CN104218923B - 盘片四元式紧凑型Marx发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盘片四元式紧凑型Marx发生器，第一电容器组、第二电容器组、第三电容器组和第四电容器组组成一个电容盘，该电容盘为圆环形状，开关腔设置在圆环内，第一火花隙开关和第二火花隙开关均设置在开关腔中，充电电感为4路，4路充电电感成十字形分布，负载电阻设置两个相邻的电容器组之间的间隙内，充电电感与电容盘电连接，第一火花隙开关的两端分别与第一电容器组和第二电容器组电连接，第二火花隙开关的两端分别与第三电容器组和第四电容器组电连接，负载电阻的一端与电容盘的输出端电连接，该负载电阻的另一端接地。实现电容值选择灵活方便，结构紧凑的优点。

Description

盘片四元式紧凑型Marx发生器

技术领域

本发明涉及脉冲功率技术领域，具体地，涉及一种盘片四元式紧凑型Marx发生器。

背景技术

高功率脉冲技术中，作为初级能源大多采用Marx发生器，Marx发生器能在较低的充电电压下，通过并联充电、串联放电的方式，产生兆伏量级的高压脉冲信号。随着技术及应用需求的发展，脉冲功率系统除了满足输出电压、功率等基本的要求以外，还对其体积和重量提出了更高的要求。

公开号为“103457577A”的Marx发生器采用紧凑型纳秒高压脉冲源，省掉了现有高压脉冲源中的峰化回路，由Marx发生器、控制单元、高压直流充电电源三部分组成，其中Marx发生器包括壳体、脉冲电容器、气体火花开关，壳体、脉冲电容器、气体火花开关均为圆柱形，且三者同轴设置，壳体包括金属壳身及位于壳身两端与壳身固定连接的输入端绝缘支撑盖和输出端绝缘支撑盖。

公开号为“102185515A” 高电压Marx发生器，包括33级，每级由高压电容器和一个气体开关组成，共若干排，呈S型排列，每排三条充电电阻支路呈弧形布置在每排的正上方；排内5个开关的触发电极引出均斜向下方，所有排各自通过倾斜的两根尼龙吊带悬挂在Marx油箱盖板上，发生器首排5个开关采用外触发方式，开关选用四电极预电离开关；发生器剩余排的28个开关则采用耦合过电压触发方式，选用三电极场畸变开关。Marx发生器整体布局采用S形结构,使得回路电流的分布尽量靠近、并且方向相反,从而使得回路电感尽量互相抵消,降低整个发生器的回路电感,实现低电感。所用的充电电阻、触发电阻、隔离电阻均采用水电阻,用去离子水充氯化钾溶液,外壳是耐油塑料软管,可以弯曲使用。采用塑料软管自身的柔韧性做密封结构,不需另外的密封槽。同时,在过渡电极中间及边缘紧缩环的端面做电气连接结构,方便实现了电气连接的转换。在Marx发生器输出端设置一个充电保护电阻,在充电过程中用于防止Marx发生器自放对后面负载产生不良影响,增加了发生器运行的可靠性。本发明的主要特点是结构紧凑、电感低,同时还具有建立时间的抖动小和可靠性高的特点。

上述公开的专利文件中的Marx发生器均存在电容值选择不够灵活方便，结构不够紧凑的问题。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种盘片四元式紧凑型Marx发生器，以实现电容值选择灵活方便，结构紧凑的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种盘片四元式紧凑型Marx发生器，包括第一电容器组、第二电容器组、第三电容器组、第四电容器组、开关腔、第一火花隙开关、第二火花隙开关、充电电感和负载电阻，所述第一电容器组、第二电容器组、第三电容器组和第四电容器组组成一个电容盘，该电容盘为圆环形状，所述开关腔设置在圆环内，所述第一火花隙开关和第二火花隙开关均设置在开关腔中，所述充电电感为4路，4路充电电感成十字形分布，所述负载电阻设置两个相邻的电容器组之间的间隙内，所述充电电感与电容盘电连接，所述第一火花隙开关的两端分别与第一电容器组和第二电容器组电连接，所述第二火花隙开关的两端分别与第三电容器组和第四电容器组电连接，所述负载电阻的一端与电容盘的输出端电连接，该负载电阻的另一端接地。

