CN102404928A - 用于消弧的设备和系统以及装配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明名称为用于消弧的设备和系统以及装配方法，涉及一种消融等离子体枪(100)包括具有第一直径(110)的第一部分(106)以及具有比第一直径(110)更大的第二直径(112)的第二部分(108)，其中腔室(104)由第一部分(106)和第二部分(108)来限定。

Description

用于消弧的设备和系统以及装配方法
技术领域
一般来说，本文所述的实施例涉及等离子体枪，更具体来说，涉及供消除电弧闪光中使用的消融等离子体枪。
背景技术
电弧装置可用于多种应用，包括例如串联电容器保护、高功率开关、发声器、冲击波发生器、脉冲等离子体推力器和电弧抑制装置。这类已知装置一般包括通过空气间隙所分开的两个或更多主电极。偏置电压则在间隙上施加到主电极。但是，至少部分已知电弧装置要求将主电极密集定位在一起。间隙中的污染物或者甚至空气的特性阻抗能够在不合需要的时间导致在主电极之间的电弧形成，这能够导致断路器在原本不需要的时候跳闸。
相应地，至少部分已知电弧装置只是将主电极定位成更为远离，以便避免这类假肯定结果。但是，由于来自等离子体枪的等离子体的不太有效扩展，这些装置通常不太可靠。例如，至少部分已知等离子体枪提供一种等离子体扩展，它没有有效地促进主电极之间的空气间隙中的阻抗降低和有效电介质击穿。因此，这类等离子体枪会呈现较低的可靠性等级。
发明内容
在一个方面，消融等离子体枪包括具有第一直径的第一部分以及具有比第一直径更大的第二直径的第二部分，其中腔室由第一部分和第二部分来限定。
在另一方面，电弧闪光消除系统包括多个主电极，其中所述多个主电极中的每个主电极耦合到电路的不同部分。电弧闪光消除系统还包括相对于所述多个主电极定位的消融等离子体枪。消融等离子体枪包括具有第一直径的第一部分以及具有比第一直径更大的第二直径的第二部分，其中腔室由第一部分和第二部分来限定。
在另一方面，一种用于装配电弧闪光消除系统的方法包括：将多个主电极中的每个主电极耦合到电路的不同部分，并且相对于所述多个主电极来定位消融等离子体枪。消融等离子体枪包括具有第一直径的第一部分以及定位在第一部分之上并且具有比第一直径更大的第二直径的第二部分，其中腔室由第一部分和第二部分来限定。
附图说明
图1是示范消融等离子体枪的截面图。
图2是消融等离子体枪的一个备选实施例的截面图。
图3是包括图1或图2所示消融等离子体枪的示范消弧系统的简化电路图。
图4是图3所示消弧系统的截面图。
图5是图3所示消弧系统的透视图。
图6是示出装配图3-5所示消弧系统的示范方法的流程图。
具体实施方式
本文描述供通过起燃独立装置内的隔离弧进行的电弧闪光消除中使用的系统、方法和设备的实施例。这些实施例提供一种包括腔室的消融等离子体枪，腔室具有：第一部分，或下部，具有第一直径；以及第二部分，或上部，具有比第一直径更大的第二直径。这种等离子体枪设计便于可靠性提高以及增强消弧系统的主电极之间的等离子体击穿和电弧形成。例如，在主电极之间形成电弧之后，本文所述的实施例提供更大的等离子体扩展，这便于主电极之间的主间隙内增强的电介质击穿。附加等离子体扩展和电介质击穿使消弧系统能够在主电极之间的更大范围的偏置电压(包括低至200伏特的偏置电压)下并且在主间隙内的更大范围的阻抗下执行。
图1是示范消融等离子体枪100的截面图，所述示范消融等离子体枪100包括其中形成了腔室104的杯102。杯102包括第一部分106以及相对于第一部分106定位以便限定腔室104的第二部分108。例如，在示范实施例中，第二部分108定位在第一部分106之上。此外，第一部分106具有第一直径110。在示范实施例中，第一直径110大约为0.138英寸。另外，第二部分108具有比第一直径110更大的第二直径112。在示范实施例中，第二直径112大约为0.221英寸。应当注意，使等离子体枪100能够按本文所述起作用的任何适当尺寸可用于第一直径110和/或第二直径112。此外，在示范实施例中，整体地形成第一部分106和第二部分108，并且在其中限定腔室104。在一个备选实施例中，第一部分106和第二部分108分开地形成，并且耦合在一起以形成腔室104。在示范实施例中，杯102由诸如聚四氟乙烯、聚甲醛聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、其它消融聚合物之类的消融材料或者这些材料的多种混合物来形成。
