CN101448356B - 烧蚀性等离子体枪装置和系统 - Google Patents

烧蚀性等离子体枪装置和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN101448356B
CN101448356B CN2008101857064A CN200810185706A CN101448356B CN 101448356 B CN101448356 B CN 101448356B CN 2008101857064 A CN2008101857064 A CN 2008101857064A CN 200810185706 A CN200810185706 A CN 200810185706A CN 101448356 B CN101448356 B CN 101448356B
Authority
CN
China
Prior art keywords
gun
pair
electrode
ablative
main
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN2008101857064A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101448356A (zh
Inventor
D·A·罗巴奇
T·阿索肯
A·K·博霍里
J·J·杜赫蒂
G·W·罗斯克
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Schweiz AG
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of CN101448356A publication Critical patent/CN101448356A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101448356B publication Critical patent/CN101448356B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/52Generating plasma using exploding wires or spark gaps
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/70Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/76Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid wherein arc-extinguishing gas is evolved from stationary parts; Selection of material therefor

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Vehicle Interior And Exterior Ornaments, Soundproofing, And Insulation (AREA)

Abstract

本发明公开了烧蚀性等离子体枪装置和系统,具体而言,公开了一种烧蚀性等离子体枪子组件(83)。该子组件(83)包括主体(35)、第一对枪电极(55)和第二对枪电极(60)以及烧蚀性材料(85),第一对枪电极(55)和第二对枪电极(60)具有设置在主体(87)内部的远端(125,130,135,140),并且烧蚀性材料(85)设置在第一对枪电极(55)和第二对枪电极(60)中的至少其中一对枪电极的远端(125,130,135,140)附近。

