CN102983501A - 一种间隙可调的球面电极火花隙开关 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种间隙可调的球面电极火花隙开关。开关外壳为圆筒状,开关外壳侧挡与开关外壳通过粘接方式结合;阳极支撑通过螺丝与开关外壳侧挡固定,并通过其中心通孔上的螺纹与阳极的螺柱结合;阳极接线端通过两个螺母固定导线;阳极位于开关筒体内部的一端为放电的球面部分,另一端为螺柱;螺柱在支撑阳极的同时还起到阳极接线的任务。阴极和其支撑为一体;阴极中心部分放置触发电极或不放置触发电极;如果阴极中心部分放置触发电极,则触发电极经过触发电极护套保护后放置于阴极内部,触发电极的引线通过触发电极接线端和滚花平头螺钉引入。本发明放电气隙长度可调,可以灵活地根据开关放电电压的要求改变放电气隙长度,使得开关工作的范围更广。

Description

一种间隙可调的球面电极火花隙开关
技术领域
本发明涉及一种间隙可调的球面电极火花隙开关,用于脉冲功率电源,空气击穿特性研究等领域。
背景技术
脉冲功率技术是对能量在时间和空间上进行压缩,然后在较短的时间内以较高的功率释放能量到特定负载上的技术。脉冲功率电源是脉冲功率系统中的关键装置,其作用是在较短时间内产生高压高瞬时功率的脉冲,用以驱动特定负载,它一般主要由三部分构成:储能装置、高压开关和负载,其中高压开关是高压脉冲电源的核心部件,高压开关的性能直接决定着电源整体的性能。
目前,由于脉冲功率电源在工业可以科研领域的广泛应用,例如:废水处理、废气处理、杀菌消毒、高能粒子束产生、等离子体产生等,对高压开关的性能也提出了一些基本要求,即,1)脉冲上升沿陡;2)高电压,大电流,高功率;3)开关的工作参数方便易调整;4)工作寿命长。传统开关如晶闸管、IGBT、MOSFT等虽然工作寿命长,重复频率高,但是开断电压和电流不能太大,开断功率小,开断高电压大电流所用时间较长,价格昂贵,并且需要有复杂的控制和保护电路,因而限制了其在高压脉冲电源技术中的应用。火花隙开关由于其具有开断电压高、电流大、开关时间短、成本低、控制简单等优点而在高压脉冲电源技术中得到了广泛应用。火花隙开关由阳极、阴极和触发极组成,当触发极施加一定电压值的快上升沿触发脉冲时,空气间隙击穿而导通。
火花隙开关具有过流能力强,工作参数易调整,触发电路简易,工作可靠,寿命较长的优点,但是也存在工作频率较低(导通后气隙需要恢复时间),体积较大,绝缘结构复杂等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种放电间隙可调的火花隙开关,解决目前火花隙开关存在的一些问题,如开关的工作参数不易调整,寿命短等。提供一种用于脉冲功率系统中的开关能力强,适用范围广的火花隙开关。
本发明是这样实现的:本放电间隙可调的火花隙开关包括:开关外壳、开关外壳侧挡、阳极支撑、阳极、阴极和阳极接线端。
开关外壳为圆筒状,开关外壳侧挡与开关外壳通过粘接方式结合;阳极支撑通过螺丝与开关外壳侧挡固定,并通过其中心通孔上的螺纹与阳极的螺柱结合,起到支持阳极和调整阳极位置的作用;阳极接线端通过两个螺母固定导线;阳极位于开关筒体内部的一端为放电的球面部分,另一端为螺柱;螺柱在支撑阳极的同时还起到阳极接线的任务。
阴极是固定的,阴极和其支撑为一体,并且不需要螺柱;阴极中心部分放置触发电极或不放置触发电极;阴极接线直接通过其支撑体接入;如果阴极中心部分放置触发电极,则触发电极经过触发电极护套保护后放置于阴极内部,触发电极的引线通过触发电极接线端和滚花平头螺钉引入;触发电极护套起到绝缘和支撑触发电极的作用。
本发明的有益效果:
1)开关的放电气隙可调,可以灵活地根据开关放电电压的要求改变放电气隙,使得开关工作的范围更广。同时,由于开关工作的环境(如气压、温度、湿度等)改变,会导致开关工作特性发生改变,此时可以通过调整放电间隙适应环境的变化。
2)开关的阴极和阳极的放电面都采用球面结构,可以保证阴极和阳极上的放电面更为均匀,减小阴极和阳极轴线相对位置的差异对放电面的影响。另外,阴极和阳极采用大直径的球面结构,能够使得放电时空气击穿的通道更大,降低开关的导通电阻。
3)触发电极的放电部位为圆锥形状,能够降低触发难度。触发电极位于阴极外部的表面呈波纹状,用以提高绝缘距离,防止阴极与触发电极间的沿面放电。
4)该结构的火花隙开关拆卸维修方便,提高了开关的实用性。
附图说明
图1为本发明实施例1的火花隙开关构造图。
图中标记:1-开关外壳;2-开关外壳侧挡;3-阳极支撑;4-阳极;5-阴极;6-触发电极护套;7-触发电极;8-阳极接线端;9-触发电极的接线端;10-滚花平头螺钉。
图2为本发明实施例1阴极侧视图。
图3为本发明实施例1阴极剖面图。
图4为本发明实施例1触发电极护套剖面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
实施例1:
用于脉冲功率系统的间隙可调主控开关(适用于工作电压在10~50 kV之间,过流能力要求高的场合)。见图1,该开关包括开关外壳1、开关外壳侧挡2、阳极支撑3、阳极4、阴极5、触发电极护套6、触发电极7、阳极接线端8、触发电极的接线端9和滚花平头螺钉10。
开关外壳1为圆筒状有机玻璃材料,方便观测开关内部情况,筒体的厚度应>10cm以保证足够的强度,筒体的长度应大于阳极4和阴极5位于筒体内部的长度+50kV/30kV·cm-1(最高工作电压下要保证的气隙长度);开关外壳侧挡2同样为有机玻璃材质,其直径为开关外壳1外径的1.5倍;开关外壳侧挡2与开关外壳1通过粘接方式结合。
阳极支撑3和阳极4,阴极5一样为黄铜材质,性能稳定,电导率高;阳极支撑3通过螺丝与开关外壳侧挡2固定,并通过其中心通孔上的螺纹与阳极4的螺柱结合,起到支持阳极4和调整阳极4位置的作用;阳极接线端8通过两个M8螺母固定导线。
阳极4位于开关筒体内部的一端为放电的球面部分,另一端为螺柱;球面部分的直径>20cm的球面,螺柱在支撑阳极的同时还起到阳极接线的任务。
由于阴极5是固定的,所以阴极5和其支撑为一体,并且不需要螺柱;阴极5中心部分为通孔,用以放置触发电极7;阴极接线直接通过其支撑体接入。
触发电极7经过触发电极护套6保护后放置于阴极5内部,触发电极7的引线通过触发电极接线端9和滚花平头螺钉10引入。触发电极护套6起到绝缘和支撑触发电极7的作用。
放置触发电极7时应保持触发电极7的圆锥尖端与阴极5的放电球面齐平,以保证良好的触发,并且防止误触发。
正常工作时,电路正极连接本开关的阳极4,电路的地连接本开关的阴极5,高压脉冲触发信号连接本开关的触发电极7。调节阳极4和阴极5之间的空气间隙,稍大于工作电压的空气绝缘间距,防止开关自击穿。正常工作时,阳极4和阴极5之间施加额定工作电压,在触发电极7上施加相同电压等级的触发脉冲信号,首先在阴极5和触发电极7之间电场畸变,引起放电现象,进而阳极4和阴极5之间的空气间隙击穿,开关导通。
实施例2:
用于脉冲功率系统的自击穿火花隙开关(适用于工作电压在10~50 kV之间,过流能力要求高的场合)。本实施例不需要触发电极7及其附件,阴极5因不需要放置触发电极,中心为实心结构。其余部件连接方式均与实施例1相同。
本实施例中,上述部件按照实施例1所述的方式连接完成后,电路正极连接本开关的阳极4,电路的地连接本开关的阴极5,调节阳极4和阴极5之间的空气间隙,使之稍大于工作电压的空气绝缘间距(考虑到常态下气体的击穿电压稍低于30kV/cm)。电路工作时,施加于阳极4和阴极5之间电压大于气隙耐压,气隙击穿,开关导通。
可通过调节阳极4的位置,调整此自击穿火花隙开关的额定工作电压。

