河北大学物理科学与技术学院, 河北省光电信息材料重点实验室, 河北 保定 071002
Trichel脉冲放电为电晕放电中一种常见的不稳定现象。 为了进一步揭示Trichel脉冲的放电特性和放电机理, 本文利用针板放电结构, 在气压为600 Pa的空气环境下研究了Trichel脉冲放电的光学特性。 在平均电流为20～300 μA范围内, 放电分为Trichel脉冲放电模式和正常辉光放电模式。 在Trichel脉冲放电模式下, 平均极间电压随着平均电流的增高而降低； 正常辉光放电模式下, 平均极间电压随平均电流的增高基本保持不变。 实验拍摄并得到了不同平均电流时的发光图像, 从阴极针尖到阳极平板区域分为负辉区、 法拉第暗区、 正柱区和阳极辉区。 随着平均电流的增加, 负辉区、 正柱区以及阳极表面的发光增强, 负辉区体积基本保持不变, 法拉第暗区长度逐渐增加, 正柱区长度逐渐缩小。 在Trichel脉冲消失时, 负辉区发光向阴极针尖收缩, 正柱区向阳极板贴近, 并且两个区域发光明显增强。 利用光谱仪在300～800 nm波长范围内测量得到了不同平均电流时的发射光谱。 其中在300～450 nm波长范围内的发射光谱强度较高, 为氮分子的第二正带系(C3Πu→B3Πg)和氮分子离子的第一负带系（B2Σ+u→X2Σ+g）； 在650～800 nm附近发射光谱较弱, 为氮分子的第一正带发射谱（B3Πg→A3Σ+u）。 在此基础上, 根据N2(C3Пu→B3Пg )第二正带系发射光谱拟合得到了不同平均电流时氮分子的振动和转动温度。 结果表明, 分子振动温度和转动温度均随平均电流的增加而增加, 分子振动温度在3 900～4 500 K, 分子转动温度在430～450 K。 同时利用氮分子离子谱线391.4 nm和氮分子第二正带系谱线394.2 nm强度比计算得到了不同平均电流时的电场强度。 随着平均电流的增加, 电场强度升高, 在145～200 kV·m-1范围。 当Trichel脉冲消失时, 针尖附近分子振动温度和电场强度出现较为明显的升高。 此现象表明针尖附近的电子能量和电子密度随着脉冲的消失也出现了明显的升高。
Trichel脉冲放电 发射光谱 分子振动温度 电场强度 Trichel pulse discharge Emission spectra Molecular vibrational temperature Electric field 光谱学与光谱分析
2023, 43(10): 3041
华中科技大学 电气与电子工程学院，武汉 430074
气体开关电弧的热侵蚀作用是电极损耗的主要成因。石墨电极在电弧作用下发生蒸发并在多次放电后有明显的质量损耗，改变了开关内的气体环境和电极间距，导致开关动作可靠性降低。为研究石墨电极在脉冲电弧冲击下的侵蚀特征，基于开关电弧瞬态扩散特征和石墨材料参数，在弧根区域建立了电弧-电极能量耦合模型，得到了等离子体-固体区域的传热特性。考虑石墨电极的相变特征，计算瞬态热作用下石墨电极的加热范围以及临界相变点，研究瞬态电弧热冲击作用下的石墨电极相变机制。研究结果表明，电弧-电极界面热流主要集中在电弧接触面中心，电弧沉积的能量密度最高可达109 W/m2，石墨在电流上升初期基本处于加热状态，在能量积聚作用下，石墨转变为升华状态，传热强度随半径急剧衰减，蒸发区域略小于电弧半径。通过实验记录了5种开关工况下石墨电极烧蚀形貌和质量损失情况，结果表明，电极质量损失与电弧沉积在电极表面的能量线性相关，近似为0.015 mg/J。研究了电弧关键参数对电极质量损失速率的影响，为延缓电极损耗提供数据支撑。
脉冲放电 气体开关 石墨电极 开关电弧 电极烧蚀 pulse discharge spark-gap switch graphite electrode switching arc electrode erosion 强激光与粒子束
2022, 34(7): 075003
强激光与粒子束
2021, 33(11): 115001
强激光与粒子束
2021, 33(6): 065005
华中科技大学 武汉光电国家实验室, 武汉 430074
为了研究脉冲CO2激光诱导空气放电的特性, 建立了高压电容充放电实验平台, 采用间距为8mm、半径为10mm的一对球形石墨电极, 取得了放电电压和电流的实时数据, 采用2阶振荡电路模型对放电电压和放电电流进行拟合得到了电极间激光诱导放电等离子体的阻抗, 并对放电时间、放电延时及抖动做了统计。结果表明,激光诱导放电等离子体的阻抗很小, 约1Ω~2Ω, 拟合得到的放电等离子体阻抗随放电电压、放电电容、以及激光能量的增加而减小; 放电延时随着实验条件的变化在2μs~10μs之间变化, 放电延时以及延时抖动随着放电电压和激光能量的增加而降低, 而受放电电容大小的影响不明显。由此高稳定性的激光脉冲和高压有助于激光诱导放电过程的稳定。
