多通道自击穿水开关测试方法研究(3)

在西北核技术研究所的“闪光-Ⅱ”装置上进行了水介质多针自击穿开关实验研究,该开关由2个或4个开关间隙、1个预脉冲屏蔽板及其支撑结构组成。给出了实验研究所使用的测试方法及波形分析方法(两个判据)。开关输入预脉冲较大时,可以认为开关输出波形的预脉冲作用时间就是开关的

1746强激光与粒子束第17卷电压波形经过时间标尺移动后,以预脉冲作用的起点为基点,将这些波形的基点重合,测量预脉冲作用的终点时刻,可以得到该状态下每个开关间隙的击穿时间分散性,即间隙抖动,如图7所示。图7给出10发相同实验状态下一个开关间隙的击穿时刻的时间差,其极差约为6n。s

Fi.5 Delaimeofagagytp

图5 一个间隙的击穿延迟时间Fi.6 Simultaneititterofgasinaswitchgyjp图6 开关间隙之间的击穿同步分散性

Fi.7 Jitterofthesamegagp

图7 同一个开关间隙的击穿分散性Fi.8 Testedwaveformsofdischareofagaggp图8 间隙的放电信号测试波形

美国圣地亚实验室的研究人员使用水开关输出电流的预脉冲起点作为水开关的充电初始点来计算分散性

3]。与本实验研究所不同的是,他们选取水开关输出电流约为2认为和延迟时间[00kA时刻为开关导通时刻,

此时开关完全闭合,而我们认为应该是预脉冲作用终点稍微靠后的时刻为开关导通时刻。由于闭合过程非常快,也可以认为预脉冲电流(或预脉冲电压)的终点时刻,即主脉冲电流的起点为水开关导通时刻,这可以用实验证明。我们对二间隙结构开关的每个间隙的输入、输出电压和输出电流进行了测试,其中间隙的导通电流用自积分R输出电压和放电电流及其d/oowski线圈和微分线圈测试。图8给出一个开关间隙的输入、dIt信g

/在输出电压预脉冲号,图中信号的时间标尺相同。可以看出,在预脉冲作用终点前ddIt信号幅度达到最大,

/而输出作用终点时刻,水开关间隙输入电压达到最大。可以认为ddIt信号达到最大的时刻为流柱产生时刻,

电压预脉冲作用终点时刻为间隙完全导通即通道的导通电阻为最小的时刻。

3 利用开关间隙的电流微分信号判断间隙自击穿状态

/出现了两种d/使用了微分线圈测试了每个放电通道的dddIt信号。在波形分析中发现,It信 在实验中,

/有较大幅值,另一种是其前沿上升缓慢,如图9所示。前者定义为正常放电号,一种是ddIt的前沿快速上升,

状态,后者为非正常放电状态。开关间隙在较高电压下将自击穿导通放电,其d/其dIt信号有明显的跳变点,

因此可以利用最大值处对应开关间隙输入电压的下降点,它对应间隙输入电压的最大值,即自击穿电压VB,

/放电实验波形如图9()所示。如果开关间隙提前导通,间隙ddaIt信号作为开关间隙自击穿电压的判定依据,

在较低的场强下产生击穿,其输出电流变化幅度较小,放电实验波形见图9(。由于间隙提前导通与否其间b)

/因此可以使用d/隙放电的dddIt信号显著不同,It信号作为间隙是否正常放电的依据。

/在实验中发现,无论是二间隙结构的开关还是四间隙结构dIt信号作为判断间隙的导通状态的依据, 以d

的开关,都出现过在同一发实验中有的间隙击穿状况较好而有的间隙提前导通的情况。图10以二间隙结构开关为例,给出一个间隙提前导通的情形,见图1(),和两个间隙都提前导通的情况,见图1。通过测试发0a0(b)