CN106328434B - 高压高频大电流脉冲专用开关组 - Google Patents

Abstract

本发明是一种高压高频大电流脉冲专用开关组，其特点是，包括：在密封真空箱内置的驱动线圈支座内固定有驱动线圈定圈，在驱动线圈定圈内呈间隙设置的驱动线圈动圈固连在冲击杆上，在活动触点支座内置有主动活动触点组合，在被动活动触点轴套支座内固定有被动活动触点轴套，主动活动触点组合与被动活动触点组合呈设定间隙相对，在被动活动触点轴的前端固定有复位驱动线圈第一触点，消震缓冲装置插入密封真空箱内，消震缓冲装置的轴端固定的被动活动触点缓冲块上固定有复位驱动线圈第二触点，复位驱动线圈第二触点与复位驱动线圈第一触点呈设定间隙相对。其动作可靠，性价比高，能够满足大功率电磁脉冲设备的需求。

Description

高压高频大电流脉冲专用开关组

技术领域

本发明涉及电气开关，是一种用于电磁脉冲设备的高压高频大电流脉冲专用开关组。

背景技术

电磁脉冲焊接等设备是世界极少数发达国家才拥有的技术，这种加工技术具有独特优势，可以广泛应用于能源化工、轨道交通、汽车船舶、航空航天等领域。现有技术通常采用高速晶闸管开关电路，但晶闸管对电压、电流都有一定的局限，难以满足高压高频大电流电磁脉冲设备的要求，迄今为止未见高压高频大电流电磁脉开关组的有关报道和实际应用。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种动作可靠，性价比高，使用寿命长，能够耐高压并允许通过强大电流，且能够在1微秒（1μS）时间内 闭合电路，满足大功率设备需求，特别适用于电磁脉冲设备的高压高频大电流脉冲专用开关组。

实现本发明目的采用的技术方案是：一种高压高频大电流脉冲专用开关组，其特征是，它包括:在密封真空箱内从后端至前端，依次固定有驱动线圈支座、冲击杆滑动轴套支座、活动触点支座、被动活动触点轴套支座，在所述的驱动线圈支座内固定有驱动线圈定圈，在驱动线圈定圈内呈间隙置有驱动线圈动圈，所述的驱动线圈动圈通过驱动线圈锁紧套和锁紧螺母固连在冲击杆上，所述的驱动线圈锁紧套置于冲击杆支撑滑套内，所述的冲击杆支撑滑套与驱动线圈支座固连，冲击杆的前端置于冲击杆滑动轴套内，冲击杆滑动轴套与冲击杆滑动轴套支座固连，在所述的活动触点支座内置有主动活动触点组合，在所述的被动活动触点轴套支座内固定有被动活动触点轴套，在所述的被动活动触点轴套内置有被动活动触点轴，在所述的被动活动触点轴的后端固定有被动活动触点组合，所述的主动活动触点组合与被动活动触点组合呈设定间隙相对，在被动活动触点轴的前端固定有复位驱动线圈第一触点，在密封真空箱前端的外侧固连接有消震缓冲装置，消震缓冲装置的轴穿装在密封真空箱立板上且插入密封真空箱内，消震缓冲装置的轴端固定有被动活动触点缓冲块，被动活动触点缓冲块上固定有复位驱动线圈第二触点，所述的复位驱动线圈第二触点与复位驱动线圈第一触点呈设定间隙相对。

所述的主动活动触点组合包括触点滑块、触点组合衬板，在触点滑块与触点组合衬板之间置有绝缘板，触点滑块、绝缘板和触点组合衬板通过套置有绝缘套的螺栓固连，在触点组合衬板上设有接触面板；所述被动活动触点组合的结构与所述的主动活动触点组合结构相同，所述被动活动触点组合包括被动活动触点座、触点组合衬板和置于被动活动触点座、触点组合衬板之间的绝缘板，被动活动触点座、绝缘板和触点组合衬板通过套置有绝缘套的螺栓固连，在触点组合衬板上设有接触面板，被动活动触点座通过连接螺栓与被动活动触点轴固连。

在所述的活动触点支座内设有使主动活动触点组合反向归位的主动活动触点复位弹簧。

在所述的被动活动触点轴上套置被动活动触点复位弹簧，所述被动活动触点复位弹簧的前端与被动活动触点轴套端面接触，所述被动活动触点复位弹簧的后端与固定在被动活动触点轴上的被动活动触点复位弹簧挡相接触。

