CN102882130B - 一种三电极触发开关 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种三电极触发开关，其结构为同轴结构，包括阳极电极、阴极电极、触发电极、阴极密封件、用于绝缘和固定电极的绝缘罩、绝缘隔离件，使用绝缘紧固杆和绝缘紧固压板将各部分压紧密封。阳极电极内部设有用于流出气体的进气通道，高压气体流过触发间隙将触发间隙产生的带电粒子带入开关主间隙，使承受高压的主间隙导通。同时高压气体将主间隙放电产生的带电粒子由阴极电极底部的出气通孔及阴极密封件的出气通道带出开关，加快开关的绝缘强度恢复，配合相应的触发系统，开关可作重复频率使用。该开关结构简单，工作稳定性高，可适用于多种脉冲功率电源。
Description
技术领域
本发明涉及一种三电极触发开关，特别适用于脉冲电源用开关部件，属于高压开关制造及脉冲功率技术领域。
背景技术
随着脉冲功率技术的快速发展，许多经济、军事强国纷纷加入了该领域的研究中，而开关则是整套脉冲源最为重要的部件，其性能直接影响整套装置的输出性能。半导体开关器件如IGBT、晶闸管可以在工作电压下实现高重复频率，但由于其耐压及通流能力差，很难在高压大功率脉冲源中使用。而气体开关结构简单，易于加工，可以很容易实现较高的工作电压（如兆伏）和较大的导通电流，但由于电极绝缘间隙绝缘强度恢复等问题，气体开关工作频率不高，一般不超过1000赫兹，尤其是用于高电压大电流脉冲源的系统中，气体开关一般做单次闭合使用。在低频下使用的自击穿气体开关，由于带电粒子的积累及电极温度的升高，会出现开关的提前导通等问题。因此在二电极气体开关中添加一个触发电极可以有效保证其导通时间，避免延迟导通的出现，同时利用高压气流带走电极间产生的带电粒子，可以使开关在较短的时间内恢复绝缘强度，避免提前导通的发生。
现有技术涉及到的三电极触发开关，例如专利号为200510042621.7的发明专利《真空环境下可控三电极高能脉冲放电开关》，包括设置在绝缘外壳内的上、下电极，且由绝缘外壳及设置在绝缘外壳两端的端法兰构成的密闭壳体内的压力为10-3～10-4Pa，上电极和下电极至少有一个为活动电极，在固定电极内还镶嵌有触发电极或在上、下电极之间设置有触发电极。由于上、下电极密闭在真空环境下,具备极大的导通瞬态高能电流的能力，且导电通道密闭在真空环境中而不受外界干扰，提高了脉冲开关运行的可靠性。然而，该专利仅仅涉及到真空环境下的三电极放电开关，其应用范围具有一定局限且工艺复杂、造价高。
有鉴于此，本发明提出一种三电极触发开关，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是：提供一种三电极触发开关，用于重复频率脉冲源的开关部件，通过在触发间隙及电极主间隙吹过高压气流，加速间隙绝缘强度恢复速度，避免开关出现误触发，提高开关的稳定性，配合合适的触发系统，本发明可用于重频脉冲源中的主开关。
本发明所采用的技术方案是：一种三电极触发开关，包括阳极电极、阴极电极、触发电极、阴极密封件、绝缘罩、绝缘隔离件、绝缘紧固杆和绝缘紧固压板，其特征在于：
所述阳极电极整体呈圆柱形，内部有一条可供气体流过的通道，所述阳极电极中部设有多个可供气流流出的气孔，所述阳极电极固定在所述绝缘罩上；
所述触发电极呈圆环形，绕在阳极电极外周，在阳极电极与触发电极间施加触发脉冲即可放电，产生用于触发主电极间隙的带电粒子；
所述阴极电极呈圆筒形，与阳极电极构成同轴电极结构，阴极电极底部设有一个圆形通孔，用于流出气体，在阴极电极底部使用一个起密封和连接作用的阴极密封件，阴极密封件同样设置了用于流通气体的出气通道，触发电极与阴极电极之间使用绝缘隔离件进行隔离，避免两者之间发生放电；
前述各部件通过卡槽相互配合连接，并由两端两片绝缘紧固压板及中间绝缘紧固杆通过螺栓结构压紧固定。安装方便，拆卸简单，便于更换各个部件。
如上所述的三电极触发开关，其特征在于，阳极电极与触发电极、阳极电极与阴极电极构成两个同轴电极结构。相对于平板电极、棒棒电极、棒板电极，放电更加均匀，稳定。
如上所述的三电极触发开关，其特征在于，所述阳极电极上端部设有螺纹，用于固定导线。
如上所述的三电极触发开关，其特征在于，所述绝缘罩的中心有一个通孔，使用螺母将阳极电极夹在绝缘罩上。
如上所述的三电极触发开关，其特征在于，所述阴极密封件端部设有螺纹，用于固定导线。
如上所述的三电极触发开关，其特征在于，所述触发电极内边缘处设有倒角，其与阳极电极间距小于阳极电极与阴极电极间距。
