CN105428107B - 一种适用于强电磁干扰环境的程控高压切换开关及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于强电磁干扰环境的程控高压切换开关及系统，包括电磁铁、活动电极、复位高压输入电极、励磁高压输入电极、以及复位高压输出电极的上下触点，电磁铁的通断动作带动吸附块移动，吸附块的移动带动活动电极移动并将复位高压输入电极与高压输出电极上触点导通，或者将励磁高压输入电极与高压输出电极下触点导通。本发明利用长行程的电磁铁驱动活动电极上下移动，当电磁铁吸合时活动电极处于上限位，导通复位脉冲电源和加速腔，当电磁铁断电时活动电极落下处于下限位，导通励磁脉冲电源和加速腔；电磁铁和位置开关的电源均为220V交流电，其运行稳定性不受空间电磁场和地电位的影响。

Description

一种适用于强电磁干扰环境的程控高压切换开关及系统

技术领域

本发明涉及直线感应加速器加速腔分别连接励磁和复位两路高压脉冲电源时的切换和远程控制领域，具体涉及一种适用于强电磁干扰环境的程控高压切换开关。

背景技术

直线感应加速器是一种积木式结构的强流脉冲加速器，利用脉冲功率系统所产生的高压短脉冲（脉宽～100ns）激励感应加速腔中的磁芯，可以在加速腔的加速间隙上感应产生脉冲电场实现对强流电子束的加速，感应加速腔的外壳始终为地电位，因此多个加速腔可通过叠加来实现加速能量的倍增。

感应加速腔的磁芯在脉冲励磁感应出加速电场后需要一个反极性的电压脉冲对其复位后才能继续使用，通常励磁脉冲的电压幅度在数百kV，复位脉冲的幅度为数十kV。在传统的单脉冲直线感应加速器中，基于Blumlein脉冲形成线的脉冲功率系统在Blumlein线充电时可以为加速腔提供复位脉冲，在Blumlein线放电时则提供励磁脉冲，我们称之为加速腔的“自动复位”。

作为世界上首台MHz重复率猝发强流多脉冲直线感应加速器，“神龙二号”加速器采用了多套脉冲形成系统+硅堆隔离网络的方法实现了高重频高压多脉冲的产生，但硅堆隔离网络的使用同时也隔断了Blumlein线充电时所产生的加速腔复位脉冲，因此必须在隔离网络与加速腔之间并联独立的复位系统来实现对加速腔磁芯的复位。因此，加速腔需要连接两套高压脉冲源来分别进行对其磁芯的励磁和复位。为了避免两套高压脉冲源之间的相互影响，需要在脉冲源与加速腔间设置通道切换开关，在脉冲励磁时连接励磁脉冲电源与加速腔，在磁芯复位时连接复位脉冲电源与加速腔。由于加速器所需的切换开关数量较多，使用时必须对切换开关进行远程控制和状态监测，而加速器运行时有非常强的电磁干扰，目前，还没有这样的切换开关可以在如此强的电磁干扰环境下进行程控使用。

发明内容

本发明目的在于提供一种适用于强电磁干扰环境的程控高压切换开关，解决目前没有切换开关用于强磁干扰环境的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种适用于强电磁干扰环境的程控高压切换开关，包括一个支架，在支架上设置有一个固定的电磁铁、与电磁铁相配合的吸附块、复位高压输入电极、高压输出电极上下触点、以及励磁高压输入电极，在所述的吸附块上连接有一个推杆，在推杆与吸附块连接处下方5cm有一个小凸起，推杆下端固定一个活动电极，电磁铁的通断动作带动吸附块移动，吸附块的移动带动活动电极移动并将复位高压输入电极与高压输出电极上触点导通，或者将励磁高压输入电极与高压输出电极下触点导通。本发明是适用于直线感应加速器的程控高压切换开关，由于直线感应加速器加速腔数量众多，切换开关必须采用程控方式才能保障上百个开关的切换在短时间内完成，而加速器运行时有很强的空间电磁干扰和地电位抬高现象，因此对程控开关的抗干扰能力有非常高的要求，目前的切换开关研制还处于技术瓶颈，本发明将连接复位脉冲电源的复位高压输入电极、连接励磁脉冲电源的励磁高压输入电极上下放置，分别与连接加速腔的“工”型高压输出电极的上下电极表面处于同一水平面，利用长行程的电磁铁驱动活动电极上下移动，当电磁铁吸合时活动电极处于上限位，导通复位脉冲电源和加速腔，当电磁铁断电时活动电极落下处于下限位，导通励磁脉冲电源和加速腔；本发明切换开关的控制不涉及任何低压电路，电磁铁和位置开关的电源均为220V交流电，其运行稳定性不受空间电磁场和地电位的影响，突破了现有技术中的技术瓶颈。

