Analysis and field simulation of two electrodes spark gap switch

Abstract

Bu tezde boşluk anahtarı çalışmasının sonuçları sunulmaktadır. Çalışmayı geliştirmek amacıyla kıvılcım boşluk (aralık) anahtarının elektrotları için yeni bir biçim önerilmiştir. Anahtarın teorik tasarım parametreleri elektrostatik ve elektromanyetik anahtar deşarj stimülasyon analiziyle birlikte tartışılmıştır. En önemli parametreler (direnç fazı, zamana bağımlı direnç ve zamana bağımlı indüktans gibi), özellikle de kıvılcım boşluğu atımlı güç kaynağının çıktı atım zamanını büyük ölçüde etkilemektedir [2, 3, 5, 8].Rompe ve Weizel boşluk anahtarının enerji dengesi açısından zaman bazında olduğu kadar akımla kıvılcım direnci arasında da bir ilişki bulunduğunu önerdi, bazı diğer araştırmacılar ise kıvılcım yolunun dağılması ve oluşumu süresi içinde indüktansı ve direnci simüle ettiler. İletken faz içinde boşluk anahtarını simüle etmek için eşdeğer RLC devresi kullanıldı. Bu tezde ark deşarj parametrelerinin karmaşık hesaplarından kaçınmak için deşarj fazı boyunca eşdeğer akım parametrelerinin hesaplanmasında yöntem [5] kullanıldı. Bu tezin iki amacından biri voltaj atımlı deşarjın ark direncinin ve direnç fazı süresinin kestiriminin nasıl olacağını tayin etmekti. Bu amaçla ark direnci eşitliklerinin iki teorik ve ampirik modeli kullanıldı. RLC elektrik devrelerini ve şarj parametrelerini optimize etmek için simülasyonla önemli bir araştırma yapıldı. Bu amaçla `P spice software` adlı program kullanıldı.Anahtar parametrelerine dayanarak bir elektrik devresi modellendi ve simülasyonun düzenlenmesi amacıyla kuruldu. Bu çalışmanın ikinci amacı modellemenin ve nano-saniye altı atımlarda yükselme zamanının azaltılmasının araştırılması için pik yapan kıvılcımlı boşluk anahtarının simülasyonunun tartışılmasıdır. Modelleme ve simülasyon Computer Simulation Technology'nin CST modelleme yazılımı kullanılarak yapılmıştır. E-alanı dağılımının monitorize edilmesiyle anahtar kırılma bölgesi üç boyutlu olarak görselleştirilebilir.

This thesis presents the results of gap switch to develop the study, a new electrodes shape of the spark‐gap switch was suggested. The theoretical design parameters of the switch are discussed with analysis of the electrostatic and electromagnetic simulations of the discharge switch. The most important parameters such as the phase resistance, the time-dependent resistance, and the time-dependent inductance. Particularly the inductance of the spark gap largely effects rise time of the output pulses of pulsed power supply.Based on the energy balance in the gap switch, some researchers simulated the inductance and resistance in terms of the time in the dissipation and formation of spark path. In this thesis, in order to avoid the complicated calculations of arc discharge parameters, a method was used for calculating the equivalent circuit parameters through the discharge phase. One of two objectives of this thesis is determining how to predict the arc resistance of voltage pulsed discharge and resistive phase time. To this end, two theoretical and empirical models of arc resistance equations were utilized. An important investigation was carried out by simulation to optimize the electrical circuits RLC and charging parameters. The program named P spice software was used for this purpose.Based on the switch parameters an electrical circuit was modeled and established for the simulation arrangement. The second aim of this work is discussing the modeling and simulation of a peaking spark gap switch to investigate the decreasing in rising time for sub-nanosecond pulses. The modeling and simulation have been carried out using CST modeling software of the Computer Simulation Technology. By using this electrodynamic model, the switch breakdown region can be visualized in three dimensions by monitoring the E-field distribution.