重复频率磁延迟伪火花开关放电特性及机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51777163
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0705.高电压与放电
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

High repetitive frequency is one of the development trends of pulsed power technology. The repetitive frequency pulsed power devices presents the urgent demand for the switch technology. Semiconductor switch, magnetic switch, thyratron and pseudospark switch have their own advantages respectively, but they could not satisfy all the requirements of repetitive operation mode at the same time. By serially connecting pseudospark and magnetic switch, the current rising time of magnetically delayed pseudospark is delayed which results in a substantially reduced switching loss and it is especially suitable for the repetitive application. The research on this new type switch is still in the conceptual and preliminary experimental stage at home and abroad. The conduction and quenching mechanism, triggering characteristics, dielectric recovery, electrode erosion characteristics and insulation structure design methods of magnetically delayed pseudospark have not been studied. In view of this situation, this project establishes single-pulse, double-pulse and repetitive frequency experimental platforms and the joint simulation of particle and circuit method is proposed. With the experimental and simulation method, the influence of the type and parameters of magnetic switch, trigger and pseudospark switch on the switching and quenching process, delay and jitter, insulation recovery, electrode erosion and insulation structure design methods will be studied. The aims of this project are to grasp the discharge characteristics, clarify discharge mechanism and propose the insulation performance control method and design technique. This project will lay the foundation for the magnetically delayed pseudospark switch technology.
高重复频率是脉冲功率技术发展趋势之一,重复频率脉冲功率装置对开关技术提出了迫切需求。半导体开关、磁开关、闸流管和伪火花开关各有优点,但难以同时满足重复频率运行对开关各方面的要求。磁延迟伪火花开关通过在伪火花开关上串联磁开关,延迟开关电流的上升时刻,大幅降低开关导通损耗,尤为适用于重复频率应用。国内外对其研究尚处于概念和初步实验阶段,串联磁开关后开关的导通和淬灭机理、触发特性、绝缘恢复和电极烧蚀特性、绝缘结构设计方法还未深入研究。针对该现状,本项目建立磁延迟伪火花开关单次、双脉冲和重频实验平台,提出粒子模拟和外电路联合仿真方法,研究磁开关、触发器和伪火花开关的型式和参数对开关导通和淬灭过程、时延和抖动、绝缘恢复、电极烧蚀的影响,以及开关绝缘结构设计方法,以期掌握开关的放电特性,阐明其放电机理,提出绝缘设计、参数配合和性能调控方法,为磁延迟伪火花开关技术奠定基础。

结项摘要

重复频率脉冲功率技术对开关提出了较高的要求。伪火花开关作为一种特殊的低气压放电开关,在重复频率脉冲功率装置中有很好的应用前景。本项目提出将磁开关与伪火花开关串联来降低开关在导通阶段的损耗,这种开关也被称作磁延迟伪火花开关。项目建立了磁延迟伪火花开关电学、光学诊断实验平台,并搭建粒子仿真模型,研究了磁延迟伪火花开关的工作特性。此外,本项目研制了一种小型化伪火花开关。本项目得到的结论如下。首先,磁开关的加入显著延长了伪火花放电中空心阴极阶段的持续时间,使得回路电流的快速上升滞后于开关两端电压的快速下降,从而有效减小了伪火花开关的导通损耗。当磁芯数量增加时,伪火花开关的导通损耗逐渐降低。本项目也研究了伪火花开关的电流淬灭现象,发现磁开关可以有效抑制电流淬灭。第二,在研究磁延迟伪火花开关的触发工作特性时,本项目研制了基于雪崩三极管的改进型辅助触发多管串联Marx电路,以及基于BaTiO3的触发单元,发现高电压、快前沿、低抖动的触发脉冲可以显著减小伪火花开关的触发时延和抖动;磁开关对伪火花开关的触发特性几乎没有影响。第三,项目研制了成品化小型低抖动封闭式双间隙多通道伪火花开关,具有45 kV的耐压,20 kA的通流,42 ns的触发时延和小于1 ns的触发抖动。利用双脉冲实验平台测试了该伪火花开关的绝缘恢复特性,发现该开关可以在最高充电电压40 kV下,以4 kHz的等效重复频率进行工作。最后观察发现将伪火花开关与磁开关串联可以显著减小伪火花开关电极的表面烧蚀。综上所述,项目阐明了磁延迟伪火花开关的导通机理,获得了磁开关对伪火花开关放电特性、电流淬灭、电极烧蚀的影响规律,研制了小型化封闭式伪火花开关,并将其用于国家大科学设施CZ-15装置的触发系统,表现出优异的性能。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(3)
专利数量(2)
伪火花放电的物理机制与应用综述
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    电 工 技 术 学 报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    闫家启;申赛康;孙国祥;丁卫东
  • 通讯作者:
    丁卫东
封闭式双间隙伪火花开关的触发及导通特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    高电压技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    申赛康;闫家启;孙国祥;丁卫东;曹关平;方春光
  • 通讯作者:
    方春光
伪火花放电初始发展过程的仿真研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    高电压技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    闫家启;孙国祥;申赛康;丁卫东
  • 通讯作者:
    丁卫东
A novel trigger for pseudospark switch with high repetition rate, low jitter, and compact structure
一种高重复率、低抖动、结构紧凑的新型赝火花开关触发器
  • DOI:
    10.1063/1.5029420
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Review of Scientific Instruments
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Yan Jiaqi;Shen Saikang;Wang Yanan;Zhang Siyu;Cheng Le;Ding Weidong;Bo Wang
  • 通讯作者:
    Bo Wang
Improved Auxiliary Triggering Topology for High-Power Nanosecond Pulse Generators Based on Avalanche Transistors
基于雪崩晶体管的高功率纳秒脉冲发生器的改进辅助触发拓扑
  • DOI:
    10.1109/tpel.2021.3087732
  • 发表时间:
    2021-12
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Power Electronics
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Saikang Shen;Jiaqi Yan;Guoxiang Sun;Weidong Ding
  • 通讯作者:
    Weidong Ding

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其他文献

空气中单丝和丝阵电爆炸特性的比较
  • DOI:
    10.7498/aps.69.20191797
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    物理学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    李琛;韩若愚;刘毅;张晨阳;欧阳吉庭;丁卫东
  • 通讯作者:
    丁卫东
CNT 气体传感器及其对SF6 中局部放电的响应
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    高电压技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    丁卫东;杨博
  • 通讯作者:
    杨博
基于磁开关的重复频率冲击电压发生器
  • DOI:
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  • 期刊:
    强激光与粒子束
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨兰均;马宾;李峰;丁卫东
  • 通讯作者:
    丁卫东
脉冲大电流放电引爆含能材料产生冲击波的储层改造
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    强激光与离子束
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周海滨;刘巧钰;赵有志;张永民;丁卫东
  • 通讯作者:
    丁卫东
高光谱GIIRS中波通道的最优选择及其对云检测影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    红外
  • 影响因子:
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  • 作者:
    王根;邵立瑛;丁卫东;陈娇;刘倪;谢菲
  • 通讯作者:
    谢菲

其他文献

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激光触发伪火花开关的触发及放电特性研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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