在所述的冲击杆的前端通过冲击杆前锁紧螺母固定有冲击杆消震胶块挡，在冲击杆滑动轴套的前端固定有与所述冲击杆消震胶块挡接触配合的冲击杆消震胶块。

本发明的高压高频大电流脉冲专用开关组的优点体现在：由于采用电磁场驱动的机械结构，遵循动量守恒原理，将结构设计成通过二次机械冲击碰撞闭合电路来达到高速电磁脉冲所需要的开关速度，从而解决了高压、高频、大电流条件下稳定工作，满足大功率设备需求的目的。其动作可靠，性价比高，使用寿命长，特别适用于电磁脉冲设备。

附图说明

图1是本发明的高压高频大电流脉冲专用开关组结构示意图；

图2是图1中局部A放大图；

图3是电器电路原理示意图。

图中：1驱动电容器组、2脉冲设备驱动控制系统、3驱动线圈动圈、4驱动线圈定圈、5驱动线圈支座、6工作电容器组、7冲击杆、8冲击杆滑动轴套、9密封真空箱、10活动触点支座、11主动活动触点复位弹簧、12主动活动触点组合、13被动活动触点组合、14被动活动触点复位弹簧、15被动活动触点轴、16复位驱动线圈第一触点、17复位驱动线圈第二触点、18被动活动触点缓冲块、19消震缓冲装置、20被动活动触点轴套、21复位驱动线圈电缆线组、22冲击杆复位电源、23主工作回路电缆线组、24被动活动触点复位弹簧挡、25锁紧螺母、26冲击杆前锁紧螺母、27冲击杆消震胶块挡、28冲击杆消震胶块、30密封真空箱立板、32冲击杆支撑滑套、33驱动线圈锁紧套、34锁紧螺母、35螺栓、36定位螺栓、37绝缘套、38触点滑块、39绝缘板、40触点组合衬板、41接触面板、42被动活动触点座、43连接螺栓、58被动活动触点轴套支座、59冲击杆滑动轴套支座、60工作线圈及集磁器组合。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步的说明。

参照图1和图2，本发明的一种高压高频大电流脉冲专用开关组，包括:在密封真空箱9内从后端至前端，依次固定有驱动线圈支座5、冲击杆滑动轴套支座59、活动触点支座10、被动活动触点轴套支座58，在所述的驱动线圈支座5内固定有驱动线圈定圈4，在驱动线圈定圈4内呈间隙置有驱动线圈动圈3，所述的驱动线圈动圈3通过驱动线圈锁紧套33和锁紧螺母34固连在冲击杆7上，所述的驱动线圈锁紧套33置于冲击杆支撑滑套32内，所述的冲击杆支撑滑套32与驱动线圈支座5固连，冲击杆7的前端置于冲击杆滑动轴套8内，冲击杆滑动轴套8与冲击杆滑动轴套支座59固连，在所述的活动触点支座10内置有主动活动触点组合12，在所述的被动活动触点轴套支座58内固定有被动活动触点轴套20，在所述的被动活动触点轴套20内置有被动活动触点轴15，在所述的被动活动触点轴15的后端固定有被动活动触点组合13，所述的主动活动触点组合12与被动活动触点组合13呈设定间隙相对，在被动活动触点轴15的前端固定有复位驱动线圈第一触点16，在密封真空箱7前端的外侧固连接有消震缓冲装置19，消震缓冲装置19的轴穿装在密封真空箱立板30上且插入密封真空箱9内，消震缓冲装置19的轴端固定有被动活动触点缓冲块18，被动活动触点缓冲块18上固定有复位驱动线圈第二触点17，所述的复位驱动线圈第二触点17与复位驱动线圈第一触点16呈设定间隙相对。

在所述的活动触点支座10内设有使主动活动触点组合12反向归位的主动活动触点复位弹簧11和定位螺栓36。

在所述的被动活动触点轴15上套置被动活动触点复位弹簧14，所述被动活动触点复位弹簧14的前端与被动活动触点轴套20端面接触，所述被动活动触点复位弹簧14的后端与固定在被动活动触点轴15轴上的被动活动触点复位弹簧挡24相接触，被动活动触点复位弹簧挡24通过锁紧螺母25固位。

