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OMAL歐瑪爾多開關(guān)TLT脈沖等離子體源
高功率納秒脈沖技術(shù)中常使用氣體開關(guān),并需要OMAL歐瑪爾多開關(guān)串聯(lián)或是并聯(lián)來分別提高電壓和電流等級。經(jīng)典的Marx發(fā)生器可實現(xiàn)OMAL歐瑪爾多開關(guān)串聯(lián)下的過壓自同步,而OMAL歐瑪爾多開關(guān)并聯(lián)的電路,則通常需要外置觸發(fā)進(jìn)行同步?；赥LT(Transmission Line Transformer)的OMAL歐瑪爾多開關(guān)脈沖發(fā)生技術(shù),是一種可以實現(xiàn)開關(guān)自動過壓同步,并且可以并聯(lián)匯流輸出的新技術(shù),非常適合于高重復(fù)頻率、長時間運(yùn)行的工業(yè)應(yīng)用。

OMAL歐瑪爾多開關(guān)TLT脈沖等離子體源
同時TLT同等離子體反應(yīng)器之間良好的匹配和能量轉(zhuǎn)換效率,在等離子體廢氣、廢水處理等環(huán)境應(yīng)用中,展現(xiàn)了良好的前景。基于該技術(shù)原理,開展了一套GW級OMAL多開關(guān)TLT脈沖等離子體源成套設(shè)備的研制工作,系統(tǒng)主要包含20開關(guān)20級TLT脈沖源、多繞組諧振充電變壓器、D-I(Differential-Integral)納秒脈沖高壓探頭,分別從原理分析、設(shè)計過程及實驗結(jié)果三方面對各裝置進(jìn)行了論述,并開展了脈沖源的水處理應(yīng)用研究,主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：脈沖源采用20開關(guān)20級TLT,單級由5.6nF儲能電容、3電極火花開關(guān)和5根同軸電纜組成的TLT構(gòu)成,電容、開關(guān)、TLT輸入端全部集成到一個緊湊的開關(guān)單元,以減小雜散電感而提高輸出特性。*實現(xiàn)了20個火花開關(guān)的有效自動同步,同步時間為數(shù)十ns。單級采用串聯(lián)輸出到匹配電阻時,可得到20路倍壓的同步脈沖輸出,脈沖上升時間約15ns,脈寬約70ns,峰值電壓可達(dá)200kV,不同級之間輸出的脈沖前沿時差小于2ns。基于TLT的二次阻抗模型,建立了一套開關(guān)同步過程中過壓分布的數(shù)值計算方法,并適用于任意開關(guān)個數(shù)的TLT電路。分析結(jié)果顯示當(dāng)某級開關(guān)導(dǎo)通后,該級電容產(chǎn)生的過壓主要分布在尚未導(dǎo)通的兩個鄰級上,意味著即便在開關(guān)數(shù)量較多的條件下,*開關(guān)的導(dǎo)通亦可有效觸發(fā)相鄰開關(guān),并進(jìn)一步引發(fā)連鎖反應(yīng),完成所有開關(guān)的同步。D-I系統(tǒng)中常將微分端整合于被測點中,則采取了獨(dú)立的探頭式設(shè)計,微分端和積分端均采用了緊湊的同軸結(jié)構(gòu)。探頭的電壓測量范圍可達(dá)200kV以上,95%精度下的帶寬為49.5kHz-40.6MHz,不同探頭之間*性優(yōu)異。諧振變壓器采用4鐵芯8對繞組的設(shè)計,所有8個原邊串聯(lián)保證了注入每個繞組或是鐵芯的能量相等,所有8個副邊并聯(lián)使得電流可以均分到8個整流硅堆,設(shè)計單次zui大能量300J。該設(shè)計解決常規(guī)單鐵芯變壓器在大能量諧振充電時,鐵芯體積需求過大和整流硅堆電流負(fù)荷過大的問題。理論分析表明多個鐵芯之間磁導(dǎo)率的個體差異,對變壓器的均流特性不產(chǎn)生影響,實測8個副邊的單路電流同總電流比值zui小為11.7%,zui大為13%,均流效果良好,變壓器的能量轉(zhuǎn)換效率約為94%。

OMAL歐瑪爾多開關(guān)TLT脈沖等離子體源
采用4開關(guān)TLT脈沖源和沿面放電等離子體反應(yīng)器進(jìn)行了水處理的應(yīng)用研究,兩者之間的能量效率在63-73%之間,隨電壓的升高和儲能電容的減小而降低。靛藍(lán)二磺酸鈉的脫色處理中,系統(tǒng)整體脫色能效在1.60-2.06g/kWh之間,單次能量2J左右時zui高。典型工作參數(shù)下,液相中過氧化氫的產(chǎn)率為1.02g/kWh,大腸桿菌則可在6J/mL能量密度下實現(xiàn)5.6個對數(shù)的滅活。