Description

烧蚀性等离子体枪装置和系统
技术领域
本发明大致涉及等离子体枪,且更具体地涉及烧蚀性(ablative)等离子体枪。
背景技术
电弧装置被用于各种应用中,包括串联电容器保护、大功率开关、发声器、冲击波发生器、脉冲等离子体推力器和电弧消除装置。这种装置包括由空气或另一气体的间隙间隔开的两个或更多个主电极。跨越间隙向主电极上应用偏转电压。
触发这种电弧装置的一种方法是通过强电流脉冲。例如,强电流脉冲源可提供强电流脉冲,以触发等离子体枪,从而在主电极之间产生传导性的烧蚀性等离子体蒸汽。强电流脉冲源还可用于例如轨道枪、火花间隙开关、照明镇流器和串联电容器保护等装置。
强电流脉冲典型地大于大约5,000安培(5kA),从而例如产生足够的等离子体蒸汽。另外,利用大于大约5,000伏(5kV)的高电压来克服空气的击穿电压,并引发跨越脉冲电极,例如等离子体枪电极的强电流脉冲。典型的强电流脉冲可以是通常所说的闪电脉冲,其可被限定为具有8微秒的上升时间和20微秒的下降时间。产生这种强电流脉冲的电路通常利用昂贵的高能量电容器,该电容器可具有在毫法拉范围内的电容值。虽然现存的等离子体枪适合其预期的目的,但本领域中存在对克服这些缺陷的等离子体枪装置的需求。
发明内容
本发明的一个实施例包括一种烧蚀性等离子体枪分组件。该分组件包括主体、第一对和第二对枪电极以及烧蚀性材料,第一对和第二对枪电极具有设置在主体内部的远端,烧蚀性材料设置在第一对枪电极和第二对枪电极中的至少其中一对电极的远端附近。
本发明的另一实施例包括一种设置在主电弧装置中的烧蚀性等离子体枪子组件。主电弧装置包括两个或更多个主电极,其中各电极连接在电路的电气上不同的部分上。该烧蚀性等离子体枪子组件包括主体、具有设置在主体内部的远端的第一对和第二对枪电极,以及设置在第一对枪电极和第二对枪电极的至少其中一对电极的远端附近的烧蚀性材料。响应于第二对枪电极之间的低电压强电流电弧,烧蚀性等离子体枪将烧蚀性等离子体注入到两个或更多个主电极之间的主间隙中,从而在两个或更多个主电极之间触发电弧。
从以下结合附图提供的对本发明的优选实施例的详细说明中将更容易理解这些以及其它优点和特征。
附图说明
参照示例性的图纸,在附图中用相似的标号表示相似的元件:
图1描绘了根据本发明一个实施例的双电极等离子体枪的透视图;
图2描绘了根据本发明一个实施例的第一对和第二对等离子体枪电极的示意图;
图3描绘了根据本发明一个实施例的图1的双电极等离子体枪的放大的分解透视图;
图4描绘了根据本发明一个实施例的图3的双电极等离子体枪的枪管的放大的分解的局部截面图;
图5描绘了根据本发明一个实施例的电脉冲电路的示意图;
图6描绘了根据本发明一个实施例的电脉冲电路的高电压源的示意图;
图7描绘了根据本发明一个实施例的电脉冲电路的强电流源的示意图;
图8描绘了根据本发明一个实施例的用于触发电弧装置的双电极烧蚀性等离子体枪的常规电路图;
图9描绘了根据本发明一个实施例的电弧装置的双电极烧蚀性等离子体枪触发器的示范性电路图;
图10描绘了根据本发明一个实施例的触发电弧消除装置的烧蚀性等离子体枪的截面图;和
图11描绘了根据本发明一个实施例的触发电弧消除装置的烧蚀性等离子体枪的透视图。
部件列表:
20 等离子体枪
25 导线对
27 触发器电路
30 导线对
32 触发器电路
35 枪管
40 帽状物
45 孔
50 等离子体蒸汽
55 第一对枪电极
60 第二对枪电极
65 枪电极
70 多个电弧
75 第一电弧
80 第二电弧
83 等离子体枪子组件
85 烧蚀性材料
86 烧蚀性插塞
87  内腔
90  键
95  凹槽
100 螺纹
105,110,115,120 枪电极
125,130,135,140 远端
142 第一间隙
143 第二间隙
145,150,155,160 引线
165 脉冲发生器
170 高电压脉冲源
175 强电流脉冲源
180 控制器
185,190 触发器信号
190 第一对电极
192 第二对电极
193 第一电弧
194 第二电弧
195 电源
196 第一间隙
197 第二间隙
200 开关
202 整流器
205 变压器
210 电流
215 电阻器
217 电容器
218 二极管
220 初级绕组
225 次级绕组
227 导线对
230 电源
233 电阻器
235 整流器
240 充电开关
245 充电电路
250 电阻器
255 电容器
260 放电开关
265 电感器
270 电阻器
275 变压器
277 金属氧化物变阻器
280 电流
285 初级绕组
290 次级绕组
292 导线对
300 主间隙
305 主电弧装置
310,315 主电极
320,325 电路部分
330 偏转电压
335 主电弧
340 电弧短路器
345 电弧闪光
350 耐压罩壳
355 触发器信号
360 主电极
365 通风口
具体实施方式
本发明的一个实施例提供了一种等离子体枪,其具有设置在烧蚀性材料附近,以产生传导性烧蚀性等离子体蒸汽的不止一对枪电极。
图1描绘了等离子体枪20的一个实施例,例如双电极等离子体枪20,其至少包括第一对导线25和第二对导线30。每对导线25,30与相应的脉冲触发电路27,32及一对枪电极55,60成电源连接(参看图2最好地所见),如将在下面进行进一步描述。等离子体枪20包括枪管35(在这里也被称为“主体”)和具有孔45的帽状物40。帽状物40设置在枪管35上,位于枪电极附近(图3中所示)。在一个实施例中,孔45限定了扩散型喷嘴,该喷嘴在远离枪电极对55,60的方向上发散,并且等离子体枪20从孔45中按扩散模式以超声速发射传导性电离等离子体蒸汽50。