在所述的冲击杆7的前端通过冲击杆前锁紧螺母26固定有冲击杆消震胶块挡27，在冲击杆滑动轴套8的前端固定有与所述冲击杆消震胶块挡27接触配合的冲击杆消震胶块28。

参照图2，所述的主动活动触点组合12包括触点滑块38、触点组合衬板40，在触点滑块38与触点组合衬板40之间置有绝缘板39，触点滑块38、绝缘板39和触点组合衬板40通过套置有绝缘套37的螺栓35固连，在触点组合衬板40上设有接触面板41。所述被动活动触点组合13的结构与所述的主动活动触点组合12结构相同，所述被动活动触点组合13包括被动活动触点座42、触点组合衬板40和置于被动活动触点座42、触点组合衬板40之间的绝缘板39，被动活动触点座42、绝缘板39和触点组合衬板40通过套置有绝缘套37的螺栓35固连，在触点组合衬板40上设有接触面板41，被动活动触点座42通过连接螺栓43与被动活动触点轴15固连。

参照图1和图3，由所述的驱动线圈动圈3、驱动线圈定圈4通过电缆线与脉冲设备驱动控制系统2、驱动电容器组1电连接组成驱动主线路，接通驱动主线路时，驱动电容器组1放电，驱动线圈动圈3和驱动线圈定圈4有电流通过，产生磁场，驱动线圈动圈3、驱动线圈定圈4产生的磁场极性相同，形成相斥磁力。所述的驱动线圈动圈3固连在冲击杆7上，冲击杆7在冲击杆滑动轴套8、冲击杆支撑滑套32内滑动，当驱动线圈动圈3和驱动线圈定圈4产生同磁场，形成相斥的磁力时，冲击杆7组合将沿着冲击杆滑动轴套8滑动对置于真空箱9内的安装在活动触点支座10上的主动活动触点组合12进行冲击,使其与被动活动触点组合13闭合，由所述的工作线圈及集磁器组合60、工作电容器组6通过主工作回路电缆线组23与主动活动触点组合12、被动活动触点组合13电连接组成工作主线路。

所述的主动活动触点组合12的质量远小于冲击杆7连同的驱动线圈动圈3、驱动线圈锁紧套33组合的质量，与冲击杆7的冲击力相比，主动活动触点复位弹簧11的弹力可忽略不计，冲击杆7与主动活动触点组合12的碰撞为一次非弹性碰撞，目的是时使主动活动触点组合12获得远高于冲击杆7连同驱动线圈动圈3、驱动线圈锁紧套33组合的速度。

当冲击杆7连同驱动线圈动圈3、驱动线圈锁紧套33组合的速度设定后，主动活动触点组合12与被动活动触点活动组合13的闭合速度，取决于冲击杆7连同驱动线圈动圈3、驱动线圈锁紧套33组合与主动活动触点组合12的质量比。

由主动活动触点组合12与被动活动触点组合13通过主工作回路电缆线组23与工作电容器组6、工作线圈及集磁器组合60电连接组成的工作线路，当动活动触点组合12与被动活动触点组合13的触点刹那间闭合，电容器组6瞬间放电， 使工作线圈及集磁器组合60瞬间产生高频电磁脉冲磁场，从而完成电磁脉冲设备的工作任务。

所述冲击杆7冲击主动活动触点组合12与被动活动触点组合13触点闭合后继续推动被动活动触点轴15，由于在被动活动触点轴15上套有被动活动触点复位弹簧14，使被动活动触点组合13因与主动活动触点组合12碰撞而获得的动能部分转变为被动活动触点复位弹簧14内部的弹性势能，被动活动触点复位弹簧14得以压缩而变形，这一次碰撞为弹性碰撞，使主动活动触点组合12得以随同被动活动触点组合13一起同步产生位移，为电容器组6放电赢得足够的放电时间。这段时间结束后，主动活动触点组合12将会被定位螺栓36所限制，停止移动，使主动活动触点组合12、活动触点组合13实现脱离，工作过程结束。此时，被动活动触点组合13因与主动活动触点组合12碰撞而获得的动能部分转变为自身的动能即继续前行的惯性力，在此作用下被动活动触点轴15移至使复位驱动线圈第一触点16与复位驱动线圈第二触点17闭合，由复位驱动线圈第一触点16、复位驱动线圈第二触点17通过复位驱动线圈电缆线组21、冲击杆电源22、脉冲设备驱动控制系统2、驱动线圈动圈3、驱动线圈定圈4形成驱动线圈冲击杆回位线路，此时驱动线圈动圈3、驱动线圈定圈4产生的磁场为反向磁场，形成异性磁场相吸的磁力，此磁力使冲击杆7归位。

