多棒极型触发真空开关电弧运动及电气特性研究

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触发真空开关(Triggered Vacuum Switch,TVS)是一种可控性良好的大功率闭合开关器件。平板电极结构的TVS在通流较大时,不可避免的存在真空电弧在阳极集聚的现象,因而限制了其向更大通流能力的发展。多棒极型TVS的电极结构由多对棒状电极相互交错排列形成多个间隙,实现了电弧的多通道发展,避免了主电弧的集聚,从而具备更大的通流能力。本文研究了多棒极TVS在大电流下的电气特性和电弧运动机理,探索了其在工频电压下的工作特性。  首先,研究了多棒极TVS在大电流下的通流能力、耐压能力和寿命等电气特性,并采用了场发射扫描电镜(SEM)研究了TVS电极在通流中的烧蚀情况,同时采用有限元方法对不同电极表面状况下的静电场进行计算分析,计算结果表明随着开关通流次数的增多,电极表面的电场畸变倍数逐渐收敛,但是平均电场强度逐渐增加。  其次,在电弧运动规律方面,采用CMOS高速摄像系统对多棒极型TVS中电弧的发展过程进行观测,研究发现在多棒极TVS开关燃弧过程中,电弧既有快速运动的时刻,也会有停滞的时刻。其中速度最快可以达到104m/s数量级,远大于平板TVS中电弧运动的速度。  最后,研究了单只TVS在负极性电压下的触发状况和两只多棒极TVS反并联在工频电压下的工作特性。发现单只TVS在负极性电压下,始终无法100%稳定触发。而在工频电压下,采用两只TVS发并联的方式,就可以保证无论在何种电压极性下至少会有一只TVS导通。
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