CN102163805B - 遥控油绝缘高压脉冲纳秒开关 - Google Patents

Abstract

一种遥控油绝缘高压脉冲纳秒开关，包括有机玻璃外壳、电极盘、阴极、阳极、触发电极、电磁铁、精炼菜籽油绝缘介质和遥控触发控制系统。阳极、阴极与电极盘通过螺栓紧固在一起。电磁铁外壳头部有螺纹，与开关有机玻璃外壳连接在一起。电磁铁铁芯末端通过有机玻璃杆与触发电极连接。遥控触发控制系统由无线遥控器、接收天线，以及封装在金属屏蔽壳内的高频接收模块、解码IC、驱动电路、继电器以及蓄电池组成。遥控器发出的无线电信号被天线接收后传给高频接收模块，再经过解码IC解码后由驱动电路驱动继电器，给电磁铁通电，推动触发电极向主电极运动，安全、可靠、便捷地实现高电压快速放电，形成上升沿为纳秒级的脉冲波形。

Description

遥控油绝缘高压脉冲纳秒开关

一、技术领域

本发明涉及一种遥控油绝缘高压脉冲纳秒开关，特别是一种用于高空核爆炸电磁脉冲(HEMP)模拟器的高压脉冲源中的高速高压无线遥控放电的油绝缘开关。

二、背景技术

高压放电开关是电磁脉冲源中的关键器件，现有高压脉冲源中的高压放电开关，从开关内部绝缘介质上分有气体开关和液体开关，从开关电极结构上分有两电极开关和三电极开关。

现有的气体开关是在开关间隙内充入一定压强的气体，如空气、氮气、SF6等。其中SF6比较贵，其放电产物还有毒，不能随意向大气中排放。空气开关需要配套使用气路、充放气控制台、空气净化器、压缩空气泵，系统构成较为复杂，成本高，操作不方便，且空气开关产生电弧较大，对电极的氧化烧蚀较严重。最大的问题是，气体开关放电间隔较长，电感较大，很难快速放电。

现有液体开关的介质多为去离子水和绝缘油。去离子水即纯净水，在工作中与空气接触后，极易被空气中的二氧化碳及灰尘所污染，去离子水对开关制作工艺及密闭性要求很高，维护成本高。现有液体开关中的绝缘油一般都是矿物绝缘油，矿物绝缘油虽然有良好的绝缘和冷却性能及低廉的成本，但是其燃点低以及生物降解性能差，不能满足高防火性能的环保型高压放电开关的设计和制造。

现有两电极开关是一种自击穿开关，开关虽然结构简单，但是这种开关的放电电压一般固定不变，调节起来复杂繁琐，不能满足高压放电电压连续可调的要求。三电极开关是在两电极开关基础上增加触发极发展而来的，由触发极控制开关导通。现有的三电极开关包括阳极、阴极和触发极，触发极一般由外部触发源提供的脉冲电压、激光束或电子束来触发开关导通，这类开关需要较高的触发脉冲电压，或者激光，或者电子束，造价高，使用不方便。

三、发明内容

针对上述现有高压脉冲源放电开关所存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种结构紧凑，低电感，操作简便，低成本，可遥控导通放电，并能够产生极其陡峭电磁脉冲前沿的遥控油绝缘高压脉冲纳秒开关。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种以精炼菜籽油为绝缘介质，上升时间为纳秒的高压脉冲放电开关，包括有机玻璃外壳、开关内部绝缘介质、电极盘、阴极、阳极、触发电极及遥控触发控制系统，所述有机玻璃外壳由绝缘性能好、机械强度高的有机玻璃整体加工而成，所述开关的电极盘、阴极、阳极、触发电极均为耐烧蚀的不锈钢材质，所述遥控触发控制系统由遥控器、无线接收控制电路、蓄电池、电磁铁等部件组成，电磁铁铁芯末端通过有机玻璃杆与触发电极连接，电磁铁外壳头部有螺纹，与开关的有机玻璃外壳连接在一起，所述无线接收控制电路包括天线，以及封装在金属屏蔽壳中的微型高频接收模块、解码IC、继电器和蓄电池，所述开关绝缘介质为精炼菜籽油。

本发明的原理是：高压开关内部绝缘介质为精炼菜籽油，减小了开关导通放电时的电感，开关两主电极——阴极、阳极位置固定不动；在开关阴阳两主电极加高电压，触发电极由远及近向阴、阳两个主电极快速运动，这相当于减小了两主电极之间的间隙，触发电极与两主电极相接触，开关导通放电；触发电极的运动是由遥控触发控制系统控制电磁铁运动实现；无线接收控制电路接收遥控器发出的信号控制蓄电池给电磁铁供电，电磁铁吸合带动触发电极向主电极运动。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

1、开关外壳使用绝缘性好、机械强度高的有机玻璃，内部挖成双凹槽形状，增加电极盘间沿开关内壁的距离，进一步提高了开关所承受的电压，通过有机玻璃还可以清晰地观察到开关放电过程。