图2描绘了第一对枪电极55和第二对枪电极60的示意图,它们彼此靠近地设置在枪管35的内部。如此处所用,标号65应总体地指等离子体枪20的电极。第一对和第二对枪电极55,60分别与导线对25,30成电源连接。描绘了设置在枪电极对55,60之间的多个电弧70。在一个实施例中,在第一对枪电极55之间产生第一电弧75,并且在第二对枪电极60之间产生第二电弧80。第一电弧75和第二电弧80可各包括设置在枪电极对65之间的不止一个电弧。
第一电弧75的产生代表高电压低电流脉冲,其需要直接与第一对电极55的电极65之间的距离相关联的第一对枪电极55之间的电压电势。在一个实施例中,产生第一电弧75所需要的电压必须大于空气的击穿电压,该击穿电压在电极65之间为大约每厘米距离或间隙30,000伏。响应于在第一对枪电极55之间产生第一电弧75,显著地减小了在第一对枪电极55之间的阻抗。此外,响应于第一电弧75的产生,还减小了围绕第一电弧75的阻抗,例如在第二对枪电极60之间的阻抗。因此,响应于第一电弧75的产生,同不存在第一电弧75时的击穿电压相比,显著地减小了产生第二电弧80所需要的电压,该第二电弧80代表低电压强电流脉冲。例如,在一个实施例中,高电压低电流脉冲为至少5,000伏,且电流水平小于大约5安培,并且低电压强电流脉冲大约为600伏且电流水平大于4,000安培。
图3描绘了帽状物40附近的等离子体枪子组件83的一个实施例的放大的分解图。该子组件83包括枪管35和烧蚀性材料85。枪管35的内部限定了内腔87,电极65设置在内腔87中(参看图4最好的所见)。烧蚀性材料85设置在电极65附近,特别是产生第二电弧80的第二对电极60附近(参看图2最好地所见)。在一个实施例中,烧蚀性材料85是烧蚀性插塞86,该插塞86与帽状物40和主体35分离,并可包括键90,该键90构造成装配在枪管35的特定槽95中,以定向烧蚀性插塞86,使得该插塞86保持住电极65。如图3中所示,烧蚀性材料85可以是分立元件,例如设置在枪电极对55,60和帽状物40之间的烧蚀性插塞86,或者备选地可集成或结合到枪管35和帽状物40的至少其中一个部件内。在枪管35上可设置螺纹100,以固定并保持住帽状物40。
通过电极65的尺寸和间隔、内腔87的尺寸、电极65相对于烧蚀性材料85的接近度、烧蚀性材料85的类型、与电弧70相对应的脉冲波形和能量、以及孔45的形状和尺寸等可控制等离子体蒸汽50(图1中所示)的特征,例如速度、离子浓度和散布性。烧蚀性材料85可以是热塑性材料,例如聚四氟乙烯、聚甲醛聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、其它烧蚀性聚合物或这些材料的各种混合物,包括复合物。
图4描绘了帽状物40附近的等离子体枪20的一个实施例的放大的截面图。在内腔87中设置有四个电极105,110,115,120,这些电极各分别具有远端125,130,135,140,使得帽状物40基本上包围了第一对和第二对枪电极55,60的远端125-140、烧蚀性材料85和内腔87。如此处所用,用语“基本上包围”指被具有孔45的帽状物40封闭。在一个典型的实施例中,电极110,115是第一对电极55,而电极105,120是第二对电极60。在一个实施例中,第一对电极110,115的远端130,135间隔开,并彼此相对地设置在腔室87内的枪管35的相对侧。在另一个实施例中,第二对电极105,120的远端125,140间隔开,并彼此相对地设置在腔室87内的枪管35的相对侧。
如图所示,第一对电极110,115的远端130,135由第一间隙142隔开。在一个示范性实施例中,在第二对电极105,120的远端125,140之间的第二间隙143等于第一对电极110,115之间的第一间隙142。此外,各个电极105-120设置成使得没有任何两个电极105-120相互接触。在一个示范性实施例中,电极对55,60之间的第一间隙和第二间隙142,143大约为3毫米。如此处所用,用语“大约”应代表给定值的偏差,其由于任何设计、材料和装配公差而引起。
如上所述,参看图2,第二对枪电极60设置在第一对枪电极55附近,从而响应于在第一对枪电极55之间跨越第一间隙142第一电弧75的产生,同不存在第一电弧75时的击穿电压相比,跨越第二间隙143的击穿电压显著地减小。例如,将会懂得,在具有3毫米尺寸的第二间隙143之间的空气击穿电压大约为9,000伏。在一个实施例中,响应于跨越第一间隙142第一电弧75的产生,跨越第二间隙143的击穿电压小于2,700伏,即被减小了70%,减小到不存在第一电弧75时对应于第二间隙143的空气击穿电压的30%。在另一个实施例中,响应于第一电弧75的产生,跨越第二间隙143的击穿电压小于900伏,即减小了90%,减小到不存在第一电弧75时对应于第二间隙143的空气击穿电压的10%。在又一实施例中,第一电弧的产生将跨越第二间隙143的击穿电压减小了大约94%到小于480伏,即大约为不存在第一电弧75时对应于第二间隙143的空气击穿电压的6%。
枪电极65可形成为如图所示的导线,以便最大限度地减小费用,或者它们可具有其它形式。电极65的材料,或至少电极65的远端125-140的材料可以是钨钢、钨、其它高温难熔金属/合金、碳/石墨或其它合适的电弧电极65的材料。
在一个实施例中,围绕靠近远端125-140的枪电极65的至少一部分的等离子体枪组件20的枪管35的至少一部分由烧蚀性材料85模制而成。考虑到聚合物例如聚甲醛和聚四氟乙烯相对较低的成本和有利的模制属性,这可以提供递增的生产成本下降。这种结构和低成本可使等离子体枪20易于更换和抛弃。可提供电极引线145,150,160,165,以利用合适的锁定和极性键而将等离子体枪20快速连接至内插头(未显示)上。