所述复位驱动线圈第一触点16与复位驱动线圈第二触点17闭合，并把整个冲击过程冲击力传导给了被动活动触点缓冲块18，缓冲块18固连在消震缓冲装置19上，将冲击力吸收消除，使冲击过程终止。

所述主动活动触点组合12、被动活动触点组合13、复位驱动线圈第一触点16、复位驱动线圈第二触点17在冲击过程终止的同时，在活动触点复位弹簧11、被动活动触点复位弹簧14的作用下复位，至此，一个工作循环过程结束。

本发明的电器电路为本领域技术人员所熟悉。工作电容器组6、驱动电容器组1、脉冲设备驱动控制系统2均为市售产品。

使用时的具体操作及电器部分的工作过程：按动脉冲设备驱动控制系统2的操控按键，脉冲设备驱动控制系统2的晶闸管触发电源接通晶闸管触发电路，晶闸管开关开启，驱动电容器组1开始进入放电状态，其电流将通过驱动线圈动圈3和驱动线圈定圈4产生磁场，这两个线圈所产生磁场的极性相同，依据磁性同性相斥的原理，这个排斥力对通电螺线管所产生磁场方向是依据右手法则，由冲击杆7连同驱动线圈动圈3、驱动线圈锁紧套33构成的冲击杆组合体产生冲击，其冲击方向是冲向主动活动触点组合12，由动量守恒定律可知：V₁m₁+V₂m₂=V₁ ^’m ₁+V₂ ^’m₂，此时，忽略主动活动触点复位弹簧11的弹力。使主动活动触点组合12得到一个大于冲击杆组合体的速度，设冲击杆组合体的冲击速度为50m/s，其质量大于被动触点组合质量20倍；主动活动触点组合12在与冲击杆7碰撞后获得了1000m/s的速度。因被动活动触点组合13为静止状态，主动活动触点组合12以高速接近被动活动触点组合13，直至间隙B被消除。在这个动态消除间隙过程中，定会出现可被高电压（驱动电容器组1两端的电压）击穿的间隙，因两触点处于真空状态下，间隙的电阻较大，被击穿的间隙很小，暂且设这个间隙为B=1mm，主动活动触点组合12通过B所用的时间仅为1μs微秒（1μS=10^-6S），即两触点在1μs内接通工作主线路，这时可视为开关的开启速度为1μS，其脉冲频率为=1000KHz。目前所有的高速晶闸管开关开启速度为6～10μS，所以它的脉冲频率最大值仅为150KHz左右，而且通过的脉冲电流有限，所以不能满足大功率设备使用要求。

本发明就是针对我国目前没有此种高速大电流开关，所以本发明的启动时间1μs之内，又因为触点面积没有任何限制而且还可实现多个同步并联结构，它可以通过任意大的脉冲电流，脉冲频率可在1000KHz以上，所以它就满足200KJ(千焦)以上大型电磁脉冲设备上应用条件。这就本发明的目的所在。

