从真空开关上不拆卸真空灭弧室测量其真空度的机理研究

摘要　应用新型励磁线圈测试了真空灭弧室磁控放电的着火条件，以及离子电流与真空度的关系，并从理论上探讨了不拆卸真空灭弧室测量其真空度的磁控放电机理。
　　关键词：真空灭弧室　真空度测量　磁控放电
Study on Mechanism for the Undetached Measurement of
Internal Pressure of Vacuum Interrupters
Zhao Ziyu　Zou Jiyan　He Junjia　Zhang Hanming

(Huazhong University of Science and Technology 430074 China)
　　Abstract　The critical initiation condition of magnetron discharge as well as the relationship between internal pressure and ion current in vacuum tube are measured by a new type coil,and the mechanisms of the magnetron discharge in the undetached measurement of internal pressure of vacuum interrupters are studied
　　Keywords:Vacuum interrupter　Pressure measurement　Magnetron discharge　
　　
1　前言
　　真空灭弧室内真空度的变化将直接影响真空灭弧室的开断性能。因此，如何检测真空灭弧室的真空度是真空电器的一个重要问题。对于制造过程中的真空灭弧室，其真空度通常是用电离真空计来测定的。真空灭弧室制成以后，它不再带有真空电离计规管，其真空度的测量通常采用圆柱型励磁线圈的磁控放电法［1］。当真空灭弧室装入开关柜后，圆柱型励磁线圈已不可能套装到真空灭弧室上，此时，应采用不拆卸真空灭弧室测量真空度的磁控放电法［2］。
　　对于圆柱型励磁线圈的磁控放电法，是将真空灭弧室置于圆柱型励磁线圈的中心，并向线圈通以脉冲电流，真空灭弧室内会获得一个轴向磁场，与此同时，再在分开的触头之间施加高电压脉冲，此时，触头及导电杆与屏蔽罩间的电场将与磁场垂直相交，这相当于一个冷阴极正磁控计与一个反磁控计的串联［3］。此时，真空度的测试灵敏度较高。
　　对于不拆卸真空灭弧室测量真空度的磁控放电法，要求在不拆卸真空灭弧室的条件下进行真空度的测量。为此，本文研制了一种带铁心的新型励磁线圈，它可以放在真空灭弧室的侧面产生与电场相垂直的磁场分量。通过对比试验发现，在增大励磁电流后，新型励磁线圈的测试灵敏度与圆柱圈型励磁线相当。本文应用研制的新型励磁线圈真空度测试仪测试了磁控放电的着火条件，以及离子电流与真空度的关系，并通过理论分析，探讨了不拆卸真空灭弧室测量真空度的磁控放电机理。
2　磁控放电真空度测试仪简介
　　图1所示为真空度测试仪的电路框图及其新型励磁线圈产生的磁场分布，其工作过程为：首先由单片机输出两路控制信号，经过驱动电路使继电器K1、K2导通，这时220V交流电源经过整流电路后给电场电容C1充电，经过倍压整流电路后给磁场电容C3充电，C1、C3上的充电电压值经过分压器分压后进入单片机。当电场电容C1及磁场电容C3上的电压达到预定值后，继电器K1、K2断开，停止对C1、C3的充电；随后由单片机再输出两路控制信号，通过驱动电路及继电器后触发晶闸管VT1、VT2导通，从而使电容C1对升压器初级线圈放电，电容C3对Π型线圈放电。升压器次级的高电压经硅堆整流、电容C2滤波后输出到灭弧室的触头上。当新型线圈产生的磁场从零上升到一临界值时，真空灭弧室开始放电并产生离子电流，真空灭弧室真空度不同，离子电流也不同，故根据离子电流的大小就可以得知真空灭弧室真空度的大小。

图1　磁控放电真空度测试仪电路框图


3　磁控放电的着火条件
　　在触头间施加高电压脉冲后，在触头与屏蔽罩之间及两触头之间便建立了强电场。根据场致发射学说，阴极(包括低压电极及与高压电极相邻的屏蔽罩)表面上会有电子发射电流。在没有磁场时，该电子电流沿电场方向直接流向阳极，由于真空灭弧室内真空度低，即电子的平均自由行程λ大于极间距d，使电子几乎不与残余气体分子相碰撞。当在真空灭弧室的侧面放置一新型励磁线圈，并通以强脉冲励磁电流后，由磁场数值计算可知，在触头与屏蔽罩之间及两触头之间的空间内，有些区域其磁场与电场垂直相交，使场致发射电子做旋轮线运动。也有些区域的磁场与电场间有一夹角，电子的运动轨迹较复杂。下面仅对屏蔽罩为阴极时的电子运动作粗略分析，如图2所示。当电场与磁场的夹角为90°-δ时，为了方便讨论，将z轴旋转δ角，使其成为与磁场方向平行的z′轴，再将电场E分解为与z′轴垂直的分量E

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