现在参照图2和图3,处于插塞86、枪管35和帽状物40的至少其中一个部件的烧蚀性材料85的附近的第一电弧75和第二电弧80的至少其中一个电弧,其应具有足够的电流水平,以提供烧蚀性材料85的烧蚀,从而产生传导烧蚀性等离子体蒸汽50(图1中所示)。使烧蚀性材料开始烧蚀并产生烧蚀性等离子体蒸汽50的足够的电流水平典型地大于5,000安培(5KA)。因此,双电极等离子体枪20的使用促进了在低于枪电极65之间的空气击穿电压的电压下形成强电流的第二电弧80。由强电流的第二电弧80引起的辐射提供了来自烧蚀性材料85充分的烧蚀作用,从而提供高能量的等离子体。
图5描绘了产生强电流脉冲的脉冲发生器(这里也被称为“电脉冲电路”)165的一个实施例的示意图,诸如适合于等离子体枪20使用,以产生例如传导性等离子体蒸汽50。虽然已经描述了供等离子体枪20使用的脉冲发生器165的一个实施例,但将会懂得,本发明的范围并不如此有限,并且本发明还将适用于脉冲发生器165,该脉冲发生器165在其它应用中用来形成强电流脉冲,这些应用例如轨道枪、火花间隙开关、照明镇流器、串联电容器保护电路以及避雷器盘或氧化锌(ZnO)非线性元件的测试。
脉冲发生器165包括高电压电脉冲源170、强电流电脉冲源175和控制器180,以提供触发器或使信号185,190能够传送给脉冲源170,175。在一个实施例中,高电压脉冲源170和强电流脉冲源175分别与第一对脉冲电极191和第二对脉冲电极192,例如图2中所显示的第一对和第二对枪电极55,60成电源连接。高电压脉冲源170产生足够高的电压以克服与第一对电极191末端之间所限定的第一间隙196相对应的空气击穿电压,并从而产生第一电弧193(这里也称为“高电压低电流电弧”)。在一个实施例中,第一电弧193的电流,例如与等离子体枪20相关联的第一电弧75的电流可小于产生所需的等离子体蒸汽50所必要的电流。与第一电弧193相关联的电离作用显著地减小了跨越第一间隙196和其附近的阻抗。第一间隙196设置在限定于第二对电极192末端之间的第二间隙197附近,从而响应于第一电弧193的产生而显著地减小跨越第二间隙197的阻抗。
响应于第一电弧193的电离作用而引起的跨越第二间隙197的降低的阻抗,其容许在明显小于第二间隙197相对应的空气击穿电压的电压下,由强电流脉冲源175产生第二电弧194(在这里也被称为“低电压强电流电弧”)。第二电弧194的更大的电流水平,例如第二电弧80的电流水平,产生足够的辐射,以产生图1中所示的所需传导性等离子体蒸汽50。
图6描绘了高电压脉冲源170的一个实施例,例如变压器脉冲源170。变压器脉冲源170包括电源195、开关200、整流器202和变压器205,例如脉冲变压器205。在一个示范性实施例中,电源195产生第一电压,例如120伏交流电压。开关200与电源195串联设置,并与控制器180信号连通。开关200通过触发器信号185而响应于控制器180以闭合,从而容许电流210从电源195流经开关200和电阻器215及电容器217,它们限定了阻容型充电常数。来自电流210的电荷储存在电容器217中。响应于电容器217对特定电压的充电,二极管218在特定电压下短路或击穿,从而容许储存在电容器217中的电荷流经变压器205的初级绕组220。二极管218提供了可被称为“火花间隙”的事物,其例如可用于高电压镇流器中。虽然电阻器215示出为分立电阻器215,但是将懂得电阻器215可以是例如由变压器205的初级绕组220产生的等效电阻。响应于穿过初级绕组220的电流210,通过变压器205的次级绕组225跨越第一对导线227,例如等离子体枪20的第一对导线25建立了第二电压电势。在一个实施例中,跨越第一对导线227的第二电压电势跨越第一对电极191而提供。在第一对导线227之间的电压电势与第一电压电势及初级绕组和次级绕组220,225的匝数比相关联。在一个实施例中,第一对导线227之间的第二电压电势大于5,000伏,并且电弧电流小于5安培。在另一个实施例中,第一对导线227之间的第二电压电势大于10,000伏,并且电弧电流小于1安培。控制器180通过触发器信号185和开关200来确定并控制电流210的持续时间。在一个实施例中,控制器180使开关200闭合一段持续时间,该持续时间等于第一电弧193和第二电弧194所需的持续时间。
虽然已经描绘了包括脉冲变压器的高电压脉冲源170的一个实施例,但是将会懂得,本发明的范围并不如此有限,并且其可应用于利用其它方法在第一对导线227之间产生电压电势的高电压脉冲源170的实施例,例如电容器放电电路、照明镇流器电路以及点火线圈电路。
图7描绘了强电流脉冲源175的一个实施例,例如电容器放电脉冲源175。电容器放电脉冲源175包括电源230、电阻器233、整流器235、充电开关240、充电电路245和放电开关260。电感器265和电阻器270与放电开关260串联。脉冲源175可可选地包括变压器275以升高电源230的电压,例如从120伏交流电压升高至480伏交流电压。可选地,可将金属氧化物变阻器277与第二对导线292并联以保护电容器放电脉冲源175免于受到例如可能由高电压脉冲源170产生的过大瞬态电压的影响。充电电路245包括与电容器255串联的电阻器250,该电容器255并联在第二对导线292上。
充电开关240在整流器235和充电电路245之间成电源连接,并与控制器180保持信号相通。放电开关260通过导线292而在充电电路245和第二对电极192之间成电源连接。开关240,260响应于触发器190而分别断开和闭合。
在接收触发器190的信号之前,充电开关240是闭合的,而放电开关260是断开的。来自电源230的电流280流经电阻器233和变压器275的初级绕组285。响应于穿过初级绕组285的电流280,通过变压器275的次级绕组290建立了电流和电压。由次级绕组290建立的电流和电压通过整流器235而被转换成直流。由整流器235转换的直流流经开关240和电阻器250,并对电容器255充电。
