CN107316774A - 一种气动串联高电压开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气动串联高电压开关，包括若干级开关，其中每一级开关包括一个低压极、一个高压极和一个触发极，所述所有开关的低压极与高压极均为环形中空结构，所述环形中空结构内设置有一根绝缘杆，所述绝缘杆上设置有所述的若干个触发极，每一个触发极对应一个开关，绝缘杆在气缸活塞的带动下沿着环形中空结构的轴向运动；本发明采用整体的同轴直线结构所以结构电感较小，通过机械运动触发高电压开关具有极高的可靠性，实现了触发控制系统和放电主回路的彻底的电隔离，显著简化了触发控制系统，省去了昂贵、脆弱的高压脉冲系统和激光系统，显著降低了成本，提高了环境适应性，适用于军用、紧凑型MARX发生器触发。

Description

一种气动串联高电压开关

技术领域

本发明涉及高电压领域，具体是涉及一种能够利用压缩气体驱动多级高电压开关同步串联断路或导通的装置，应用于MARX发生器的触发。

背景技术

在高电压技术、雷电模拟中MARX发生器有广泛的应用，其基本工作原理是多级电容器并联充电、串联放电，实现对充电电压的提升。为了达到串联放电的目的，要求MARX发生器触发开关同步导通，方能实现电压的叠加。

在《脉冲功率科学与技术》等书中有经典MARX发生器的原理和电路介绍，但是没有对触发开关的具体设计方法做出描述。目前公知的触发方式是采用电触发开关或者激光触发开关，采用高压电脉冲或者高能激光脉冲信号去触发开关间隙，实现导通。例如曾清,吴承金等的《低电感大电流场畸变开关的研制》（高电压技术2003年06期）所描述的场畸变开关、张信军等的《强光一号激光触发开关的触发系统》（强激光与粒子束2012年24卷3期）所描述的激光触发开关。但是电触发开关和激光触发开关都需要复杂的附属系统，例如场畸变开关首先需要高压脉冲发生器产生高压触发脉冲，同时触发回路和MARX放电主回路无法实现彻底的电隔离；激光触发开关首先要利用激光器产生高能激光并通过分光系统引入触发开关间隙，上述两种触发开关都存在系统复杂，价格昂贵，触发和放电回路易互相干扰、可靠性低的问题。

发明内容

为了克服现有触发开关系统复杂、放电和触发回路之间互相串扰等问题，本发明提供一种气动串联高电压开关，该开关不需要高电压或者激光附属系统，利用高压气体驱动的机械运动实现多级开关的同步导通，大幅度简化了触发系统，提高了全系统的可靠性和环境适应性， 适用于MARX发生器的触发。

为了实现上述目的，本方案采用如下技术手段：

一种气动串联高电压开关，包括若干级开关，其中每一级开关包括一个低压极、一个高压极和一个触发极，所述低压极与高压极之间连接一个绝缘隔板；所述低压极和高压极分别连接在相邻两级的电容器上，所述若干级开关直线串联布局，所述所有开关的低压极与高压极均为环形中空结构，所述环形中空结构内设置有一根绝缘杆，所述绝缘杆上设置有所述的若干个触发极，每一个触发极对应一个开关；所述高压开关的外部设置有气缸，气缸的活塞穿过气缸座与绝缘杆固定连接，所述绝缘杆在气缸活塞的带动下沿着环形中空结构的轴向运动。

在上述技术方案中，所述每一级开关中的低压极、高压极的环形中空结构上均设置有凸出部。

在上述技术方案中，所述低压极上的凸出部与高压极上的凸出部相互对立设置。

在上述技术方案中，触发极设置在低压极与高压极之间。

在上述技术方案中，所述触发极设置在低压极与高压极的中心对称线上。

在上述技术方案中，所述触发极的宽度尺寸小于低压极凸出部的凸出尺寸。

在上述技术方案中，所述绝缘杆上沿着绝缘杆的方向每两个触发极之间设置有若干个绝缘凸出部。

在上述技术方案中，所述每一级开关上的低压极、高压极采用中心对称布局方式，其中心位置为环形中空结构。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明采用整体的同轴直线结构所以结构电感较小，通过机械运动触发高电压开关具有极高的可靠性，实现了触发控制系统和放电主回路的彻底的电隔离，显著简化了触发控制系统，省去了昂贵、脆弱的高压脉冲系统和激光系统，显著降低了成本，提高了环境适应性，适用于军用、紧凑型MARX发生器触发。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是一个三级开关的结构示意图；