所述电磁铁呈筒状结构，在其轴线上安装有一个可以沿其轴线自由移动的导向轴，所述的吸附块固定安装在导向轴上。具体的，通过导向轴的设置，可以形成固定的运动轨迹，保证吸附块动作的准确性。

所述励磁高压输入电极、活动电极和高压输出电极下触点均呈长条状，在励磁高压输入电极和高压输出电极下触点上分别设置有斜向接触面，在活动电极的下方设置有一个与斜向接触面相匹配的斜向接触块。通过设置斜向接触面和斜向接触块，可以保障接触的面积，避免局部接触不良现象的发生。

在所述的支架上设置有上限位开关和下限位开关，当活动电极将励磁高压输入电极与高压输出电极下触点导通时，吸附块下沿压迫下限位开关使其导通；当活动电极将复位高压输入电极与高压输出电极上触点导通时，推杆上的凸起压迫上限位开关使其导通。

一种适用于强电磁干扰环境的程控高压切换开关系统，包括电源、以及电源开关，电源通过电磁铁的开关、电磁铁形成电磁铁控制回路，电源与上限位开关、上限位指示灯构成上限位指示回路；电源与下限位开关、下限位指示灯构成下限位指示回路。在活动电极运动路径上放置两个限位开关，活动电极到达上下限位后分别压住对应开关使其导通，从而通过对应电路的通断可判断活动电极的位置。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种适用于强电磁干扰环境的程控高压切换开关，将连接复位脉冲电源的复位高压输入电极、连接励磁脉冲电源的励磁高压输入电极上下放置，分别与连接加速腔的“工”型高压输出电极的上下电极表面处于同一水平面，利用长行程的电磁铁驱动活动电极上下移动，当电磁铁吸合时活动电极处于上限位，导通复位脉冲电源和加速腔，当电磁铁断电时活动电极落下处于下限位，导通励磁脉冲电源和加速腔；本发明切换开关的控制不涉及任何低压电路，电磁铁和位置开关的电源均为220V交流电，其运行稳定性不受空间电磁场和地电位的影响，突破了现有技术中的技术瓶颈；

2、本发明一种适用于强电磁干扰环境的程控高压切换开关，可以实现在高电磁干扰环境中对大批量高压切换开关的程控操作，进而实现对多脉冲直线感应加速器加速腔的外接复位。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明切换开关结构示意图；

图2为本发明控制系统示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-支架，2-电磁铁，3-吸附块，4-复位高压输入电极，5-高压输出电极上触点，6-推杆，7-活动电极，8-高压输出电极下触点，9-导向轴，10-斜向接触块，11-上限位开关，12-下限位开关，13-电源开关，14-电源，15-上限位指示灯，16-下限位指示灯，17-电磁铁的开关，18-励磁高压输入电极。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

如图1至2所示，本发明一种适用于强电磁干扰环境的程控高压切换开关，包括一个支架1，支架1的内部形腔与连接加速腔的多脉冲汇流器的电缆接口位置相适应，在支架1上设置有一个固定的电磁铁2，电磁铁2呈筒状结构，并固定安装在支架1的顶部空腔内，在电磁铁2的轴线上安装有一个可以沿其轴线自由移动的导向轴9，在支架1的内部设置有复位高压输入电极4、高压输出电极上触点5、高压输出电极下触点8、以及励磁高压输入电极18，复位高压输入电极4、高压输出电极上触点5位于上方，励磁高压输入电极、高压输出电极下触点8位于下方，在导向轴9上设置有一个吸附块3，吸附块3的下方设置有一根推杆6，推杆6与吸附块3连接处下5cm处有一小凸起，推杆6上设置有一个活动电极7，励磁高压输入电极18、高压输出电极下触点8、活动电极7均呈长条状，在励磁高压输入电极18和高压输出电极下触点8上分别设置有斜向接触面，在活动电极7的下方设置有一个与斜向接触面相匹配的斜向接触块10，电磁铁2的通断动作带动吸附块3移动，吸附块3的移动带动活动电极7移动并将复位高压输入电极4与高压输出电极上触点5导通，或者将励磁高压输入电极18与高压输出电极下触点8导通；在支架1上设置有上限位开关11和下限位开关12，当活动电极7将励磁高压输入电极18与高压输出电极下触点8导通时，吸附块3下沿压迫下限位开关12使其导通；当活动电极7将复位高压输入电极4与高压输出电极上触点5导通时，推杆6上的凸起压迫上限位开关11使其导通。

