电感储能型脉冲功率系统中电爆炸丝断路开关的开断机理和开断能力研究

本项目针对电感储能型脉冲功率系统中电爆炸丝断路开关的开断机理尚不明确，无法精确掌握电爆炸丝的开断能力与开断时间，难以选择适用于不同脉冲功率系统的电爆炸丝参数这一问题，通过理论研究、实验数据分析、计算机软件仿真等手段研究电爆炸丝断路开关的开断机理，建立电爆炸丝阻抗模型；在电爆炸丝开断机理的指导下，通过系统的电爆炸丝断路开关实验，研究电爆炸丝参数、电路初始参数与电爆炸丝开断能力及开断时间之间的内在联系，提出并建立电爆炸丝再次导通的边界条件，最后研究并建立不同电路条件和初始参数下电爆炸丝断路开关的选型方案，开发电爆炸丝选型软件。该项目有助于推进电爆炸丝的理论研究，提高电爆炸丝断路开关的应用水平，拓宽其应用领域，提高电感储能型脉冲功率系统的效率，力争取得集成创新成果。

电爆炸丝断路开关因其具有的开断能力强，成本低，可靠性高等优点，在电感储能型脉冲功率系统中获得广泛的应用。为了提高电爆炸丝断路开关的应用效率和水平，必须根据电路初始条件，选择合适的金属丝材料和长度、直径等几何尺寸，使得脉冲能量更多的或者更快速的释放到负载上。本项目针对以上情况，对电爆炸丝机理进行了深入研究，建立了电爆炸丝电路模型，对电爆炸丝断路开关的工作过程进行了仿真分析，获得了在各种不同初始参数下金属丝断路开关的开断时间和开断能力等参数；研制了电感储能型脉冲功率系统中电爆炸丝断路开关实验平台，该平台包括主控制电路，高压脉冲电源，升压整流电路，电爆炸丝断路开关实验电路，高压测量电路，脉冲高压电流测量电路和人机界面，可进行不同初始参数、不同金属丝参数的电爆炸电路开关实验；进行了电爆炸丝断路开关实验，记录了不同初始条件下金属丝的开断时间、电压、电流等参数；进行了电爆炸丝断路开关的仿真和实验研究，通过仿真和实验数据的对比分析，得到了不同初始条件和金属丝参数的电爆炸丝断路开关的开断时间和开断能力，并总结了电感储能型脉冲功率系统中电爆炸丝断路开关的选择规律。通过对电爆炸丝断路开关的仿真和实验研究工作，当电容器电压在15 kV以内时，更短、更细的金属丝开断时间越短，更多的能量将转移到负载上，但是较短的金属丝可能会被再次击穿，影响开断性能；电容器初始电压越高，同样的金属丝开断时间越短；在初始参数相同的条件下，可选择不同长度和直径的金属丝组合，达到相同的开断时间要求；可根据电容器初始电压等初始参数，选择合理的金属丝，使金属丝在最大电流处断开，从而使负载获得最大脉冲电流。通过本项目的研究，深入理解和掌握了电感储能型脉冲功率系统中电爆炸丝断路开关的工作机理和工作特性，为电感储能型脉冲功率系统对电爆炸丝断路开关参数的选择，提高电爆炸丝断路开关的应用效率和水平做出了理论支持和应用指导。