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

為提升激光觸發(fā)真空開關性能，已有學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際需求。

目前，大功率高性能開關器件的研發(fā)水平成為限制脈沖功率技術進一步發(fā)展的關鍵問題之一，單間隙激光觸發(fā)真空開關在耐壓方面難以滿足大功率場合的發(fā)展要求。

將多個間隙串聯(lián)可有效提升真空開關耐壓水平，克服真空長間隙的飽和限制，為充分利用激光觸發(fā)真空開關的性能優(yōu)勢研發(fā)大功率高性能的脈沖功率閉合開關，基于300 kV激光觸發(fā)真空開關的設計與研發(fā)背景，大連理工大學電氣工程學院、國家脈沖強磁場科學中心（華中科技大學）的宋心哲、廖敏夫、盧剛、馬匯、韓小濤，設計出一種將激光間隙與多個真空短間隙串聯(lián)組成的激光觸發(fā)多級真空開關（LTMVS）。

該三間隙激光觸發(fā)多級真空開關是由一個激光觸發(fā)間隙與兩個自擊穿間隙組成的。基于可拆卸真空腔體搭建了激光觸發(fā)多級真空開關的實驗平臺，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)開關的時延特性進行對比分析，探究影響多觸發(fā)間隙串聯(lián)開關時延特性的主要因素，獲得高性能多間隙開關工作參數(shù)的優(yōu)化設計方案，可為更高電壓領域下高性能激光觸發(fā)多級真空開關的研究奠定基礎。

實驗研究了不同激光能量、不同工作電壓、不同分壓比條件下，開關的觸發(fā)時延特性。實驗結果表明，多級開關的觸發(fā)時延不僅與外部的激光能量以及觸發(fā)電壓有關，也與3個間隙之間的分壓比有關。

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

本工作成果發(fā)表在《電工技術學報》，論文標題為“三間隙激光觸發(fā)真空開關觸發(fā)特性研究”。本課題得到國家自然科學基金和武漢強磁場學科交叉基金的支持。