磁场调控下激光触发真空开关开断特性研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhut2009
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激光触发真空开关(Laser Triggered Vacuum Switch,LTVS)是一种新型闭合开关。LTVS具有触发时延短、抖动时间短、介质恢复迅速、使用寿命长等一系列优点。试验发现,LTVS在高重复频率工作条件下的开断能力较弱。本文通过外加纵磁的方法调控LTVS真空间隙内的混合等离子体,探究提升LTVS在高重复频率条件下的开断能力。本文介绍了LTVS和磁场调控的国内外研究现状。发现使LTVS触发时延短、抖动时间短的靶材会减弱LTVS的开断能力;磁场调控可以改变真空开关的电弧形态。通过分析磁场对LTVS混合等离子体的作用规律,证明了磁场调控LTVS开断能力的可行性。通过Solidworks建立杯状纵磁电极和Helmholtz线圈的三维模型,使用Ansoft Maxwell进行电磁场仿真,得到杯状纵磁电极在不同工作频率条件下的电磁场分布以及Helmholtz线圈磁场分布规律。设计了外加磁场装置和调整外加磁场施加时刻的时序调控系统。外加磁场装置由Helmholtz线圈、LTVS和电容器等组成。作为脉冲磁场装置的闭合开关,LTVS能够精准控制脉冲磁场施加时刻且工作可靠、性能稳定。时序控制系统中,使用国产STC单片机作为控制核心,采用异步通信进行上位机对下位机的控制,编写程序使下位机控制两台激光器之间的工作时延,达到脉冲磁场施加时刻连续可调的目的。基于可拆卸真空腔体搭建LTVS的磁场调控试验平台,改变外加纵磁的施加时刻、方向和大小,对不同工作极性和工作频率的LTVS进行调控。基于试验结果,对比不同参数下LTVS开断能力变化,分析各个参数变化对LTVS开断能力的影响规律。结果表明:正极性LTVS外加反向纵磁的情况下,在电流即将过零时施加磁场对LTVS开断能力提升最为明显;负极性LTVS外加正向纵磁的情况下,在电流即将过零时施加磁场对LTVS开断能力提升较为明显,但提升幅度低于正极性工作的LTVS。对于半波周期为128μs的LTVS,固定磁场施加时刻为电流过零前10μs,随着反向纵磁增强LTVS开断能力随之提升。
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