激光光学 CO2激光 脉冲放电 等离子体 空气 laser optics CO2 laser pulse discharge plasma air
1 中国科学院 电工研究所, 电力电子与电气驱动重点实验室, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国石油化工股份有限公司 石油工程技术研究院, 北京 100101
基于液电效应原理, 采用高压电脉冲放电对模拟岩样及实际砂岩岩样进行了压裂实验研究。脉冲电源最大储能40 kJ/20 kV, 放电电流最高可达70 kA。实验结果表明, 高压电脉冲能够在岩样中造成非常明显的裂缝, 可以在多个方向上造出多条具有一定高度(最大0.32 m)的裂缝, 近井筒裂缝无明显的扭曲, 裂缝的形态与放电电压、能量及放电次数有关。对模拟岩样压裂后产生的裂缝进行了三维形貌分析, 得到裂缝的表面平均粗糙度在0.430~1.075 mm之间, 具有一定的导流能力。
液电效应 脉冲放电 岩石压裂 三维形貌分析 粗糙度 electro-hydraulic effect pulse discharge rock fracturing 3-D morphology analysis roughness 强激光与粒子束
2016, 28(7): 079001
装备学院 激光推进及其应用国家重点实验室, 北京 101416
应用高压纳秒脉冲放电技术分别产生了瞬时冷等离子体和瞬时热等离子体。在圆柱型燃烧室内进行了乙烯/空气预混气的瞬时冷等离子体和瞬时热等离子体点火实验。实验结果表明，瞬时冷等离子体放电所需的电能小于瞬时热等离子体放电。与瞬时热等离子体点火技术相比，瞬时冷等离子体点火缩短了碳氢燃料的点火延迟时间。
纳秒脉冲放电 瞬时冷等离子体 点火延迟 乙烯 nanosecond pulse discharge non-thermal transient plasma ignition delay ethene 强激光与粒子束
2013, 25(11): 2777
株洲南车时代电气股份有限公司 电力电子事业部， 湖南 株洲 412001
简述了脉冲功率开关的发展及国内外脉冲功率晶闸管产品的现状，并详细介绍了国内的脉冲功率开关产品及其特点。阐述了脉冲功率晶闸管组件产品的设计与应用，以及半导体脉冲功率开关的测试试验平台。简要介绍了脉冲功率晶闸管及其组件在工程应用中的同步驱动、感应取能和串联均压等关键技术，并简述了脉冲功率晶闸管组件的工程应用实际效果。阐述了半导体脉冲功率开关及其测试试验平台的发展方向。
脉冲功率组件 脉冲放电 脉冲功率晶闸管 半导体开关 pulsed power pulsed power module pulse discharge pulsed power thyristor semiconductor switch
1 中国科学院 电工研究所， 北京 100190
2 中国科学院 电力电子与电气驱动重点实验室， 北京 100190
3 中国科学院 研究生院， 北京 100049
为准确测量脉冲放电电压，提出了固液混合式高压分压器的原理与结构,并进行了标定和实验测试。用简化模型分析了分压器系统的理想响应条件，讨论了两级分压的衰减特性，提出了控制误差的方法。通过负载标定，得到分压器脉冲电压频率响应大于2.9 MHz,最长脉冲宽度40 μs，分压比(或衰减系数)为2.60 kV/V，测量误差小于5%。该高压分压器具有造价低、制作易，同时适于ns到μs级脉冲电压的测量等优点，可以在实验室中得到应用。
电阻式分压器 二级分压 脉冲放电 衰减特性 干扰防护 resistance voltage divider two-stage voltage dividing pulse discharge attenuation characteristic interference protection
国防科技大学光电科学与工程学院，长沙 410073
本文采用 HR4000CG-UV-NIR光纤光谱仪和 NI-PCB压力传感器测量了水下等离子体声源脉冲放电光谱和强声波的压力幅值，分析了声与光之间的能量转换关系，并重点观察了不同放电参数对光谱特征的影响。实验结果表明，等离子体声源脉冲放电光谱为连续谱，能量主要集中在 500 nm左右的谱段；放电产生的光能量和声波能量相互竞争，具有此消彼长的关系；提高放电电压，减小电极间隙距离可以提高光的辐射强度和半峰值谱宽度；增大电极间隙距离，将使发光能量向远紫外区移动；更换电极材料将明显改变光的谱分布和强度变化。
等离子体声源 水下脉冲放电 光谱 测量与分析 plasma acoustic source underwater pulse discharge spectrum measurement and analysis