响应于控制器180提供的触发信号190,充电开关240断开,从而使电源230不再对充电电路245进行充电。另外,放电开关260响应于触发信号190而闭合,容许储存在电容器255中的电荷流经电阻器270和电感器265。因此放电开关260的闭合在第二对导线292上,例如与等离子体枪20相关联的第二对导线30上建立起电压电势。在一个实施例中,跨越第二对导线292的电压电势提供了跨越第二对电极192的电压电势,以产生第二电弧194(图5中所示)。
因此引发第一电弧193的高电压脉冲源170的使用,其容许强电流脉冲源175以操作电压产生第二电弧194,该操作电压小于第二电弧194所跨越的第二对电极192之间的间隙197的空气击穿电压。设想强电流脉冲源175的操作电压可大约为600伏或更小,这容许在充电电路245中使用具有在微法拉范围内的电容值的电容器255。这种具有微法拉范围内的电容值的电容器255,其被认为比具有毫法拉范围内的电容值的电容器更为廉价。在一个实施例中,电容器255具有小于500微法拉的电容值。在另一个实施例中,电容器255具有小于250微法拉的电容值。
考虑到前面所述,图8是双电极等离子体枪20的大体示意图,该等离子体枪可在主电弧装置305的主间隙300中用作触发器。在前述语句的环境中,用语“主”用于将基于较大电弧的装置的元件与相应的等离子体枪20的元件(例如用作触发器)区分开,因为等离子体枪20也构成了基于电弧的装置。主电弧装置305可以是例如电弧消除装置(这里也被称为“电弧闪光吸收器”)、串联电容器保护旁路、高功率开关、发声器、冲击波发生器、脉冲等离子体推力器或其它电弧装置。
通常,主电弧装置305具有两个或更多个由空气间隙或另一气体间隙300间隔开的主电极310,315。各电极310,315连接在电路320,325的电气上不同的部分上,例如不同的相位、不带电或接地。这提供了跨越电弧间隙300的偏转电压330。触发电路,例如脉冲发生器165,与等离子体枪20成电源连通,并为等离子体枪20提供高电压(低电流)和强电流(低电压)脉冲,导致其将烧蚀性等离子体蒸汽150注入到主间隙300中,降低了间隙300的阻抗,从而在电极310,315之间引发主电弧335。
图9显示了用于测试电弧消除装置340的电路的一个示例。显示了电路320,325上的电弧闪光345减小跨越间隙300可获得的偏转电压330。对于给定的电压,可通过主电极310,315的尺寸和间距而设计主电极间隙300的阻抗,从而在出发前不容许发生电弧放电。基于传导性等离子体蒸汽150的特征,可设计主间隙300的阻抗,以响应于等离子体枪20的触发而产生相对较快且强健的主电弧335。
图10和图11将等离子体枪20描绘为可在一个典型的实施例中配置成触发耐压罩壳350中的电弧消除装置340。当接收到触发器信号355时,触发器电路165发送高电压脉冲和强电流脉冲给等离子体枪20,导致其将烧蚀性等离子体150注入到短路器340的主电极310,315,360之间的间隙300中,以引发保护电弧335。罩壳350可构造成能承受由保护电弧335所引起的爆炸压力,并可包括用于控制压力释放的通风口365。
一旦在受保护的电路上检测到电弧闪光,就应触发电弧消除装置的电极间隙300。可设置一个或多个合适的传感器以检测电弧闪光,并提供触发器信号355。在600V系统的情况下,在电弧闪光期间,跨越间隙300的电压通常小于250伏,其可能不足以引发电弧335。烧蚀性等离子体150以小于大约1毫秒的时间桥接间隙300,从而通过电弧335使能保护性短路电路,以在造成损害之前消除电弧闪光。
在电弧消除装置340的一系列成功的试验中,短路器电极310,315,360均为直径在大约10mm至大约50mm范围内的球体,各离相邻的球体隔开大约25mm,且球体中心定位在离公共的中心点大约37.52mm的半径位置。触发器是具有由聚甲醛或聚四氟乙烯制成的烧蚀性材料85的烧蚀性等离子体枪20。帽状物40定位在电极310,315,360的球体中心平面下面大约25mm的位置。
在试验中通过双电极等离子体枪20触发了处于大约120V至大约600V范围的间隙偏转电压,该双电极等离子体枪20使用了触发脉冲8/20(例如,具有大约8微秒的上升时间和大约20微秒的下降时间的脉冲),且第一电弧75的高电压脉冲具有大约10,000伏(10kV)的电压和小于1安培的电流,而第二电弧80的强电流脉冲具有大约480伏的电压和大约5000安培的电流。相反,对于该相同的偏转电压,没有本文所述的第一对和第二对电极55,60的传统的等离子体枪,其将需要具有大约20,000伏电压和5,000安培电流的触发脉冲,使得传统的等离子体枪和其电路比主电极贵了几倍。
如所公开的,本发明的某些实施例可包括以下某些优点:能够产生强电流脉冲的脉冲发生器具有整体较低的成本;能够产生强电流脉冲的脉冲发生器使用较低成本的高能量微法拉范围的电容器;并且提供传导性烧蚀性等离子体蒸汽的等离子体枪使用低成本的双源脉冲发生器。
虽然已经参照示范性实施例描述了本发明,但是本领域技术人员将会懂得,在不脱离本发明的范围的情况下可做出各种变化,并且可使用等效物替代其元件。另外,在不脱离本发明的本质范围的情况下还可进行许多改型,以使特殊的情形或材料适于本发明的教导。因此,其意图在于本发明并不限于作为被认为是实现本发明的最佳模式或唯一模式而公开的特殊的实施例,相反本发明将包括落在所附权利要求范围内的所有实施例。另外,在附图和说明书中已经公开了本发明的示范性实施例,并且虽然可能采用了特殊用语,但除非另外声明,否则它们只是用于一般性且描述性的意义,而非用于限制目的,因此本发明的范围并不如此有限。此外,用语“第一”、“第二”等的使用并不表示任何顺序或重要性,相反用语“第一”、“第二”等等用于将一个元件与另一元件区分开。此外,用语“一”、“一个”等的使用并不表示数量的限制,而是表示存在至少一个所指事物。

