- 頭條大連理工大學研究者研發出一種新型多級激光觸發真空開關，時延特性更優！2024-04-08 作者：宋心哲、廖敏夫 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語將多個間隙串聯可有效提升真空開關耐壓水平，克服真空長間隙的飽和限制，為充分利用激光觸發真空開關的性能優勢研發大功率高性能的脈沖功率閉合開關，基于300?kV激光出發真空開關的設計與研發背景，大連理工大學電氣工程學院、國家脈沖強磁場科學中心（華中科技大學）的宋心哲、廖敏夫、盧剛、馬匯、韓小濤，設計出一種將激光間隙與多個真空短間隙串聯組成的激光觸發多級真空開關（LTMVS）。
激光觸發真空開關（LTVS）是一種以真空為絕緣介質，將脈沖激光技術與真空開關技術相結合的新型脈沖功率閉合開關。相較于激光觸發氣體開關，在相同條件下激光觸發真空開關能夠獲得相近甚至更優的時延特性，同時避免氣體開關的一系列技術難題。隨著脈沖功率技術應用領域不斷擴展和系統容量的增長，激光觸發真空開關有潛力成為滿足更大功率場合的開關器件。
為提升激光觸發真空開關性能，已有學者在探究其更佳的工作條件方面已做出了大量工作。然而受限于真空間隙擊穿電壓與其電極間距間的飽和作用，現有的真空觸發開關電極間距較小且耐壓較低，難以滿足更高電壓等級的脈沖功率裝置實際需求。
目前，大功率高性能開關器件的研發水平成為限制脈沖功率技術進一步發展的關鍵問題之一，單間隙激光觸發真空開關在耐壓方面難以滿足大功率場合的發展要求。
將多個間隙串聯可有效提升真空開關耐壓水平，克服真空長間隙的飽和限制，為充分利用激光觸發真空開關的性能優勢研發大功率高性能的脈沖功率閉合開關，基于300 kV激光觸發真空開關的設計與研發背景，大連理工大學電氣工程學院、國家脈沖強磁場科學中心（華中科技大學）的宋心哲、廖敏夫、盧剛、馬匯、韓小濤，設計出一種將激光間隙與多個真空短間隙串聯組成的激光觸發多級真空開關（LTMVS）。
該三間隙激光觸發多級真空開關是由一個激光觸發間隙與兩個自擊穿間隙組成的。基于可拆卸真空腔體搭建了激光觸發多級真空開關的實驗平臺，在不同激光能量、工作電壓條件與分壓比條件下，對三間隙激光觸發開關的時延特性進行對比分析，探究影響多觸發間隙串聯開關時延特性的主要因素，獲得高性能多間隙開關工作參數的優化設計方案，可為更高電壓領域下高性能激光觸發多級真空開關的研究奠定基礎。
實驗研究了不同激光能量、不同工作電壓、不同分壓比條件下，開關的觸發時延特性。實驗結果表明，多級開關的觸發時延不僅與外部的激光能量以及觸發電壓有關，也與3個間隙之間的分壓比有關。
隨著激光能量和工作電壓的增大，開關的導通時延和抖動隨之減小。在相同的外部條件下，通過3個間隙之間合適的工作參數配合，可以獲得更加優化的時延特性。當激光能量為30 mJ，工作電壓為30 kV時，分壓比為4:1:1的三間隙激光觸發多級真空開關觸發時延低至(167±3.7) ns。
本工作成果發表在《電工技術學報》，論文標題為“三間隙激光觸發真空開關觸發特性研究”。本課題得到國家自然科學基金和武漢強磁場學科交叉基金的支持。
