真空觸發開關的起弧穩定性實驗
起弧不穩定
脈沖成形電容C1的放電,經過脈沖變壓器T2后,輸出一個電壓峰值很高但電流非常小的觸發脈沖。觸發電流主要靠續流電容C2 提供。減小續流電容C2 的充電電壓,實質上是減小了觸發電流。當觸發電流較小時,TVS 觸發的電氣特性如圖4 和圖5。波形采自觸發極和主陰極之間的電壓。UC2= 0 ,即沒有續流,觸發極上主要是電子發射電流,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 ,當負高壓脈沖到來之時觸發極出現間斷性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 次擊穿后觸發極上呈現空載脈沖波形。
圖4 UC2= 0 時觸發極脈沖波形
當UC2= 80V ,放電后電容上剩殘壓50V 左右,增大了觸發電流,實驗測得間隙被觸發時的回路電阻大約012Ω ,估算觸發電流為150A。從圖5 可以看到觸發極上連續5 次擊穿,最后才產生穩定的等離子體通道,使得觸發極接地。圖5 所示過程很不穩定,在兩次擊穿到十多次擊穿之間,相應的擊穿延時也就在50μs 到400μs 之間。這樣的實驗結果,很大程度上影響了TVS的使用。
圖5 UC2= 80V 時觸發極脈沖波形
圖6 是在UC2= 0 的情況下,采用高速攝影機MotionProX4 拍攝的觸發極起弧情況,具體的拍攝位置以及拍攝系統結構見圖7。
圖6 UC2= 0 時初始等離子體發展情況
圖7 電弧拍攝位置及其系統構成
初始等離子體經歷了一個產生、發展到消亡的過程,實質上記錄了觸發針局部的發熱、融化和蒸發金屬蒸汽的過程。因其發展只局限于觸發極,并沒有引起主間隙的導通,真正的電弧也沒有產生,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 ,由此可估算觸發極初始等離子體的發展持續了297μs 左右。圖4 中觀察觸發極5 次擊穿持續的時間,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。
相關文章閱讀：
