Исследование процессов переключения и коммутации тока силовыми тиристорами при их запуске в режиме ударно-ионизационной волны (Промежуточный за 2018 г.)

Проведены исследования силового тиристорного коммутатора, переключаемого в проводящее состояние волной ударной ионизации. Установлено, что увеличение скорости нарастания напряжения dU/dt на стадии запуска тиристора в режиме ударно-ионизационной волны ведет к увеличению проводимости тиристора и снижению потерь энергии в нем на стадии протекания тока. В частности, начальная проводимость тиристора диаметром 40 мм после его перехода в проводящее состояние увеличивается в ~20 раз при увеличении dU/dt с 0,9 до 5 кВ/нс. Зависимость объясняется тем, что активная площадь структуры формируется на стадии запуска, а ее величина возрастает с ростом dU/dt. Дана оценка времени восстановления тиристорного ключа, которое при разрядном токе амплитудой ~8 кА, длительностью ~1,5 мкс и dI/dt ~17 кА/мкс составило ~600 мкс. При этих параметрах разрядного тока проведены ресурсные испытания. После наработки 106 импульсов изменений в характеристиках коммутатора не обнаружено. Реализован тиристорный ударно-ионизационный коммутатор, имеющий рабочее напряжение 12 кВ и коммутируемый ток 7,5 кА при длительности импульса тока 500 нс, скорости нарастания тока 54 кА/мкс и частоте следования импульсов 1 кГц в режиме пачки импульсов; эффективность переключения ~0,9. Использование коммутатора в качестве первичного ключа в мощном SOS-генераторе (250 МВт, 300 кВ) позволило упростить схему предварительного сжатия энергии на магнитных элементах и поднять эффективность генератора с 0,4 до 0,65.