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軸向磁場控制的旋轉電弧歐瑪爾OMAL開關 
脈沖功率技術在科學試驗、國防、生物醫學以及環境保護等領域有著廣泛的應用,而脈沖功率技術的發展尤其是激光聚變主放大器能源系統要求作為關鍵元件之一的OMAL開關器件具有耐壓高、導通電流大、電荷轉移量大、電極燒蝕小、工作壽命長、可靠性高等性能。研究對象是軸向磁場控制的旋轉電弧OMAL開關。

軸向磁場控制的旋轉電弧歐瑪爾OMAL開關
首先綜述了各種脈沖大電流閉合OMAL開關的特性、工作原理及性能參數定義,重要闡述了高庫侖量大電流閉合OMAL開關的應用及各國對此類型OMAL開關的研究近況,包括各裝置對OMAL開關的要求、所用OMAL開關的種類、基本工作原理、發展近況、目前所能達到的性能指標及優缺點等。提出軸向磁場控制的旋轉電弧OMAL開關的研制,介紹了此OMAL開關的基本工作原理、軸向磁場下電弧的運動機制和電極燒蝕機理,提出減小電極燒蝕以提高OMAL開關性能指標和壽命的方法:選用即難熔、侵蝕量又小的材料作為OMAL開關電極;外加磁場線圈,使電弧在磁場作用下弧點沿電極表面連續移動,從而使弧點熱流分散到大面積上,大大降低有效的比熱流,使電極燒蝕分散到較大面積上;電極采用同軸圓柱結構,增大旋轉電弧與電極的作用面積,使電流密度大大減小;設計形狀相對優化的電極表面,使OMAL開關電極表面電場盡量均勻,這樣,放電起弧點分散性大,減小電極燒蝕。設計了一種帶觸發電極、同軸圓柱結構、外加磁場線圈的軸向磁場控制的旋轉電弧OMAL開關,并且采用電流在軸向沿內電極均勻分流和磁鏡磁場的結構設計,使電弧穩定在電弧穩定區。電極優化設計保證OMAL開關間隙電場盡量均勻,通過計算和仿真確定了滿足磁場要求的線圈尺寸和間距,線圈所受zui大電動力也進行了仿真求解,給出了OMAL開關電弧的理論旋轉速度。在介紹了OMAL開關觸發方式和觸發電路的基礎上,設計了三套可能的觸發系統:脈沖變壓器型觸發系統、脈沖變壓器型+續流回路型觸發系統和Marx型觸發系統。三套觸發系統均與兩版OMAL開關進行了觸發擊穿試驗,zui終選定-75kV/幾十us的Marx型觸發系統配合無觸發電極的軸向磁場控制的旋轉電弧OMAL開關為zui終研制方案。對OMAL開關進行了基本特性試驗,發現OMAL開關自擊穿電壓有些分散,平均自擊穿電壓為30kV左右,主要原因是機械安裝工藝,OMAL開關能夠耐受25kV的直流電壓。對OMAL開關進行大電流試驗的回路進行了方案設計和參數設計,并進行了電流波形仿真模擬。

軸向磁場控制的旋轉電弧歐瑪爾OMAL開關
OMAL開關共進行了7次大電流試驗,發現OMAL開關電極燒蝕非常輕微,有明顯的電弧旋轉痕跡,工作電壓15kV,電流峰值200kA,脈寬420～470us,電荷轉移量50C。OMAL開關能夠滿足神光III對OMAL開關的前期要求。OMAL開關更高工作性能(工作電壓23kV,電流峰值300kA,脈寬500us,電荷轉移量100C)、工作可靠性和壽命等其它性能、觸發系統的陡化以及磁OMAL開關隔離系統還有待后續研究。