CN104333353B - 一种用于电磁脉冲模拟装置的一体化峰化单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于电磁脉冲模拟装置的一体化峰化单元，包括密封腔体、峰化电容、输出开关及间隙调节结构，峰化电容及输出开关设置在密封腔体内，峰化电容具有高压端和接地端；输出开关包括一个开关电极，峰化电容的高压端充当输出开关的另一个开关电极，开关电极与峰化电容的高压端相对设置，且通过支撑件固定在密封腔体上。本发明通过峰化电容‑输出开关的一体化结构设计，从而只设置一个开关电极，解决了高电压快前沿电磁脉冲模拟装置峰化段设计难题，具有紧凑的结构，可最大限度的减小回路电感，从而实现模拟装置波形快前沿输出。

Description

一种用于电磁脉冲模拟装置的一体化峰化单元

技术领域

本发明属于脉冲功率技术领域，具体涉及一种用于电磁脉冲模拟装置的最后一级脉冲压缩单元。

背景技术

电磁脉冲模拟装置属于脉冲功率技术领域，用来产生电磁脉冲环境开展科学研究。为了获得高电压和快前沿输出，模拟装置通常采用一级或两级脉冲压缩的模式。最后一级脉冲压缩单元主要由峰化电容和输出开关组成。在模拟装置设计电压和前沿要求不高的情况下，峰化电容和输出开关的设计要求不高，只需要满足耐压要求即可。一般采用单独设计的方法，峰化电容和输出开关分别封装在一个密闭绝缘腔体中，腔体中填充高压气体来保证各自的绝缘。但是在模拟装置设计电压和前沿要求高的情况下(输出电压MV量级，前沿ns量级)，一方面高的工作电压要求长的绝缘距离，另一方面快前沿要求紧凑的结构，在这种情况下分离式的设计很难同时满足耐压和快前沿的要求，在很大程度上限制了模拟装置输出指标。

模拟装置输出电压幅值可以通过改变开关气压或者改变开关间隙实现，两种方法结合使用更有利于装置波形参数的灵活调整。开关间隙调节结构一般设计在其中一个开关电极上。开关工作时带有高电压，可能会沿调节结构产生滑闪。需要专门设计绝缘结构或者调节完成后将调节结构脱离开关。特别是在设计电压较高的情况下，绝缘结构设计难度非常大，只能通过离线调节的方法，由于开关封装在绝缘腔体内部，因此离线调节的方法操作复杂，效率低下、可实施性差。

图1为德国科学家研制的电磁脉冲模拟装置峰化单元结构示意图。为了获得快前沿输出，其输出开关12和峰化电容13封装在一个绝缘腔体内。输出开关一个电极固定在峰化电容上极板，另一个电极固定在绝缘腔体上。开关间隙机械调节结构也固定在峰化电容上极板。该结构存在以下几方面设计缺陷：

1、固定在峰化电容上极板的开关电极增大了放电回路电感，虽然电极引入电感不大，但是在ns级输出前沿的指标要求下，微小电感的引入都会引起前沿变缓，设计过程应尽量减小回路电感。

2、输出开关间隙机械调节结构固定在峰化电容上极板，极板上带有MV级的脉冲电压，调节杆必须是绝缘材料并且能够耐受MV级电压。并且随着放电次数增加以及调节杆表面灰尘及放电产物污染，沿面耐压逐渐降低，容易产生沿面闪络。

3、机械调节杆11需要穿过绝缘腔体，腔体内外压差1.5MPa，密封结构复杂，安装难度大。

4、该装置输出电压峰值1MV，其采用的间隙调节结构可勉强满足绝缘需求，但是如果设计电压继续增大，机械调节杆沿面将无法满足绝缘需求。

发明内容

本发明提出了一种用于电磁脉冲模拟装置的一体化峰化单元，通过一体化设计，使峰化电容和输出开关在结构上更加紧凑，减小了放电回路电感，从而满足快前沿的要求。

本发明的技术解决方案是：

一种用于电磁脉冲模拟装置的一体化峰化单元，包括密封腔体、峰化电容、输出开关及间隙调节结构，所述峰化电容及输出开关设置在密封腔体内，所述峰化电容具有高压端和接地端；其特殊之处在于：

所述输出开关包括一个开关电极，所述峰化电容的高压端充当输出开关的另一个开关电极，所述开关电极与峰化电容的高压端相对设置，且通过支撑件固定在密封腔体上；

所述间隙调节结构包括电动平移台、密封转接头和控制系统，所述电动平移台固定在密封腔体内，其活动端与峰化电容接地端相连接，所述密封转接头安装在密封腔壁上，所述控制系统位于密封腔体外；所述电动平移台通过密封转接头与控制系统连接。