一种适用于强电磁干扰环境的程控高压切换开关系统，包括电源14、以及电源开关13，电源14通过电磁铁2的开关17、电磁铁2形成电磁铁控制回路，电源14与上限位开关11、上限位指示灯15构成上限位指示回路；电源14与下限位开关12、下限位指示灯16构成下限位指示回路。

使用时，接通总电源开关13，当电磁铁2的开关17断开时，活动电极7由于重力作用处于下限位，导通励磁高压输入电极18和高压输出电极下触点8，此时电磁铁2的衔铁落下压住下限位开关12，下限位指示灯16被点亮；当电磁铁2的开关17导通时，电磁铁2吸合，活动电极7被提起至上限位，导通复位高压输入电极4和高压输出电极上触点5，此时推杆6上的凸起会压住上限位开关11，上限位指示灯15被点亮。

在实际使用中，切换开关置于绝缘油中，高压电极间的相互最小距离均大于3cm，可耐受300kV以上的高压。开关控制盒位于实验场地外，电磁干扰较弱的房间内，通过五芯线与切换开关相连。通过手动控制电磁铁电源开关可远程控制切换开关的动作，通过限位指示灯的发光情况可监测切换开关的实时状态。当切换开关的总数量较多时，可利用计算机软件结合PLC等程控模块对每个切换开关的电磁铁电源开关进行远程控制并对其限位指示灯的状态进行采集，即可实现对大规模切换开关的控制和监测。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种适用于强电磁干扰环境的程控高压切换开关，其特征在于：包括一个支架（1），在支架（1）上设置有一个固定的电磁铁（2）、与电磁铁（2）相配合的吸附块（3）、复位高压输入电极（4）、高压输出电极上触点（5）、高压输出电极下触点（8）以及励磁高压输入电极（18），在所述的吸附块（3）上连接有一个推杆（6），在推杆（6）与吸附块（3）连接处下5cm处有一个小凸起，推杆（6）下端固定有一个活动电极（7），电磁铁（2）的通断动作带动吸附块（3）移动，吸附块（3）的移动带动活动电极（7）移动并将复位高压输入电极（4）与高压输出电极上触点（5）导通，或者将励磁高压输入电极(18) 和高压输出电极下触点（8）导通；所述电磁铁（2）呈筒状结构，在其轴线上安装有一个可以沿其轴线自由移动的导向轴（9），所述的吸附块（3）固定安装在导向轴（9）上；所述励磁高压输入电极（18）、活动电极（7）和高压输出电极下触点（8）均呈长条状，在励磁高压输入电极（18）和高压输出电极下触点（8）上分别设置有斜向接触面，在活动电极（7）的下方设置有一个与斜向接触面相匹配的斜向接触块（10）。

2.根据权利要求1所述的一种适用于强电磁干扰环境的程控高压切换开关，其特征在于：在所述的支架（1）上设置有上限位开关（11）和下限位开关（12），当活动电极（7）将励磁高压输入电极（8）和高压输出电极下触点（8）导通时，吸附块（3）下沿压迫下限位开关（12）使其导通；当活动电极（7）将复位高压输入电极（4）与高压输出电极上触点（5）导通时，推杆（6）上的凸起压迫上限位开关（11）使其导通。

3.一种适用于强电磁干扰环境的程控高压切换开关系统，其特征在于：包括权利要求1至2中任意一项所述的适用于强电磁干扰环境的程控高压切换开关，还包括电源（14）、以及电源开关（13），电源（14）通过电磁铁（2）的开关（17）、电磁铁（2）形成电磁铁控制回路，电源（14）与上限位开关（11）、上限位指示灯（15）构成上限位指示回路；电源（14）与下限位开关（12）、下限位指示灯（16）构成下限位指示回路。