Claims (9)

1. 一种设置在主电弧装置中的烧蚀性等离子体枪子组件,所述主电弧装置包括两个或更多个主电极,所述两个或更多个主电极中的每个电极都连接到电路的电气上不同的部分上,所述烧蚀性等离子体枪子组件包括:
主体;
第一对枪电极,其包括设置在所述主体内部中的远端;
第二对枪电极,其包括设置在所述主体内部中的远端;和
烧蚀性材料,其设置在所述第一对枪电极和所述第二对枪电极的至少其中一对枪电极的远端附近;
其中,响应于所述第二对枪电极之间的低电压强电流电弧,烧蚀性等离子体枪将烧蚀性等离子体注入到所述主电弧装置的两个或更多个主电极之间的主间隙中,从而在所述两个或更多个主电极之间触发电弧。
2. 根据权利要求1所述的烧蚀性等离子体枪子组件,其特征在于:
所述第二对枪电极设置在所述第一对枪电极附近,从而响应于在所述第一对枪电极的远端之间第一电弧的产生,与不存在所述第一电弧的击穿电压相比,减小了所述第二对枪电极的远端之间的击穿电压。
3. 根据权利要求1所述的烧蚀性等离子体枪子组件,其特征在于,所述烧蚀性等离子体枪还包括:
包括孔的帽状物,所述帽状物设置在所述主体上,位于所述第一对枪电极和所述第二对枪电极的远端附近。
4. 根据权利要求1所述的烧蚀性等离子体枪子组件,其特征在于:
所述第一对枪电极设置在所述主体的相对两侧。
5. 根据权利要求1所述的烧蚀性等离子体枪子组件,其特征在于:
所述烧蚀性材料包括所述主体的至少一部分,该至少一部分包围所述第一对枪电极的至少一部分和所述第二对枪电极的至少一部分,所述主体由能够模制的材料制成。
6. 根据权利要求1所述的烧蚀性等离子体枪子组件,其特征在于:
所述烧蚀性材料包括聚四氟乙烯、聚甲醛聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或这些材料的各种混合物。
7. 根据权利要求1所述的烧蚀性等离子体枪子组件,其特征在于:
所述烧蚀性等离子体具有足以降低所述主间隙的电阻,并在所述两个或更多个主电极之间引发电弧的成分。
8. 一种电弧闪光吸收器,包括:
保护性电弧装置,其包括在耐压罩壳中的气体内的由主间隙间隔开的主间隙电极,各个主间隙电极均连接到电路的电气上不同的部分上;
烧蚀性等离子体枪子组件,其安装在所述保护性电弧装置中,并配置成将烧蚀性等离子体注入到所述主间隙中,所述烧蚀性等离子体枪子组件包括:
主体;
第一对枪电极,其包括设置在所述主体内部中的远端;
第二对枪电极,其包括设置在所述主体内部中的远端;和
烧蚀性材料,其设置在所述第一对枪电极和所述第二对枪电极的至少其中一对枪电极的远端附近;及
触发器电路,其与所述烧蚀性等离子体枪成电连通,以用于所述烧蚀性等离子体枪的激活;
其中,响应于所述第二对枪电极之间的低电压强电流电弧,烧蚀性等离子体枪将烧蚀性等离子体注入到所述保护性电弧装置的主间隙电极之间的主间隙中,从而在所述主间隙电极之间触发电弧。
9. 根据权利要求8所述的电弧闪光吸收器,其特征在于:
所述第二对枪电极设置在所述第一对枪电极附近,从而响应于在所述第一对枪电极的远端之间第一电弧的产生,同不存在所述第一电弧的击穿电压相比,减小了所述第二对枪电极的远端之间的击穿电压。
CN2008101857064A 2007-11-27 2008-11-27 烧蚀性等离子体枪装置和系统 Active CN101448356B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/945644 2007-11-27
US11/945,644 2007-11-27
US11/945,644 US20090134129A1 (en) 2007-11-27 2007-11-27 Ablative plasma gun apparatus and system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101448356A CN101448356A (zh) 2009-06-03
CN101448356B true CN101448356B (zh) 2013-08-14