此外，等离子体枪100包括盖114和基座116。在示范实施例中，盖114安装在基座116上，并且大小确定为包围杯102。具体来说，杯102定位在基座116与盖114之间。另外，喷嘴118在盖114内形成。喷嘴118定位在杯102的开口端120之上。在示范实施例中，盖114和/或基座116由与杯102相同的消融材料来形成。备选地，盖114和/或基座116由与杯102不同的一种或多种消融材料来形成，诸如耐火材料或陶瓷材料。
此外，在示范实施例中，等离子体枪100包括多个枪电极，其中包括第一枪电极122和第二枪电极124。第一枪电极122包括第一端126，而第二枪电极124包括第二端128，它们各扩展到腔室104中。例如，第一端126和第二端128从围绕腔室104的中心轴(未示出)的腔室104的径向相对侧进入腔室104。此外，第一端126和第二端128在腔室104上以对角线相对，以便限定用于形成电弧130的间隙。电极122和124或者至少第一端126和第二端128可由例如钨钢、钨、其它高温耐火金属或合金、碳或石墨或者允许电弧130形成的任何其它适当材料来形成。施加在电极122与124之间的电位的脉冲形成电弧130，电弧130加热并且消融杯102的消融材料的一部分，以便在高压下形成高导电等离子体132。等离子体132按照以超音速的扩展模式离开喷嘴118。等离子体132的诸如速度、离子浓度和扩展面积之类的特性可通过电极122和124的尺寸和/或通过第一端126与第二端128之间的分开距离来控制。等离子体132的这些特性还可由腔室104的内部尺寸、用于形成杯102的消融材料的类型、触发脉冲形状和/或喷嘴118的形状来控制。
图2是消融等离子体枪200的一个备选实施例的截面图。如图2所示，等离子体枪200由单一消融材料整体地形成。等离子体枪200包括腔室202，腔室202由第一部分204以及定位在第一部分204之上并且与第一部分204整体地形成的第二部分206来限定。此外，第一部分204具有第一直径208，而第二部分206具有第二直径210。在图2的示范实施例中，第二直径210大于第一直径208。此外，如图2所示，腔室202包括开口端212，开口端212部分地延伸于第二部分206上以形成喷嘴214。
图3是包括诸如图1的等离子体枪100之类的消融等离子体枪的示范电弧检测和消除系统300的简化电路图。但是，应当理解，图2的等离子体枪200还可与系统300配合使用。在示范实施例中，系统300还包括主电弧装置302、诸如电弧遏制装置(arc containmentdevice)，它包括多个主电极，例如通过空气或其它气体的主间隙308分开的两个或更多主电极304和306。例如，主电极304和306因第二直径112(图1所示)而定位成分开大约0.275英寸。主电极304与306之间的这个距离增强消弧系统300在低电压下的响应。每个主电极304和306分别耦合到电源电路的电气上不同的部分310和312，例如不同相、中性或地。将主电极304和306耦合到电源电路部分310和312在主间隙308上提供偏置电压314。在示范实施例中，偏置电压314处于大约650伏特与大约815伏特之间。系统300还包括触发电路316，它通过向等离子体枪100传送电脉冲来激活等离子体枪100。
此外，系统300包括逻辑电路322、诸如继电器或处理器。应当理解，术语“逻辑电路”和“处理器”一般指的是任何可编程系统，其中包括系统和微控制器、简化指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路以及能够运行本文所述功能的任何其它电路或处理器。上述示例只是示范性的，因而并不是要以任何方式限制这些术语的定义和/或含意。在示范实施例中，逻辑电路322通信上耦合到一个或多个传感器324，传感器324可包括光传感器、声传感器、电流传感器、电压传感器或者它们的任何组合。此外，系统300包括通信上耦合到逻辑电路322的一个或多个断路器326。