优选的，所述充电电感采用空芯长螺距螺旋线进行绕制。

优选的，第一电容器组、第二电容器组、第三电容器组和第四电容器组均为扇形，且第一电容器组、第二电容器组、第三电容器组和第四电容器组均由多个电容器并联组合而成。

优选的，所述第一火花隙开关和第二火花隙开关均采用圆柱型平面电极头，该圆柱型平面电极头通过细牙螺纹连接杆固定于开关腔之间，细牙连接螺纹连接杆内部安装有压缩弹簧。

优选的，所述电容盘为多个，多个所述电容盘叠加在一起，多个第一火花隙开关成线性排列，多个第二火花隙开关也成线性排列。

优选的，所述开关腔为圆弧拱形结构。

优选的，所述第一火花隙开关和第二火花隙开关之间分开一定的间隔距离。

本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明的技术方案，利用盘片四元结构的Marx发生器通过并联多个小容值电容器组合成较大容值的电容，不仅在电容值选择上灵活方便，而且在结构上更加紧凑，适应了小型化、紧凑型脉冲功率系统的发展需要。本发明技术方案中的盘片四元式紧凑型Marx发生器与现有的单片单级Marx发生器相比，长度缩小四分之三，更易实现结构紧凑和小型化。

火花隙开关成线性排列，火花放电后产生的辉光相互照射，有助于Marx的顺利建立。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例所述的盘片四元式紧凑型Marx发生器结构示意图；

图2为图1所示的盘片四元式紧凑型Marx发生器中火花隙开关及开关腔的放大剖视图；

图3为本发明实施例所述的盘片四元式紧凑型Marx发生器的电子电路图。

结合附图，本发明实施例中附图标记如下：

1-第一电容器组；2-第二电容器组；3-第三电容器组；4-第四电容器组；5-第一火花隙开关；6-第二火花隙开关；7-开关腔；8-充电电感；9-负载电阻；10-细牙螺纹连接杆；11-压缩弹簧；12-圆柱型平面电极头。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示，一种盘片四元式紧凑型Marx发生器，包括第一电容器组1、第二电容器组2、第三电容器组3、第四电容器组4、开关腔7、第一火花隙开关5、第二火花隙开关6、充电电感8和负载电阻9，第一电容器组1、第二电容器组2、第三电容器组3和第四电容器组4组成一个电容盘，该电容盘为圆环形状，开关腔7设置在圆环内，第一火花隙开关5和第二火花隙开关6均设置在开关腔7中，充电电感8为4路，4路充电电感成十字形分布，负载电阻9设置在第一电容器组和第四电容器组的间隙内，负载电阻9设置两个相邻的电容器组之间，充电电感8与电容盘电连接，第一火花隙开关5的两端分别与第一电容器组1和第二电容器组2电连接，第二火花隙开关6的两端分别与第三电容器组3和第四电容器组4电连接，负载电阻9的一端与电容盘的输出端电连接，该负载电阻9的另一端接地。

其中，充电电感8采用空芯长螺距螺旋线进行绕制。

第一电容器组1、第二电容器组2、第三电容器组3和第四电容器组4均为扇形，且第一电容器组1、第二电容器组2、第三电容器组3和第四电容器组4均由多个电容器并联组合而成。

第一火花隙开关5和第二火花隙开关6均采用圆柱型平面电极头12，该圆柱型平面电极头12通过细牙螺纹连接杆10固定于开关腔7之间，细牙连接螺纹连接杆10内部安装有压缩弹簧11。

