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《极不均匀电场下重复频率纳秒脉冲气体击穿实验研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第18卷第6期强激光与粒子束Vol.18,No.62006年6月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSJun.,2006文章编号:1001-4322(2006)06-1031-06极不均匀电场下重复频率纳秒脉冲气体击穿实验研究*邵涛1,2,孙广生1,严萍1,张适昌1(1.中国科学院电工研究所,北京100080;2.中国科学院研究生院,北京100039)摘要:实验研究了尖-板电极中,不同重复频率(10,100,500,1000Hz)、不同间隙(0.5,1cm),不同气压(0.1～0.4MPa)等条件下空气的绝缘特性。得到了击穿时延、重复频率耐受时
2、间、施加脉冲个数等与施加电压、重复频率的关系。研究发现:在该实验条件下击穿时延随着场强与气压的比值减小而增加,但重频耐受时间和脉冲击穿个数并没有明显变化;随着重复频率的提高,击穿时延和重频耐受时间会减小,但脉冲击穿个数可能会增加;且重复频率条件下击穿的极性效应不明显;重复施加的脉冲产生大量的亚稳态粒子和残余电荷影响放电的发展过程;负离子的脱负或正离子碰撞阴极的过程,及亚稳态粒子的去激励作用给击穿提供了有效初始电子。关键词:气体击穿;纳秒脉冲;尖-板电极;重复频率;极性效应中图分类号:TM85文献标识码:A电介质在极端条件下的绝缘特性研究越来越受到关注。ns级脉冲高压
3、下绝缘介质的击穿特性和放电机[1]理均与通常的直流、交流及毫秒、微秒脉冲下的击穿有所不同,随着重复频率(重频)脉冲功率技术的应用越来越广泛,高压纳秒脉冲作用下的绝缘特性研究也引起了重视。与传统的气体击穿现象研究相比,ns级脉冲下的击穿研究不多,而且相关文献多是在单次脉冲下的实验[1]结果。一般采用平板电极或球状电极来模拟均匀场,对极不均匀场(如尖-板电极)下的研究更少。最早Nesterikhin等报道了常压下、mm级尖-板空气间隙在ns级负极性脉冲高压下的放电实验结果,即阴极被照射[2]时,放电时延的分散性仍较大,而平板电极下时延分散性较小。Mankowski等实验
4、研究了在高气压、亚ns级脉冲下mm级尖-板空气间隙的极性效应,结果显示击穿极性效应依然存在,尖的极性为负时击穿场强比为[3]正的情况下大30%～80%。最近Kromholz等通过实验得到了小于15kV的亚ns级脉冲下氩气在尖-板间隙中的击穿特性,气压越低,击穿时延越长,尖为负的击穿时延比尖为正的击穿时延大30%左右,极性效应也[4]存在。文献[5]介绍了常压下平板电极在纳秒脉冲最高重频到1kHz下的实验,结果表明重频越高,击穿场强越低,击穿与重复施加脉冲的累积效应有关。本文介绍极不均匀电场中纳秒脉冲击穿特性。对尖-板电极下的cm级空气间隙施加重频纳秒脉冲高压,研究重
5、频脉冲下的极性效应,分析击穿的累积效应。1实验装置与测量[6]实验电源采用基于磁开关及半导体断路开关的重频脉冲源SPG200,其主要输出参数如表1所示。实验装置及测量原理如图1所示,其中触发脉冲发生器控制SPG200的输出脉冲频率。循环盐水电阻调节电源输出电压。大功率限流电阻防止间隙放电电流对脉冲源和电阻表1SPG200主要输出参数分流器的损坏。实验腔是圆柱结构有机玻璃腔,尖-板电极沿轴Table1MainoutputparametersofSPG200向放置,其中尖直径2mm,板直径6cm。采用分压比约4780parameterrange的电容分压器测量施加的脉冲
6、电压,约0.2Ω的高频氧化膜电outputvoltage0～-200kV阻分流器测量击穿脉冲电流。由于回路中串入了约200Ω的限risetime～10ns流电阻,放电回路并联了水电阻,这样,电容分压器测量的电压pulsewidthathalfpeak20～30nsrepetitionratesinglepulse～2kHz实际上就是SPG200输出电压,与间隙上实际电压有些差距。重*收稿日期:2005-11-10;修订日期:2006-03-08基金项目:国家自然科学基金资助课题(50207011);国家自然科学基金重点资助课题(50437020)作者简介:邵涛(19
7、77-),男,博士研究生,从事脉冲功率、高电压技术的研究;st@mail.iee.ac.cn。1032强激光与粒子束第18卷频下的击穿与重频施加的时间密切相关。用TDS3054B测量施加脉冲的时间(重频耐受时间[7]tRST),触发脉冲发生器提供时间记录起始点。击穿时通过两根约10m等长的电缆将电流电压信号分别送TDS684A记录,同时,TDS684A的一个TTL端口输出低电平信号作为中止记录点。根据施加频率及重频耐受时间也可以换算得[7]到施加的脉冲个数。实验得到的典型波形如图2(a),(b)所示,其中图2(a)中击穿时延定义为击Fig.1Schematicd