上述峰化电容为平板结构，包括上极板及地极板，所述上极板为峰化电容的高压端，所述地极板为峰化电容的接地端。

上述密封腔体为金属材质。

上述密封腔体分为上腔体和下腔体，上腔体与下腔体之间通过峰化电容的地极板隔开，所述电动平移台位于下腔体内，所述峰化电容的其余部分及输出开关位于上腔体内。

本发明与现有技术相比，优点是：

1.本发明通过峰化电容-输出开关的一体化结构设计，从而只设置一个开关电极，解决了高电压快前沿电磁脉冲模拟装置峰化段设计难题，具有紧凑的结构，可最大限度的减小回路电感，从而实现模拟装置波形快前沿输出。

2.本发明通过在峰化电容接地端设计精密调节结构，解决了开关间隙在线调节的问题，而且避免了在高压端设计调节结构容易引起滑闪放电的缺陷。

3、本发明的精密电动平移台具有调节精度大，操作方便，可远程操控等优点。

4、本发明精密电动平移台的控制及供电线缆通过设计在金属材质的精密电动平移台密封腔上的密封转接头引入高压腔体，避免了需要传动力的机械结构穿过绝缘腔体，减小了密封环节设计难度。

5、本发明通过峰化电容-输出开关一体化结构设计及接地端间隙调节结构的配合设计，可以有效提升模拟装置输出脉冲前沿，在线电动调节可以提升调节精度，提高装置的可靠性和操作的便捷性。

附图说明

图1是现有的峰化单元结构图；图2是本发明的结构图；

图中：1-精密电动平移台，2-地板法兰，3-绝缘腔体，4-支撑件，5-开关电极，6-上极板，7-中间极板，8-地极板，9-精密电动平移台密封腔，10-密封转接头，11-机械调节杆、12-输出开关、13-峰化电容。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选结构做进一步说明。

如图1所示，本发明用于电磁脉冲模拟装置的一体化峰化单元，包括峰化电容的上极板6、峰化电容的中间极板7、峰化电容的地极板8、输出开关的开关电极5、开关电极的支撑件4、精密电动平移台密封腔9、地板法兰2与绝缘腔体3等。上极板6、中间极板7、地极板8组成峰化电容，峰化电容的上极板6充当输出开关的一个开关电极，输出开关的另一个开关电极5与上极板6相对设置并通过支撑件4固定在绝缘腔体3上，间隙调节结构设置在峰化电容接地端。精密电动平移台密封腔9、地板法兰2与绝缘腔体3共同形成整体的密封腔体。

本发明结构的特点在于峰化电容上极板6同时作为输出开关的一个高压电极，直接对输出开关的电极输出开关的电极5产生放电。这种电容与开关的一体化的设计避免了复杂的转接结构，结构紧凑，从而达到减小放电回路电感的目的。

另外，本发明通过在峰化电容的接地端设置间隙调节结构，打破了通过改变开关电极位置实现间隙调节的常规思路，通过调节精密调节机构，可以精密调节峰化电容上下移动，达到调节开关间隙的目的。精密电动平台1不受峰化电容高电压的影响，因此可以避免调节结构安装在输出开关电极上而引起的绝缘问题。

精密电动平移台密封腔9为金属材质，只需要在精密电动平移台密封腔9上面设计小的密封转接头10就可以将控制及供电线缆引入腔体内部，实现对精密电动平移台1进行供电和控制，而不需要传动力的机械结构穿过绝缘腔体3。在金属材质的密封腔上设计小尺寸电缆密封转接头，难度远小于在非金属绝缘腔上设计需要传动力的机械密封结构。

Claims (3)

1.一种用于电磁脉冲模拟装置的一体化峰化单元，包括密封腔体、峰化电容、输出开关及间隙调节结构，所述峰化电容及输出开关设置在密封腔体内，所述峰化电容具有高压端和接地端；其特征在于：

所述输出开关包括一个开关电极，所述峰化电容的高压端充当输出开关的另一个开关电极，所述开关电极与峰化电容的高压端相对设置，且通过支撑件固定在密封腔体上；

所述间隙调节结构包括电动平移台、密封转接头和控制系统，所述电动平移台固定在密封腔体内，其活动端与峰化电容接地端相连接，所述密封转接头安装在密封腔壁上，所述控制系统位于密封腔体外；所述电动平移台通过密封转接头与控制系统连接；

所述峰化电容为平板结构，包括上极板及地极板，所述上极板为峰化电容的高压端，所述地极板为峰化电容的接地端。

2.根据权利要求1所述的用于电磁脉冲模拟装置的一体化峰化单元，其特征在于：所述密封腔体为金属材质。

3.根据权利要求1或2所述的用于电磁脉冲模拟装置的一体化峰化单元，其特征在于：

所述密封腔体分为上腔体和下腔体，上腔体与下腔体之间通过峰化电容的地极板隔开，所述电动平移台位于下腔体内，所述峰化电容的其余部分及输出开关位于上腔体内。