CN102223102B - 一种开关与电容器一体化的快放电单元 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种开关与电容器一体化的快放电单元，两只电容器和位于电容器之间的开关构成同轴结构，电容器引出高压电极(2；12)同时为气体开关高压电极，电容器与开关共用绝缘壳体。采用本发明的放电单元在同等储能的条件下可以显著减小模块尺寸和支路电感，提高输出电流、减小上升时间、提高放电电流峰值和缩短脉冲电流前沿，在脉冲功率初级储能Marx发生器和直线型脉冲变压器驱动源中具有广泛应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种开关与电容器一体化的快放电技术，具体地说是一种开关与电容器一体化的快放电单元。在脉冲功率初级储能Marx发生器和直线型脉冲变压器驱动源中具有广泛应用。
背景技术
脉冲功率技术在核武器物理、高能密度物理、辐射效应模拟、惯性约束聚变(ICF)及聚变能源(IFE)等国防和民用领域具有极为重要的应用，而脉冲功率驱动源是应用的基础和前提。目前国际上正在积极研究以直线型脉冲变压器(LTD)为基础建造下一代大型脉冲功率源。LTD中最基本的单元“支路”由2只工作电压100kV容量数十nF的电容与1只气体开关串联组成，多个这样的支路并联构成一个模块，多个模块通过并联或串联从而获得大电流或高电压。因此LTD中支路的参数直接关系到脉冲功率源的输出特性。但是目前支路中电容器与开关分立，参照图1所示：包括气体开关21、上电容器22、下电容器23，通过电极连接在一起，增加了支路电感，支路电感约240nH，从而限制了支路输出电流的幅值和前沿。
发明内容
为了克服现有技术的以上缺陷，本发明解决的技术问题是提供一种电容器与开关完全一体化的单级快放电单元结构。
本发明的技术方案为：
一种开关与电容器一体化的快放电单元，两只电容器和位于电容器之间的开关构成同轴结构，电容器引出高压电极2、12同时为气体开关高压电极，电容器与开关共用绝缘壳体。
进一步优选，所述的一只电容器包括串联电容器元件10双端引出电极插片与上电容器低压引出电极1、上电容器的高压电极2、上电容器绝缘封装外壳体6，充电引入电极7。
进一步优选，所述的另一只电容器包括串联电容器元件8双端引出电极插片与下电容器低压引出电极11、下电容器的高压电极12、绝缘壳体9，充电引入电极14。
进一步优选，所述的上电容器绝缘封装外壳体6下端面与下电容器绝缘封装外壳体9上端面通过绝缘紧固螺钉13构成气体开关密封腔室，上下开关电极3、4与触发电极5构成距离相等的开关间隙，开关电极3与一只电容器高压引出电极2直接连接，开关电极4与另一只电容器高压引出电极12直接连接。
在本发明的一个优选实施例中，所述的电容器串联元件两端引出宽插片电极，与电容器高压电极板、低压电极板压接或焊接引出，电容器元件封装在绝缘壳体内，电容器充电电极通过侧面引入电极7、14引入到电容器高压电极2、12。
进一步优选，所述的开关电极3、4与电容器引出高压电极2、12直接连接，开关密封腔室由两只电容器绝缘壳体6、9，通过绝缘紧固螺钉13封装形成，触发电极5位于腔体中间位置。
在本发明的一个优选实施例中，所述的上下两只电容器，容量分别为12nF。
在本发明的一个优选实施例中，场畸变气体开关为距离相等的2个气体间隙，间隙距离6mm。
在本发明的一个优选实施例中，回流电极板采用宽度60mm，厚度1mm的铜板。
在本发明的一个优选实施例中，其工作电压100kV，回路电感为150nH。
本发明的有益效果为：两只电容器和位于电容器之间的开关构成同轴状，电容器元件串联后从元件大面积平面引出高压电极，电容器高压电极与气体开关高压电极直接连接，电容器与开关共用绝缘壳体。采用该结构的放电单元在同等储能的条件下可以显著减小模块尺寸和支路电感，提高输出电流、减小上升时间、提高放电电流峰值和缩短脉冲电流前沿。
