 次擊穿后觸發(fā)極上呈現(xiàn)空載脈沖波形。
圖4 UC2= 0 時觸發(fā)極脈沖波形
當(dāng)UC2= 80V ,放電后電容上剩殘壓50V 左右,增大了觸發(fā)電流,實驗測得間隙被觸發(fā)時的回路電阻大約012Ω ,估算觸發(fā)電流為150A。從圖5 可以看到觸發(fā)極上連續(xù)5 次擊穿,最后才產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子體通道,使得觸發(fā)極接地。圖5 所示過程很不穩(wěn)定,在兩次擊穿到十多次擊穿之間,相應(yīng)的擊穿延時也就在50μs 到400μs 之間。這樣的實驗結(jié)果,很大程度上影響了TVS的使用。
圖5 UC2= 80V 時觸發(fā)極脈沖波形
圖6 是在UC2= 0 的情況下,采用高速攝影機MotionProX4 拍攝的觸發(fā)極起弧情況,具體的拍攝位置以及拍攝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖7。
圖6 UC2= 0 時初始等離子體發(fā)展情況
圖7 電弧拍攝位置及其系統(tǒng)構(gòu)成
初始等離子體經(jīng)歷了一個產(chǎn)生、發(fā)展到消亡的過程,實質(zhì)上記錄了觸發(fā)針局部的發(fā)熱、融化和蒸發(fā)金屬蒸汽的過程。因其發(fā)展只局限于觸發(fā)極,并沒有引起主間隙的導(dǎo)通,真正的電弧也沒有產(chǎn)生,所以拍攝到的形狀僅是些小的亮點。拍攝的采樣頻率是30kHz ,即每張圖片之間間隔時間33μs ,由此可估算觸發(fā)極初始等離子體的發(fā)展持續(xù)了297μs 左右。圖4 中觀察觸發(fā)極5 次擊穿持續(xù)的時間,到最后一個尖峰共320μs ,之后的就是脈沖變壓器的空載震蕩波形了。這兩個時間基本相吻合。
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