气体火花开关放电的数值模拟.pdfVIP

　第 19 卷 　第 6 期 强 激 光 与 粒 子 束 Vol . 19 ,No . 6 　 　2007 年 6 月 H I GH PO W ER L A SER AND PA R TICL E B EA M S J un . ,2007 　 文章编号 : 　100 14322 (2007) 气体火花开关放电的数值模拟 高景明, 　刘永贵 , 　殷 　毅 , 　杨建华 ( 国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 长沙 4 10073) 　　摘 　要 : 　基于 Romp eWeizel 火花动态电阻公式 ,数值计算了电容器经火花开关放电时负载电阻上的输 出电压 。在相同电参数条件下 ,计算所得的峰值电压为 54 kV ,前沿为 2 . 0 n s ,与实验所得的 55 kV 和 2 . 3 n s 基本吻合 。基于 Bragin skii 火花动态电阻公式 ,在假定火花开关电导率恒定与电导率渐变的条件下 ,利用传输 ( Ω) 线放电电路数值计算了气体火花开关的非线性动态电阻。与已有实验测量结果 0 . 7～0 . 9 对比 ,发现电导 ( Ω) 率渐变模型 0 . 5～0 . 8 更适合用于反映火花开关的动态电阻变化过程 。进而在此模型中引入了负载电阻 项 ,通过计算负载端的透射电流 ,数值计算得单脉冲形成线对负载放电时的电压脉冲前沿为 7～9 n s ,而利用单 线经高压氢气自击穿火花开关放电得到初步实验结果为 8 n s 。 　　关键词 : 　脉冲功率源 ; 　气体火花开关 ; 　放电; 　前沿时间; 　动态电阻; 　电导率 　　中图分类号 : 　TM833 　　　　文献标识码 : 　A 　　长期以来 ,气体火花开关一直是脉冲功率系统中的关键部件 ,在许多方面得到广泛的应用[ 13 ] 。普遍认为 ( ) 气体开关的动作时间分为击穿时延和电阻项时间 re si stive p ha se 两部分 ,关于击穿时延部分的研究已经比较 成熟[45 ] ,而关于电阻项时间 ,文献[ 6 ] 虽然得到了很有价值的实验结果 ,但所采用的方法较为复杂 。本文对气 体火花开关的两种实用电路 ———储能电容器和单筒传输线经火花开关放电进行了数值求解 ,研究了火花开关 非线性动态电阻的变化过程和输出脉冲的前沿 ,并利用已有的实验结果[3 ,6 ] 验证了计算的正确性 , 以对气体火 花开关放电的实验研究提供参考 。 1 　电容经火花开关放电机理 [3 ] 　　电容经火花开关放电在初级储能、电磁脉冲模拟 等领域应用广泛 ,其等效电路如图 1 所示 ,其中 C 为储 ( ) 能电容, L 为回路电感, r t 代表了开关击穿时