在操作期间，传感器324检测指示电弧闪光处于电源电路上的事件。例如，电流传感器能够检测通过电源电路的导体的电流的迅速增大，电压传感器能够检测电源电路的多个导体上的电压的迅速降低，或者光传感器能够检测闪光。在一些实施例中，传感器324包括电流传感器、电压传感器和/或光传感器的组合，使得在指定时间段之内可检测多个事件，以便指示电弧闪光的发生。在示范实施例中，传感器324向逻辑电路322传送表示所述检测的信号。在一些实施例中，逻辑电路322分析该检测，以便确定该事件是指示电弧闪光还是另外某种事件、诸如断路器326的跳闸。当逻辑电路322确定该事件指示电弧闪光时，逻辑电路322向触发电路316传送激活信号。然后，通过从触发电路316到等离子体枪100的电压或电流脉冲来触发主电弧装置302。响应电压或电流脉冲，等离子体枪100将消融等离子体318注入主间隙308，这充分降低主间隙308的阻抗，以便使主电极304与306之间的保护电弧320能够起燃。电弧320吸收来自电弧闪光的能量并且断开断路器326，这迅速停止电弧闪光并且保护电源电路。本文所使用的术语“主”一般指的是基于较大电弧的装置的元件，以便将这些元件与等离子体枪100的元件加以区分。
图4是消弧系统300的截面图，以及图5是消弧系统300的透视图。在示范实施例中，主电弧装置302和消融等离子体枪100位于耐压箱328中。在一些实施例中，箱328包括用于受控压力释放的一个或多个排出口330。此外，箱328包括外盖332和隔离容器或冲击防护机构(shock shield)334，它们限定安全地包含电弧320所形成能量的内腔室336。
图6是示出装配系统300(图3-5所示)的示范方法的流程图400。在示范实施例中，每个主电极304和306(图3-5所示)耦合402到(诸如电源电路之类的)电路的不同部分310和312(图3和图4所示)。每个主电极304和306的位置形成填充有空气或另一种气体的主间隙308(图3和图4所示)。此外，消融等离子体枪100的腔室104在杯102内形成404，并且喷嘴118在盖114(图1所示的各元件)中形成406。然后，盖114安装408到基座116(图1所示)上，使得杯102定位在基座116与盖114之间。备选地，并且参照图2，等离子体枪200由单一消融材料整体地形成。在这种实施例中，腔室202由消融材料来形成，其中包括第一部分204和第二部分206。
再次参照图6，并且在示范实施例中，枪电极122和124(图1所示)的第一端126和第二端128(均如图1所示)分别插入410腔室104，使得第一端126和第二端128从腔室104的中心轴沿径向相反方向延伸。然后，消融等离子体枪100或者备选地消融等离子体枪200相对于主电极304和306来定位412。另外，枪电极122和124在信号通信上耦合414到触发电路316(图3和图4所示)。
以上详细描述供电弧闪光消除中使用的系统、方法和设备的示范实施例。系统、方法和设备并不局限于本文所述的具体实施例，而是可独立于本文所述的其它操作和/或组件且与其分开地来使用方法的操作和/或系统和/或设备的组件的操作。此外，所述操作和/或组件也可在其它方法、系统和/或设备中定义或者与其结合使用，而并不局限于仅采用本文所述的系统、方法和存储介质来实施。
虽然结合示范电源电路环境来描述本发明，但是本发明的实施例对于许多其它通用或专用电路环境或配置是可操作的。电源电路环境不是要提出关于本发明的任何方面的使用或功能性的范围的任何限制。此外，电源电路环境不应当被理解为具有与示范操作环境中所示的组件的任一个或其组合相关的任何相关性或要求。
本文所示和所述的本发明的实施例中的操作的运行或执行顺序不是必需的，除非另加说明。也就是说，操作可按任何顺序来执行，除非另加说明，并且本发明的实施例可包括附加的或者比本文所公开的更少的操作。例如，考虑在另一个操作之前、同时或之后运行或执行特定操作落入本发明的方面的范围之内。
在介绍本发明或其实施例的方面的元件时，不定冠词、定冠词和“所述”意在表示存在一个或多个所述元件。术语“包含”、“包括”和“具有”意在包括在内，并且表示可能存在与列示元件不同的附加元件。
本书面描述使用示例来公开本发明，其中包括最佳模式，并且还使本领域的技术人员能够实施本发明，其中包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的专利范围由权利要求书来定义，并且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果这类其它示例具有与权利要求的文字语言完全相同的结构单元，或者如果它们包括具有与权利要求的文字语言的非实质差异的等效结构单元，则它们要处于权利要求的范围之内。
部件列表
 100   等离子体枪
 102   杯
 104   腔室
