有关开关的基本概念..docVIP

总括起来，开关主要有以下几种： 闸流管、火花气体开关、激光触发开关、真空开关、爆炸断路开关、等离子体压缩断路开关、熔丝、金属箔熔片、低压反射开关、利用栅极控制等离子体的大功率断路开关、等离子体融蚀开关、反箍缩等离子体开关、磁开关、光导半导体开关、表面放电开关等。 脉冲大电流开关性能的主要技术参数可以用以下一组参数来描述[17]： （1）最小触发电压Ut(min)：能保证开关主间隙可靠导通的所加触发电压不得低于 此电压； （2）静态自击穿电压Us：在没有任何触发手段的情况下，开关间隙所能承受的最 高电压； （3）最大工作电压：为了获得可靠运行，开关主电极的最大工作电压，约为静态 自击穿电压的80％； （4）最小工作电压：开关可靠运行的最小工作电压，约为最大工作电压的1/3； （5）工作范围：开关最大与最小工作电压之间的范围； （6）击穿时延td：从触发电压加到触发电极瞬间起到开关完全导通的时间； （7）击穿时延的分散性：在相同条件下td的变化范围，亦称开关抖动； （8）峰值电流；开关设计者规定的开关允许通过的额定电流，电流超过峰值电流 值，将会危及开关正常工作； （9）恢复时间：开关脉冲电流结束到开关绝缘恢复的时间； （10）寿命：开关运行的总次数； （11）重复频率（对重复频率脉冲功率技术开关而言）：开关一秒钟内能够可靠地 闭合（或关断）而性能不下降的次数； （12）正向压降：开关在导通情况下的电压； （13）di /dt：在保证开关装置不被毁坏的条件下，开关允许通过电流的上升速率； （14）du/dt：开关导通后不会引起开关再次动作的外加电压的上升速率。 。 不同的气体火花开关的比较： 1.三电极触发气体火花间隙开关 三电极触发气体火花开关的基本原理如图2.12所示，电极1和2为主电极，主电极之间的间隙为主间隙，开关的电压就加在这对主电极上，电极3为触发电极。在开关放电前，电极3上没有加电压，当触发脉冲电压加到电极3后，开关在触发电压的作用下才击穿。目前所有的高电压开关（兆伏级）都是三电极触发气体开关。 2.轨道型气体火花隙开关 在大电流脉冲装置中，如果利用单通道开关并联放电的分流作用来提高开关的通流能力，则需要复杂的同步技术，而在单个开关元件中实现多弧道放电时，则开关中的能量损失较小，有利于增大开关的通流能力和开关击穿后介质的快速恢复，使开关能够在高重复频率下运行。轨道型气体火花开关在满足一定的触发条件下，可形成多个火花通道。图2.13为典型轨道开关示意图，开关电极的几何形状如同轨道一样，刀刃状触发电极、阴极和阳极三者互相平行，轨道间隙和触发电极位置可以调整。当高压脉冲迅速加到刀刃电极上时，瞬时产生了很大的电场畸变，从而导致多通道引燃，因此此开关实质为场畸变型开关。轨道开关也有采用激光触发的，此外在直线型轨道开关基础上还发展了一种环形轨道开关，其工作原理与直线型轨道开关是一样的，仅是将主电极做成环形轨道。由于轨道型气体火花开关击穿时可 形成多个火花通道，大大减低了通过间隙的电流密度和一次次放电的随机分布，减小了开关电极的烧蚀。降低了开关的分布电感，提高了气体火花开关的使用寿命。目前查到的轨道开关的通流能力及隔断电压分别达到500kA及100kV，抖动时间小于100ps，开关电感只有几个纳亨。 3.运用吹气技术的高重复频率气体火花开关 为了满足重复频率脉冲功率技术发展的要求，在气体火花开关中采用了吹气技术，即在开关电极间吹气，带走电极之间的导电电荷，加速开关绝缘强度的恢复速度，从而提高开关的工作频率。图2.14是中物院应用电子学研究所常安碧等在研制500kV调制型加速器的工作中设计的空心阴极吹气开关的结构[48]。其设计参数为： 工作电压范围50-100kV； 最大脉冲电流100kA； 电荷传递量0.15-0.3C/pulse； 间距1.2-1.7cm可调； 气压种类及压力0.25-0.35MPa（表压）氮气； 气体流量Q≈25-35L/s32（标准状态）； 电极尺寸最大直径φ50mm-φ70mm，顶部球半径SR=50mm，高度H=50mm。在此基础上研究出了不同结构的开关。 重复频率开关的需求越来越大，为了提高火花开关的重复工作频率，人们一般采用均匀电场、吹气技术和提高工作气压等方法来达到目的，普遍认为重复频率气体火花开关必须满足以下要求： （1）极间电场应尽可能大面积均匀分布； （2）电极间气体流动不存在“死区”； （3）气体流向要有利于带电粒子尽快恢复； （4）选择使开关工作稳定、寿命长的电极材料； （5）选择介电强度恢复速度快且无污染和危险的气体介质。 4.多级多通道气体火花开关 近年来，对气体火花开关的性能提出了更高的要求，希望开关具有超低电感、超低分散性和极大