Claims (1)

1.一种间隙可调的球面电极火花隙开关,包括开关外壳(1)、开关外壳侧挡(2)、阳极支撑(3)、阳极(4)、阴极(5)和阳极接线端(8),其特征在于开关外壳(1)为圆筒状,开关外壳侧挡(2)与开关外壳(1)通过粘接方式结合;阳极支撑(3)通过螺丝与开关外壳侧挡(2)固定,并通过其中心通孔上的螺纹与阳极(4)的螺柱结合,起到支持阳极(4)和调整阳极(4)位置的作用;阳极接线端(8)通过两个螺母固定导线;阳极(4)位于开关外壳(1)内部的一端为放电的球面部分,另一端为螺柱;螺柱在支撑阳极(4)的同时还起到阳极接线的任务;
阴极(5)是固定的,阴极(5)和其支撑为一体;阴极(5)中心部分放置触发电极(7)或不放置触发电极(7);阴极接线直接通过其支撑体接入;如果阴极(5)中心部分放置触发电极(7),则触发电极(7)经过触发电极护套(6)绝缘与保护后放置于阴极(5)内部,触发电极(7)的引线通过触发电极接线端(9)和滚花平头螺钉(10)引入;触发电极护套(6)起到绝缘和支撑触发电极(7)的作用。
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