附图说明
图1为本发明的背景技术支路中开关和电容器的连接示意图；
图2为本发明一种开关与电容器一体化的快放电单元的结构图。
具体实施方式
结合图2说明电容器与开关一体化单级放电单元的实施技术方案，串联电容器元件(10)双端引出电极插片与上电容器的高压电极2、上电容器低压引出电极1、绝缘壳体6，充电引入电极7组成一只电容器，串联电容器元件8双端引出电极插片与下电容器低压引出电极11、下电容器的高压电极12、绝缘壳体9，充电引入电极14组成另一只电容器，电容器绝缘壳体6下端面与电容器绝缘壳体9上端面通过绝缘紧固螺钉13构成气体开关密封腔室，气体开关的上、下高压电极3、4与触发电极5构成距离相等的开关间隙，气体开关的上高压电极3与一只电容器高压引出电极2直接连接，气体开关的下高压电极4与一只电容器高压引出电极12直接连接。开关与两只电容器构成低电感同轴状，显著减小了电容器与开关连接段、电容器元件串联组件引出绝缘壳体外的高压电极之间的电感，同时电容器引出电极为大面积电极板，电感远小于目前塑壳电容器通过数个螺钉引出到细条状电极结构的电感。电容器与开关组成完全一体化快放电支路。
整个快放电支路的工作过程如下：利用直流高压电源通过上、下电容器的高压电极7、14给电容器充电，同时气体开关的上、下高压电极也带上相同的高压电位；充电完成之后，采用外部措施，通过开关触发电极施加一个高压脉冲，从而导致气体开关的两个间隙相继放电击穿，之后上、下两个高压电容器通过已经击穿的气体开关串联放电，通过大面积上下电极板1、11引出，可以作为马克斯(Marx)发生器和LTD的基本放电单元。
采用上述结构，设计试制了上下两只电容器，容量分别为12nF，工作电压100kV，场畸变气体开关为距离相等的2个气体间隙，间隙距离6mm，采用宽度60mm厚度1mm的铜板作为回流电极板，通过短路放电实验，测得快放电支路的回路电感约150nH，远小于目前目前FLTD放电支路的电感约240nH。
Claims (3)
1.一种开关与电容器一体化的快放电单元，其特征在于，两只电容器和位于电容器之间的开关构成同轴结构，电容器高压引出电极(2；12)同时为气体开关高压电极，电容器与开关共用绝缘壳体，所述两只电容器中的上电容器包括电容器串联元件(10)、双端引出电极插片与上电容器低压引出电极(1)、上电容器的高压引出电极(2)、上电容器绝缘封装外壳体(6)，充电引入电极(7)，
所述两只电容器中的下电容器包括串联电容器元件(8)双端引出电极插片与下电容器低压引出电极(11)、下电容器高压引出电极(12)、下电容器绝缘封装外壳体(9)，充电引入电极(14)，
所述的上电容器绝缘封装外壳体(6)下端面与下电容器绝缘封装外壳体(9)上端面通过绝缘紧固螺钉(13)构成气体开关密封腔室，上下开关电极(3；4)与触发电极(5)构成距离相等的开关间隙，上开关电极(3)与上电容器高压引出电极(2)直接连接，下开关电极(4)与下电容器高压引出电极(12)直接连接。
2.根据权利要求1所述的开关与电容器一体化的快放电单元，其特征在于，所述的上电容器串联元件两端引出宽插片电极，与电容器高压电极板、低压电极板压接或焊接引出，电容器元件封装在绝缘壳体内，电容器充电电极通过充电引入电极(7；14)引入到电容器高压引出电极(2；12)。
3.根据权利要求2所述的开关与电容器一体化的快放电单元，其特征在于，所述的上开关电极(3)与上电容器高压引出电极(2)直接连接，开关密封腔室由两只电容器绝缘封装外壳体(6；9)，通过绝缘紧固螺钉(13)封装形成，触发电极(5)位于腔体中间位置。
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