 106   第一部分
  108   第二部分
  110   第一直径
  112   第二直径
  114   盖
  116   基座
  118   喷嘴
  120   开口端
  122   第一枪电极
  124   第二枪电极
  126   第一端(第一枪电极)
  128   第二端(第二枪电极)
  130   电弧
  132   等离子体
  200   等离子体枪
  202   腔室
  204   第一部分
  206   第二部分
  208   第一直径
  210   第二直径
  212   开口端
  214   喷嘴
  300   电弧检测和消除系统
  302   主电弧装置
  304   主电极
  306   主电极
  308   主间隙
  310   电源电路的电气上不同的部分
  312   电源电路的电气上不同的部分
  314   偏置电压
  316   触发电路
  318   消融等离子体
  320   电弧
  322   逻辑电路
  324   传感器
  326   断路器
  328   箱
  330   排出口
  332   外盖
  334   冲击防护机构
  336   内腔室
  400   流程图
  402   将主电极耦合到电路
  404   在杯中形成腔室
  406   在盖中形成喷嘴
  408   将盖安装到基座上
  410   将枪电极的第一端和第二端插入腔室
  412   相对于主电极来定位等离子体枪
  414   将枪电极耦合到触发电路

Claims (10)

1.一种消融等离子体枪(100)，包括具有第一直径(110)的第一部分(106)以及具有比所述第一直径(110)更大的第二直径(112)的第二部分(108)，其中腔室(104)由所述第一部分(106)和所述第二部分(108)来限定。
2.如权利要求1所述的消融等离子体枪(100)，其中，所述第二部分(108)定位在所述第一部分(106)之上。
3.如权利要求1所述的消融等离子体枪(100)，其中，所述第一部分(106)和所述第二部分(108)整体地形成。
4.如权利要求1所述的消融等离子体枪(100)，还包括其中包含第一端(126)的第一枪电极(122)以及其中包含第二端(128)的第二枪电极(124)，其中所述第一端(126)和所述第二端(128)从所述腔室(104)的中心轴沿相反方向延伸。
5.如权利要求4所述的消融等离子体枪(100)，其中，所述第一枪电极(122)的所述第一端(126)以及所述第二枪电极(128)的所述第二端(128)在所述腔室(104)的径向相对侧进入所述腔室(104)。
6.如权利要求1所述的消融等离子体枪(100)，其中，所述腔室(104)还包括部分地延伸于所述第二直径(112)上的开口端(120)，使得所述开口端(120)限定喷嘴(118)。
7.如权利要求1所述的消融等离子体枪(100)，还包括：
具有开口端(120)的杯(102)，其中所述腔室(104)在所述杯(102)内形成；以及
大小确定为包围所述杯(102)的盖(114)，其中所述盖(114)包括喷嘴(118)。
8.如权利要求7所述的消融等离子体枪(100)，还包括基座(116)，其中所述盖(114)安装到所述基座(116)上，并且所述杯(102)定位在所述基座(116)与所述盖(114)之间。
9.一种电弧闪光消除系统(300)，包括：
多个主电极(304，306)，其中所述多个主电极(304，306)中的每个主电极耦合到电路(310，312)的不同部分；以及
相对于所述多个主电极(304，306)定位的消融等离子体枪(100)，其中所述消融等离子体枪(100)包括具有第一直径(110)的第一部分(106)以及具有比所述第一直径(110)更大的第二直径(112)的第二部分(108)，并且其中腔室(104)由所述第一部分(106)和所述第二部分(108)来限定。
10.如权利要求9所述的电弧闪光消除系统，其中，所述多个主电极(304，306)间隔开，使得所述多个主电极之间的区域限定主间隙(308)，并且其中所述消融等离子体枪(100)配置成将消融等离子体(318)注入所述主间隙(308)，以便触发所述多个主电极(304，306)之间的电弧。
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