本发明的核心，就是以二次冲击的方式来实现触点之间高速闭合。以解决当前其他种类开关不能实现高速闭合触点的问题。在主动活动触点组合12、被活动触点组合13闭合后，工作电容器组6开始向工作线圈及集磁器组合60放（供）电。因为电容器组放电速度受回路中电阻存在的影响及电容器组两端电压的限制，所以工作电容器组6放电需一定的时间。所以本技术方案设计了主动活动触点组合12与被动活动触点组合13的碰撞为弹性碰撞，在因被动活动触点复位弹簧14经碰撞后得以压缩而变形，主动活动触点组合12才会跟随活动触点组合13同行一个时间，这个时间就是工作电容器组6所需的放电时间，这段时间结束后，主动活动触点组合12将会被定位螺栓36所限制，停止移动，使主动活动触点组合12、活动触点组合13实现脱离，工作过程结束。在主动活动触点组合12、被动活动触点组合13脱离后，被动活动触点组合13因与主动活动触点组合12碰撞而获得的动能部分转变为自身的动能即继续前行的惯性力，在此作用下被动活动触点轴15移至使复位驱动线圈第一触点16与复位驱动线圈第二触点17闭合，接通冲击杆复位电源22，并通过时间继电器向驱动线圈动圈3、驱动线圈定圈4输入电流。冲击杆组合体复位。因线路中连接时间继电器，当线圈复位将自动断开电源，为下次工作做好准备。与此同时，冲击杆组合体冲击产生的动能通过复位驱动线圈第二触点17传递给减震组合19将其消除。

本发明的实施例仅用于对本发明作进一步的说明，并非穷举，并不构成对权利要求保护范围的限定，本领域技术人员根据本发明实施例获得的启示，不经过创造性劳动就能够想到其它实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。

Claims (5)

1.一种高压高频大电流脉冲专用开关组，其特征是，它包括:在密封真空箱内从后端至前端，依次固定有驱动线圈支座、冲击杆滑动轴套支座、活动触点支座、被动活动触点轴套支座，在所述的驱动线圈支座内固定有驱动线圈定圈，在驱动线圈定圈内呈间隙置有驱动线圈动圈，所述的驱动线圈动圈通过驱动线圈锁紧套和锁紧螺母固连在冲击杆上，所述的驱动线圈锁紧套置于驱动线圈冲击杆支撑滑套内，所述的驱动线圈冲击杆支撑滑套与驱动线圈支座固连，冲击杆的前端置于冲击杆滑动轴套内，冲击杆滑动轴套与冲击杆滑动轴套支座固连，在所述的活动触点支座内置有主动活动触点组合，在所述的被动活动触点轴套支座内固定有被动活动触点轴套，在所述的被动活动触点轴套内置有被动活动触点轴，在所述的被动活动触点轴的后端固定有被动活动触点组合，所述的主动活动触点组合与被动活动触点组合呈设定间隙相对，在被动活动触点轴的前端固定有复位驱动线圈第一触点，在密封真空箱前端的外侧固连接有消震缓冲装置，消震缓冲装置的轴穿装在密封真空箱立板上且插入密封真空箱内，消震缓冲装置的轴端固定有被动活动触点缓冲块，被动活动触点缓冲块上固定有复位驱动线圈第二触点，所述的复位驱动线圈第二触点与复位驱动线圈第一触点呈设定间隙相对。

2.根据权利要求1所述的高压高频大电流脉冲专用开关组，其特征是，所述的主动活动触点组合包括触点滑块、触点组合衬板，在触点滑块与触点组合衬板之间置有绝缘板，触点滑块、绝缘板和触点组合衬板通过套置有绝缘套的螺栓固连，在触点组合衬板上设有接触面板；所述被动活动触点组合的结构与所述的主动活动触点组合结构相同，所述被动活动触点组合包括被动活动触点座、触点组合衬板和置于被动活动触点座、触点组合衬板之间的绝缘板，被动活动触点座、绝缘板和触点组合衬板通过套置有绝缘套的螺栓固连，在触点组合衬板上设有接触面板，被动活动触点座通过连接螺栓与被动活动触点轴固连。

3.根据权利要求1所述的高压高频大电流脉冲专用开关组，其特征是，在所述的活动触点支座内设有使主动活动触点组合反向归位的主动活动触点复位弹簧。

4.根据权利要求1所述的高压高频大电流脉冲专用开关组，其特征是，在所述的被动活动触点轴上套置被动活动触点复位弹簧，所述被动活动触点复位弹簧的前端与被动活动触点轴套端面接触，所述被动活动触点复位弹簧的后端与固定在被动活动触点轴上的被动活动触点复位弹簧挡相接触。

5.根据权利要求1所述的高压高频大电流脉冲专用开关组，其特征是，在所述的冲击杆的前端通过冲击杆前锁紧螺母固定有冲击杆消震胶块挡，在冲击杆滑动轴套的前端固定有与所述冲击杆消震胶块挡接触配合的冲击杆消震胶块。