Family

ID=40377422

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008101857064A Active CN101448356B (zh) 2007-11-27 2008-11-27 烧蚀性等离子体枪装置和系统

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20090134129A1 (zh)
EP (1) EP2066154B1 (zh)
CN (1) CN101448356B (zh)

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7420336B2 (en) 2004-12-30 2008-09-02 General Electric Company Method of controlling cathode voltage with low lamp's arc current
US8618435B2 (en) * 2009-05-26 2013-12-31 General Electric Company Ablative plasma gun
US8492979B2 (en) * 2010-03-25 2013-07-23 General Electric Company Plasma generation apparatus
US20110248002A1 (en) * 2010-04-13 2011-10-13 General Electric Company Plasma generation apparatus
US8405364B2 (en) * 2010-09-02 2013-03-26 General Electric Company Apparatus for controlling capacitor charge status and method of assembly
US9036309B2 (en) * 2010-09-16 2015-05-19 General Electric Company Electrode and plasma gun configuration for use with a circuit protection device
US8330069B2 (en) * 2010-09-16 2012-12-11 General Electric Company Apparatus and system for arc elmination and method of assembly
US8536838B2 (en) * 2010-12-14 2013-09-17 General Electric Company Capacitance check and voltage monitoring circuit for use with a circuit protection device
US8552333B2 (en) * 2010-12-30 2013-10-08 General Electric Company Systems, methods, and apparatus for preventing electromigration between plasma gun electrodes
US9251980B2 (en) 2011-01-14 2016-02-02 General Electric Company Apparatus for interrupting current
EP2521228B1 (en) 2011-05-05 2014-01-01 ABB Research Ltd. Device and method for quick closing of an electric circuit and a use of the device
EP2716140B1 (en) * 2011-05-24 2017-07-12 Victor Equipment Company Plasma arc torch with secondary starting circuit and electrode
CN102692447B (zh) * 2012-06-11 2014-04-02 燕山大学 小型化强脉冲单轨放电烧蚀装置
US8922958B2 (en) 2012-06-12 2014-12-30 General Electric Company Method and systems for discharging energy from an electrical fault
US9468084B2 (en) 2012-10-30 2016-10-11 General Electric Company Plasma generation device assembly, arc mitigation device, and method of assembling a plasma generation device assembly
US9468083B2 (en) 2012-10-30 2016-10-11 General Electric Company Plasma generation device assembly, arc mitigation device, and method of assembling a plasma generation device assembly
US9488312B2 (en) 2013-01-10 2016-11-08 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Pulsed plasma lubrication device and method
US9697992B2 (en) 2013-02-22 2017-07-04 General Electric Company System and apparatus for arc elimination
PL408615A1 (pl) * 2014-06-19 2015-12-21 Instytut Optyki Stosowanej Im. Prof. Maksymiliana Pluty Palnik do rotacyjnego źródła wzbudzenia plazmy
CA2961130C (en) * 2014-10-01 2023-07-11 Umicore Power supply for electric arc gas heater
US9828967B2 (en) * 2015-06-05 2017-11-28 Ming Zheng System and method for elastic breakdown ignition via multipole high frequency discharge
CN105792498A (zh) * 2016-01-27 2016-07-20 西安交通大学 一种多喷口级联型等离子体喷射触发高压开关
US11181518B2 (en) * 2019-10-31 2021-11-23 The Boeing Company System and method for evaluating a bond
CN113725034B (zh) * 2021-07-15 2024-03-22 中国电力科学研究院有限公司 一种用于气体触发间隙开关的触发装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2097055U (zh) * 1991-07-15 1992-02-26 镇江船舶学院 非熔化极焊接电弧引弧装置
US6001426A (en) * 1996-07-25 1999-12-14 Utron Inc. High velocity pulsed wire-arc spray
US6740841B2 (en) * 2000-04-11 2004-05-25 Giat Industries Plasma torch incorporating electrodes separated by an air gap and squib incorporating such a torch
CN1531840A (zh) * 2001-04-06 2004-09-22 ���Ͷ�����ʵ���о��ٽ�Э�� 产生远紫外辐照和软x射线辐照的方法和装置
CN101014223A (zh) * 2007-02-07 2007-08-08 北京理研社技术有限公司 一种等离子发生器