电容盘为多个，多个电容盘叠加在一起，多个第一火花隙开关5成线性排列，多个第二火花隙开关6也成线性排列。

如图1所示，四个扇形状的电容器组由多个小容值电容器并联组合而成，分别布置于圆环的四个象限。开关腔7及火花隙开关组布置于圆环中心，两组火花隙开关间隔一定距离，以增加其沿面电场。两组（四路）正负充电电感采用空芯长螺距螺旋线进行绕制并置于扇形电容间隙，成十字排列，分别对四个扇形电容器组充电。第一火花隙开关5分别连接第一电容器组1和第二电容器组2，第二火花隙开关6分别连接第三电容器组3和第四电容器组4，第一电容器组1、第二电容器组2、第三电容器组3和第四电容器组4通过连接片直接连接，当Marx建立时，第一电容器组1、第二电容器组2、第三电容器组3和第四电容器组4通过两组火花隙开关组依次串联放电。负载电阻9置于扇形电容器间隙之间，分别连接盘状Marx发生器的输出端和接地端。依据这种连接方式，将上一级圆盘的输出端和下级圆盘的输入端连接，即可将多个圆盘串联叠加，以增加Marx发生器的输出电压和功率。随着电容盘的叠加，开关腔中的相应的火花隙开关呈线性排列，火花放电后产生的辉光相互照射，有助于Marx的顺利建立。

如图2所示，两组火花隙开关均采用圆柱型平面电极头12，圆柱型平面电极头12通过细牙螺纹连接杆10固定于开关腔7之间，通过旋转电极头可对火花开关间隙进行细微调节。细牙连接螺纹连接杆10内部安装有压缩弹簧11，当开关间隙调节完成后，其压缩弹簧11可以紧压住电极头，使电极间隙即使在震动的环境中也不会产生变化。两组火花隙开关分开一定距离，以增大其沿面电场。开关腔7采用拱形结构，连接端面开放，可以与Marx内部结构进行一体绝缘设计，避免单独开关腔体设计，使结构简单、紧凑。

如图3所示，C0为Marx发生器电容，L0为Marx发生器充电电感，K1至K6为Marx发生器的火花隙开关，R为负载电阻。

Marx发生器采用两组正负双边（即四路充电）、全电感充电，当Marx发生器建立后，电容器对负载电阻串联放电。

开关腔采用圆弧拱形结构且两个端面开放，开关腔置于电容盘中心，随着电容盘的叠加，开关腔中的火花隙开关呈线性排列，火花放电后产生的辉光相互照射，有助于Marx的顺利建立。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种盘片四元式紧凑型Marx发生器，其特征在于，包括第一电容器组、第二电容器组、第三电容器组、第四电容器组、开关腔、第一火花隙开关、第二火花隙开关、充电电感和负载电阻，所述第一电容器组、第二电容器组、第三电容器组和第四电容器组组成一个电容盘，该电容盘为圆环形状，所述开关腔设置在圆环内，所述第一火花隙开关和第二火花隙开关均设置在开关腔中，所述充电电感为4路，4路充电电感成十字形分布，所述负载电阻设置两个相邻的电容器组之间的间隙内，所述充电电感与电容盘电连接，所述第一火花隙开关的两端分别与第一电容器组和第二电容器组电连接，所述第二火花隙开关的两端分别与第三电容器组和第四电容器组电连接，所述负载电阻的一端与电容盘的输出端电连接，该负载电阻的另一端接地；第一电容器组、第二电容器组、第三电容器组和第四电容器组均为扇形，且第一电容器组、第二电容器组、第三电容器组和第四电容器组均由多个电容器并联组合而成；

所述电容盘为多个，多个所述电容盘叠加在一起，多个第一火花隙开关成线性排列，多个第二火花隙开关也成线性排列；

所述第一火花隙开关和第二火花隙开关均采用圆柱型平面电极头，该圆柱型平面电极头通过细牙螺纹连接杆固定于开关腔之间，细牙连接螺纹连接杆内部安装有压缩弹簧；

所述开关腔为圆弧拱形结构

所述第一火花隙开关和第二火花隙开关之间分开一定的间隔距离。

2.根据权利要求1所述的盘片四元式紧凑型Marx发生器，其特征在于，所述充电电感采用空芯长螺距螺旋线进行绕制。