真空觸發(fā)開(kāi)關(guān)的起弧穩定性實(shí)驗
起弧不穩定
脈沖成形電容C1的放電,經(jīng)過(guò)脈沖變壓器T2后,輸出一個(gè)電壓峰值很高但電流非常小的觸發(fā)脈沖。觸發(fā)電流主要靠續流電容C2 提供。減小續流電容C2 的充電電壓,實(shí)質(zhì)上是減小了觸發(fā)電流。當觸發(fā)電流較小時(shí),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(méi)有續流,觸發(fā)極上主要是電子發(fā)射電流,由場(chǎng)強擊穿原理可知,這個(gè)電流靠表面微小突起維持,電流值很小。觀(guān)察圖4 ,當負高壓脈沖到來(lái)之時(shí)觸發(fā)極出現間斷性5 次擊穿(即波形接地) ,但最終未能建立穩定的等離子體通道,5 次擊穿后觸發(fā)極上呈現空載脈沖波形。
圖4 UC2= 0 時(shí)觸發(fā)極脈沖波形
當UC2= 80V ,放電后電容上剩殘壓50V 左右,增大了觸發(fā)電流,實(shí)驗測得間隙被觸發(fā)時(shí)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5 次擊穿,最后才產(chǎn)生穩定的等離子體通道,使得觸發(fā)極接地。圖5 所示過(guò)程很不穩定,在兩次擊穿到十多次擊穿之間,相應的擊穿延時(shí)也就在50μs 到400μs 之間。這樣的實(shí)驗結果,很大程度上影響了TVS的使用。
圖5 UC2= 80V 時(shí)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結構見(jiàn)圖7。
圖6 UC2= 0 時(shí)初始等離子體發(fā)展情況
圖7 電弧拍攝位置及其系統構成
初始等離子體經(jīng)歷了一個(gè)產(chǎn)生、發(fā)展到消亡的過(guò)程,實(shí)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(guò)程。因其發(fā)展只局限于觸發(fā)極,并沒(méi)有引起主間隙的導通,真正的電弧也沒(méi)有產(chǎn)生,所以拍攝到的形狀僅是些小的亮點(diǎn)。拍攝的采樣頻率是30kHz ,即每張圖片之間間隔時(shí)間33μs ,由此可估算觸發(fā)極初始等離子體的發(fā)展持續了297μs 左右。圖4 中觀(guān)察觸發(fā)極5 次擊穿持續的時(shí)間,到最后一個(gè)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(gè)時(shí)間基本相吻合。
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