[00736769]真空触发开关交流条件下相位跟踪与触发控制装置

课题来源与背景：真空触发开关(Triggered Vacuum Switch，TVS)又称为真空触发间隙(Triggered Vacuum Gap，TVG)，是真空开关的一个重要分支，它的发展与真空开关的发展是息息相关的。是一种将真空开关技术和三电极火花间隙技术相结合而发展起来的新型开关器件，其特点是利用真空作为主触头间的绝缘介质和灭弧介质，并采用特殊设计的触发极来控制开关进行快速关合。TVS作为一种具有极高发展前途的高参数快速可靠关合开关装置正引起研究人员的关注，作为电容储能型脉冲功率系统中的一个关键部件在电磁发射系统、各种高电压充磁机、爆炸力学研究中的脉冲放电系统、脉冲激光系统、脉冲磁场系统、高压断路器合成试验系统、故障电流限制等领域拥有较好的实用价值和广阔的应用前景。TVS的触发时延、触发精度以及工作寿命是TVS的关键参数。触发时延和触发精度主要受触发极结构参数、触发极介质材料、触发电压、触发电流即触发能量、主间隙电压、触发极和主电极极性等因素的影响。几乎所有TVS的寿命，都不是由于真空下降或电极烧损而告终，而是因触发系统中的触发极不能正常触发而停止工作，触发源的性能实际决定了TVS的触发极工作寿命。对TVS的性能要求一般包括：动作迅速性；一定的导流能力；可重复运行性；精确触发控制等。研究目的与意义：将TVS作为闭合开关，控制事先充电的电容器（组）对特定负载放电，主电路的初始工作电压为直流，不存在触发相位（交流电压工作点）的控制问题。而对于TVS在重复频率脉冲功率系统中的应用，比如高压开关的高电压实验系统、故障电流限制等场合，则需要对TVS主电极的信号特征进行判断和预测，以便在预期的相位点对TVS进行精确的触发控制。主要论点与论据：交流主电路电压预期触发相位点的控制，硬件基于现场可编程门阵列（FPGA）、16位A/D转换器和DSP2812，软件实现采用64点有限长冲激响应FIR数字滤波和插值算法，进行相位检测和跟踪，具有检测速度快和控制精度高的优点；TVS触发电源采用高压击穿、大电流续流的工作方式，设置触发源自身储能单元监测和控制模块，实现单次触发供给TVS的触发能量精确可控，采用该方法可以有效的避免由于保证可靠导通而施加过多不必要的触发能量，造成TVS触发极不必要的烧蚀和触发材料的耗散。创见与创新：该成果在多学科综合与交叉的基础上，研究触发控制系统监测TVS每次触发过程中施加的触发能量、主电极导通状态、工作环境为度和湿度，通过分析准备触发的工作条件和操作历史数据，合理制定该次可靠触发应该施加的触发能量，采用该措施可以根据TVS的具体工况和操作历史来选择既能保证可靠导通，又不会对触发极和材料造成不必要烧蚀的触发能量控制策略；TVS触发控制器预留光纤CAN总线通信接口，可以方便实现TVS远程触发控制，电气隔离安全性好，另外可以根据需要传输存储在触发控制器存储单元里的TVS触发源状态信息和操作历史数据，以便分析和远程调整所需的触发控制参数。社会经济效益：该研究成果基于相控技术实现真空触发开关触发时刻的精确控制，研发TVS相控技术实现方法和装置，有力提高TVS作为闭路开关在脉冲功率系统中的应用水平。