其中： 1是气缸体，2是气缸座，3是第一级开关低压极，4是绝缘隔板，5是第一级开关高压极，6是第一级电容器，7是第二级开关低压极，8是绝缘隔板，9是第二级开关高压极，10是第二级电容器，11是第三级开关低压极，12是绝缘隔板，13是第三级开关高压极，14是第三级电容器，15是 MARX输出电极，16是第一级触发极，17是绝缘连接杆， 18是第二级触发极，19是绝缘连接杆，20是第三级触发极。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本实施例采用的三级开关，其中每一个低压极和每一个高压极都是空心环形结构；为了具有更好的实施效果，将空心环设置在电极的中心位置，电极两端以空心环为中心两边对称设置。本方案中为了实现开关的良好触发导通，在空心环处设置一个凸出的部位，而且低压极和高压极的凸出部位相互对立设置，凸出部位设置的好处就在于能减小低压极与高压极之间的电感，降低MARX建立时间。本方案中为了固定各个电极，将低压极与高压极分别通过铜板进行延伸，然后利用螺钉固定在电容的的两个电极上，当然相邻的低压极与高压极之间设置一块绝缘板，绝缘板的两个侧面采用螺栓与相邻的电极固定。

如图1所示，第一级开关低压极3仅与绝缘隔板4连接，然后第一级开关低压极3直接接地，第一级开关低压极3和第一级开关高压极5、第二级开关低压极7和第二级开关高压极9、第三级开关低压极11和第三级开关高压极13分别构成一、二、三级开关主体；在第三级电容器的外侧，固定设置有最后的输出电极，其输出电极与第三级电容器的正电极连接；所有的电极、绝缘板和电容构成一个整体。

因为每一个电极均有空心环结构，也就是说空心环处为中空的，因此为了实现导通在空心环的轴心处设置有一根沿着其轴线的绝缘杆，在绝缘杆上设置有三个触发极，每一个触发极对应一个开关，为了确保绝缘杆能在空心环内移动，在整个发生器的外部设置一个气缸，在第一级低压极的空心环处设置一个有机玻璃的气缸座，气缸的活塞穿过气缸座后通过螺纹与绝缘杆固定连接，使得绝缘杆能在气缸的带动下移动。

本发明的上述结构在安装完毕后，其主要工作过程是：在初始充电状态下，触发极跟随绝缘杆向图1中的气缸方向移动，使得触发极沉入相应开关低压极，比如说触发极16沉入到低压极3的凸出部内，触发极18沉入到低压极7的凸出部内，触发极20沉入到低压极11的凸出部内。这个状态下，使得每一级开关的低压极与高压极之间就是完全的断开，而低压极与高压极对应的绝缘杆处是凸出的绝缘齿，保证了低压极与高压极之间的良好绝缘性，使得开关处于断路状态。当开关需要触发时，启动气缸，气缸推动活塞向图1中的右方移动，从而使得绝缘杆也一起向右方移动，当绝缘杆上的触发极移动到低压极和高压极之间的特定位置时，使得低压极、高压极、触发极三者之间的距离最短时，实现低压与高压之间的导通。因为，绝缘杆上的每一个触发极是跟随绝缘杆同步移动的，因此触发极触发每一个开关的导通也是同步的，这就实现了本方案中的三级开关的同步导通。

当然，本实施例只采用了三级开关，但是不限于三级开关，可以是多级，只需要按照这种结构实施，即可实现多级开关的同步导通功能。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种气动串联高电压开关，包括若干级开关，其中每一级开关包括一个低压极、一个高压极和一个触发极，所述低压极与高压极之间连接一个绝缘隔板；所述低压极和高压极分别连接在相邻两级的电容器上，其特征在于所述若干级开关直线串联布局，所述所有开关的低压极与高压极均为环形中空结构，所述环形中空结构内设置有一根绝缘杆，所述绝缘杆上设置有所述的若干个触发极，每一个触发极对应一个开关；所述高压开关的外部设置有气缸，气缸的活塞穿过气缸座与绝缘杆固定连接，所述绝缘杆在气缸活塞的带动下沿着环形中空结构的轴向运动。

2.根据权利要求1所述的一种气动串联高电压开关，其特征在于所述每一级开关中的低压极、高压极的环形中空结构上均设置有凸出部。

3.根据权利要求2所述的一种气动串联高电压开关，其特征在于所述低压极上的凸出部与高压极上的凸出部相互对立设置。

4.根据权利要求1或3所述的一种气动串联高电压开关，其特征在于触发极设置在低压极与高压极之间。

5.根据权利要求4所述的一种气动串联高电压开关，其特征在于所述触发极设置在低压极与高压极的中心对称线上。

6.根据权利要求4所述的一种气动串联高电压开关，其特征在于所述触发极的宽度尺寸小于低压极凸出部的凸出尺寸。

7.根据权利要求1所述的一种气动串联高电压开关，其特征在于所述绝缘杆上沿着绝缘杆的方向每两个触发极之间设置有若干个绝缘凸出部。

8.根据权利要求1所述的一种气动串联高电压开关，其特征在于所述每一级开关上的低压极、高压极采用中心对称布局方式，其中心位置为环形中空结构。