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2716198A (en) * 1949-01-18 1955-08-23 Ferranti Ltd Electric spark discharge device
US3248513A (en) * 1961-10-06 1966-04-26 Soudure Electr Autogene Equipment for forming high temperature plasmas
US3430016A (en) * 1966-04-15 1969-02-25 Gen Electric Electric current interrupting device
US3465192A (en) * 1966-09-21 1969-09-02 Gen Electric Triggerable arc discharge devices and trigger assemblies therefor
US3931542A (en) * 1973-06-28 1976-01-06 Sheer-Korman Associates, Inc. Method and apparatus for energizing materials in an electric arc
US4631452A (en) * 1981-03-19 1986-12-23 Loughborough Consultants Limited Apparatus and method for generating a plurality of electric discharges
US4493297A (en) * 1982-09-27 1985-01-15 Geo-Centers, Inc. Plasma jet ignition device
US5227603A (en) * 1988-09-13 1993-07-13 Commonwealth Scientific & Industrial Research Organisation Electric arc generating device having three electrodes
US5144110A (en) * 1988-11-04 1992-09-01 Marantz Daniel Richard Plasma spray gun and method of use
US5225655A (en) * 1990-05-29 1993-07-06 Electro-Plasma, Inc. Plasma systems having improved thermal spraying
US5444208A (en) * 1993-03-29 1995-08-22 Fmc Corporation Multiple source plasma generation and injection device
US5924278A (en) * 1997-04-03 1999-07-20 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Pulsed plasma thruster having an electrically insulating nozzle and utilizing propellant bars
US5903518A (en) * 1998-02-23 1999-05-11 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Multiple plasma channel high output variable electro-acoustic pulse source
US7821749B2 (en) * 2007-03-30 2010-10-26 General Electric Company Arc flash elimination apparatus and method
US8053699B2 (en) * 2007-11-27 2011-11-08 General Electric Company Electrical pulse circuit

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2097055U (zh) * 1991-07-15 1992-02-26 镇江船舶学院 非熔化极焊接电弧引弧装置
US6001426A (en) * 1996-07-25 1999-12-14 Utron Inc. High velocity pulsed wire-arc spray
US6740841B2 (en) * 2000-04-11 2004-05-25 Giat Industries Plasma torch incorporating electrodes separated by an air gap and squib incorporating such a torch
CN1531840A (zh) * 2001-04-06 2004-09-22 ���Ͷ�����ʵ���о��ٽ�Э�� 产生远紫外辐照和软x射线辐照的方法和装置
CN101014223A (zh) * 2007-02-07 2007-08-08 北京理研社技术有限公司 一种等离子发生器

Also Published As

Publication number Publication date
CN101448356A (zh) 2009-06-03
EP2066154A3 (en) 2012-06-13
US20090134129A1 (en) 2009-05-28
EP2066154A2 (en) 2009-06-03
EP2066154B1 (en) 2016-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101448356B (zh) 烧蚀性等离子体枪装置和系统
CN101447649B (zh) 电脉冲电路
CN101667819B (zh) 用于触发系统的双电源脉冲发生器
CN110933829B (zh) 基于微腔金属丝电爆炸的多通道等离子体喷射装置及方法
KR101308884B1 (ko) 집속된 플라스마 빔을 생성하기 위한 방법 및 빔 발생기
US9697992B2 (en) System and apparatus for arc elimination
Kovalchuk Multi gap spark switches
KR101054244B1 (ko) 임펄스발생기용 트리거장치 및 그 구동방법
KR20110114479A (ko) 플라즈마 발생 장치
CN112230134B (zh) 一种串联间隙用毛细管双路触发装置及其应用
CN112118664B (zh) 一种双路单间隙等离子体喷射装置及其应用
CN104953470A (zh) 一种用于纳秒脉冲发生器的气体火花隙开关
US3153175A (en) Two stage system for initiating an electric arc
JPWO2016088405A1 (ja) 回路投入器及び回路投入システム
CN106452158B (zh) 一种变压器型组合波发生电路
Sidorov et al. A High-Voltage High-Speed Switch with an Adjustable Switching Duration
McPhee et al. The design and testing of an extended lifetime, high voltage, low jitter trigatron for repetitive operation
CN202582394U (zh) 一种雷管爆炸闭合开关及其构成的电炮
RU184724U1 (ru) Низкоиндуктивная конденсаторно-коммутаторная сборка
WO1998026480A1 (en) Controlled vacuum discharger
Loginov et al. High-voltage pulse generators for microwave radiation sources
RU2060583C1 (ru) Многоканальное устройство формирования импульсов
RU2213400C1 (ru) Управляемый разрядник (варианты)
CN113347774A (zh) 双极接续型毛细管等离子体喷射触发装置及触发方法
SU866626A2 (ru) Управл емый разр дник

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20190729

Address after: Baden, Switzerland

Patentee after: ABB Switzerland Co., Ltd.

Address before: American New York

Patentee before: General Electric Company