本发明的有益效果是：本发明相比于现有三电极触发开关的优点是：（1）利用高压气体将触发电极与阳极电极间产生的带电粒子带到开关主间隙，使主间隙导通，能够缩短开关的触发时延（触发间隙击穿到主间隙导通的时间差）；（2）利用高速流动的气体可以将放电产生的带电粒子带离电极间隙，可以有助于电极间隙绝缘强度的恢复；（3）阳极与阴极构成同轴结构电极，电场分布相对均匀，导通时间的分散性小。
附图说明
图1是本发明实施例的三电极触发开关的二维剖面图。
图2是本发明实施例的三电极触发开关的外观的三维视图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。
图中标记说明：1－阳极电极，2－触发电极，3－阴极电极，4－阴极密封件，5－绝缘罩，6－绝缘隔离件，7－绝缘紧固杆，8－绝缘紧固压板。
以一台10kV三电极触发开关为例，如图1所示，由紫铜材质的阳极电极1、阴极电极3，触发电极2，阴极密封件4，聚四氟乙烯绝缘罩5、绝缘隔离件6、尼龙绝缘紧固杆7和绝缘紧固压板8组成，使用尼龙绝缘紧固杆7和绝缘紧固压板8将以上各部分压紧密封。其中阳极电极1外径30mm，阴极电极2内径40mm，开关整体外径120mm。
阳极电极1上端部设有螺纹，用于固定导线。内部设有用于通过高压气体的进气通道，气体由四个均布的圆孔流入开关内。阳极电极1中部气孔上方设置了一个圆台，用于固定。阳极电极1固定在绝缘罩5上；绝缘罩5的中心有一个通孔，使用螺母将阳极电极1夹在绝缘罩5上。
所述触发电极2呈圆环形，绕在阳极电极1外周，在阳极电极1与触发电极2间施加触发脉冲即可放电，产生用于触发主电极间隙的带电粒子。触发电极2内边缘处设有倒角，其与阳极电极1间距小于阳极电极1与阴极电极3间距，间隙为1mm。由于设有倒角，其对触发电压的峰值要求较低。触发电极2外表面留有螺纹孔，用于固定导线。
所述阴极电极3呈圆筒形，与阳极电极1构成同轴电极结构，阴极电极3底部设有气体流出的通孔，底部使用阴极密封件4密封，阴极密封件4内部同样设有用于流出气体的出气通道，边缘设有螺纹用于固定导线。触发电极2与阴极电极3中间用绝缘隔离件6隔开，且保证一定距离，避免由于阳极电极1与阴极电极3导通时，触发电极2与阴极电极3存在电压差，而引起两者之间击穿。
工作时阳极电极1和阴极电极3之间承担主电压，该电压小于两电极之间自击穿电压。在触发电极2与阳极电极1之间施加触发脉冲电压，触发间隙击穿后产生大量带电粒子，高速流动的气体将产生的带电粒子带入阳极电极1与阴极电极3的主间隙，由于带电粒子的引入，主间隙立刻导通。高速流动的气体，将主间隙放电产生的带电粒子通过阴极电极3底部的通气孔由阴极电极密封件4内部的出气通道带出，保证主间隙的绝缘强度，避免由于带电粒子存在导致主间隙误导通。
该开关结构简单，拆卸方便。更换不同尺寸的阳极电极和阴极电极，即可实现不同的工作电压。由于吹气的作用，主间隙绝缘强度恢复很快，可用于重复频率脉冲电源。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (6)
1.一种三电极触发开关，包括阳极电极、阴极电极、触发电极、阴极密封件、绝缘罩、绝缘隔离件、绝缘紧固杆和绝缘紧固压板，其特征在于：
所述阳极电极整体呈圆柱形，内部有一条可供气体流过的通道，所述阳极电极中部设有多个可供气流流出的气孔，所述阳极电极固定在所述绝缘罩上；
所述触发电极呈圆环形，绕在阳极电极外周，在阳极电极与触发电极间施加触发脉冲即可放电，产生用于触发主电极间隙的带电粒子；
所述阴极电极呈圆筒形，与阳极电极构成同轴电极结构，阴极电极底部设有一个圆形通孔，用于流出气体，在阴极电极底部使用一个起密封和连接作用的阴极密封件，阴极密封件同样设置了用于流通气体的出气通道，触发电极与阴极电极之间使用绝缘隔离件进行隔离，避免两者之间发生放电；
所述绝缘罩、触发电极、绝缘隔离件、阴极电极依次通过卡槽结构相互配合连接，并由两端两片绝缘紧固压板及中间绝缘紧固杆通过螺栓结构压紧固定。
2.根据权利要求1所述的三电极触发开关，其特征在于，阳极电极与触发电极、阳极电极与阴极电极构成两个同轴电极结构。
3.根据权利要求1所述的三电极触发开关，其特征在于，所述阳极电极上端部设有螺纹，用于固定导线。
4.根据权利要求1所述的三电极触发开关，其特征在于，所述绝缘罩的中心有一个通孔，使用螺母将阳极电极夹在绝缘罩上。
5.根据权利要求1所述的三电极触发开关，其特征在于，所述阴极密封件端部设有螺纹，用于固定导线。
6.根据权利要求1所述的三电极触发开关，其特征在于，所述触发电极内边缘处设有倒角，其与阳极电极间距小于阳极电极与阴极电极间距。
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