2、所采用的主电极和触发电极均为不锈钢材质，价格低廉，耐烧蚀能力强。主电极与电极盘通过螺栓紧固在一起，可分离，这样可以根据实验需要更换不同长度的电极来调节两电极的间距，也方便以后用新电极更换长期使用烧蚀后的电极而不用更换电极盘，节约成本。

3、所采用的触发电极及遥控触发控制系统可以通过遥控器控制开关放电，操作安全方便。

4、所采用的开关绝缘介质为精炼菜籽油，减小了开关导通放电时放电回路的电感。菜籽油的绝缘强度大，击穿电压值比矿物绝缘油高，并且菜籽油闪点高于300℃，生物降解率高达97％，满足电气设备防火性能要求，无毒环保，成本低。

5、本开关结合直流高压源使用可产生前沿小于2.0ns，半峰值宽度为25ns，峰值电压为50kV的双指数电磁脉冲波形。

四附图说明

图1是本发明的高压脉冲开关的结构示意图。

图2是本发明的遥控触发控制系统电路示意图

五具体实施方式

以下结合附图，详细说明本发明的实施方式。

结合图1，本发明的开关外壳[2]选用绝缘性能好、机械强度高的有机玻璃材料，将整块有机玻璃内部挖成双凹槽形状，增加电极盘间沿开关内壁的距离，这样可增加开关的耐高电压能力，透过有机玻璃可以清晰地观察开关放电过程。

结合图1，本发明的电极盘[1]与阳极[3]、阴极[4]通过螺栓[7、8]紧固在一起，可以根据实验需要更换不同长度的电极来调节两电极的间距，也方便以后用新电极更换长期使用后烧蚀的电极。其中电极盘[1]、阳极[3]、阴极[4]，触发电极[9]都是不锈钢材质，并且阳极[3]、阴极[4]和触发电极[9]的边缘倒角，磨成椭圆形，这样可使电场分布尽量均匀。均匀电场可以承受更高的电压。

结合图1，本发明的电极盘[1]与开关外壳[2]通过紧固螺钉[6]连接在一起，电极盘[1]与开关外壳[2]垫有密封圈[5]。

结合图1，本发明的运动触发极包括触发电极[9]、有机玻璃棒[12]，电磁铁铁芯[15]。触发电极[9]与有机玻璃棒[12]、有机玻璃棒[12]与电磁铁铁芯[15]分别通过螺栓[10、11]连接。其中电磁铁由铁芯[15]、绕线包[16]、弹簧[17]、导线[18]和电磁铁外壳[19]组成。

结合图1，本发明的电磁铁外壳[19]头部有螺纹，垫上密封圈[14]后与开关外壳[2]紧拧在一起。

结合图1，本发明的开关内部绝缘介质为精炼菜籽油[13]。

结合图1，本发明的开关，开关外壳[2]、电磁铁外壳[19]、气管[21]、气管连接器[20]为开关内精炼菜籽油[13]构成闭环连通，大大减小电磁铁铁芯[15]的运动阻力。

结合图2，本发明的触发电极控制系统由无线遥控器、接收天线，以及封装在金属屏蔽壳[22]内的高频接收模块、解码IC、驱动电路、继电器、12V蓄电池组成。当按下遥控器按钮，遥控器发出的无线电信号被天线接收后传给高频接收模块，再经过解码IC解码后由驱动电路驱动继电器，使继电器动点闭合，由导线[18]接通蓄电池和电磁铁的绕线包[16]，电磁铁铁芯[15]吸合推动触发电极[9]向主电极运动，实现开关导通放电；松开遥控器按钮后，电磁铁铁芯[15]在弹簧[17]弹力作用下恢复到原来位置，等待下次触发放电。

Claims (1)

1.一种遥控油绝缘高压脉冲纳秒开关，包括外壳、电极盘、阴极、阳极、运动触发电极、遥控触发控制系统和开关内部油绝缘介质，其特征在于：所述外壳用绝缘性能好、机械强度高的有机玻璃整体加工而成，内部挖成双凹槽形状；所述阴极、阳极和触发电极均为不锈钢材质，阴极、阳极与电极盘通过螺栓紧固在一起，两电极的间距可以根据需要更换不同长度的电极来调节，也方便以后更换新电极；所采用的开关内部绝缘介质为精炼菜籽油，减小了开关导通放电时的电感，产生上升沿小于2ns的放电波形；所述遥控触发控制系统由电磁铁、无线接收控制电路、遥控器组成，电磁铁外壳头部螺纹与开关外壳紧拧在一起，所述无线接收控制电路包括天线、高频接收模块、解码IC、驱动电路、继电器和蓄电池，所述电磁铁铁芯末端通过有机玻璃杆与运动触发电极连接，通过遥控器远距离控制遥控触发控制系统给电磁铁通电，电磁铁铁芯带动触发电极向由上述阴极和阳极构成的主电极运动，实现开关导通放电。

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