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激光觸發(fā)真空開關(guān)（LTVS）是一種以真空為絕緣介質(zhì)，將脈沖激光技術(shù)與真空開關(guān)技術(shù)相結(jié)合的新型脈沖功率閉合開關(guān)。相較于激光觸發(fā)氣體開關(guān)，在相同條件下激光觸發(fā)真空開關(guān)能夠獲得相近甚至更優(yōu)的時(shí)延特性，同時(shí)避免氣體開關(guān)的一系列技術(shù)難題。隨著脈沖功率技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展和系統(tǒng)容量的增長，激光觸發(fā)真空開關(guān)有潛力成為滿足更大功率場合的開關(guān)器件。

為提升激光觸發(fā)真空開關(guān)性能，已有學(xué)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(xiàn)有的真空觸發(fā)開關(guān)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(shí)際需求。

目前，大功率高性能開關(guān)器件的研發(fā)水平成為限制脈沖功率技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵問題之一，單間隙激光觸發(fā)真空開關(guān)在耐壓方面難以滿足大功率場合的發(fā)展要求。

將多個(gè)間隙串聯(lián)可有效提升真空開關(guān)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(fā)真空開關(guān)的性能優(yōu)勢研發(fā)大功率高性能的脈沖功率閉合開關(guān)，基于300 kV激光觸發(fā)真空開關(guān)的設(shè)計(jì)與研發(fā)背景，大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院、國家脈沖強(qiáng)磁場科學(xué)中心（華中科技大學(xué)）的宋心哲、廖敏夫、盧剛、馬匯、韓小濤，設(shè)計(jì)出一種將激光間隙與多個(gè)真空短間隙串聯(lián)組成的激光觸發(fā)多級真空開關(guān)（LTMVS）。

該三間隙激光觸發(fā)多級真空開關(guān)是由一個(gè)激光觸發(fā)間隙與兩個(gè)自擊穿間隙組成的。基于可拆卸真空腔體搭建了激光觸發(fā)多級真空開關(guān)的實(shí)驗(yàn)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(fā)開關(guān)的時(shí)延特性進(jìn)行對比分析，探究影響多觸發(fā)間隙串聯(lián)開關(guān)時(shí)延特性的主要因素，獲得高性能多間隙開關(guān)工作參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，可為更高電壓領(lǐng)域下高性能激光觸發(fā)多級真空開關(guān)的研究奠定基礎(chǔ)。

實(shí)驗(yàn)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(guān)的觸發(fā)時(shí)延特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，多級開關(guān)的觸發(fā)時(shí)延不僅與外部的激光能量以及觸發(fā)電壓有關(guān)，也與3個(gè)間隙之間的分壓比有關(guān)。

隨著激光能量和工作電壓的增大，開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)延和抖動隨之減小。在相同的外部條件下，通過3個(gè)間隙之間合適的工作參數(shù)配合，可以獲得更加優(yōu)化的時(shí)延特性。當(dāng)激光能量為30 mJ，工作電壓為30 kV時(shí)，分壓比為4:1:1的三間隙激光觸發(fā)多級真空開關(guān)觸發(fā)時(shí)延低至(167±3.7) ns。

本工作成果發(fā)表在《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“三間隙激光觸發(fā)真空開關(guān)觸發(fā)特性研究”。本課題得到國家自然科學(xué)基金和武漢強(qiáng)磁場學(xué)科交叉基金的支持。