CN107465110A - 一种基于气流循环的高重复频率高压脉冲源主开关 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于气流循环的高重复频率高压脉冲源主开关。本发明的高压脉冲源主开关包括阳极体、主开关下体、绝缘体、主开关后盖、同心环状散热装置、进气装置、进气孔、抽气阀门、阴极电极和阳极电极；通过进气装置向空腔中充满氮气，阳极体接高电压正极，主开关后盖接地，两电极间产生电势差，击穿两电极间的氮气，生成大量等离子体；该过程释放大量热量，进气装置通过进气孔向内部的空腔输送高压氮气，超过设定值的气压通过抽气阀门排出空腔外，在密封的空腔内部氮气流动，流动的氮气将热量通过同心环状散热装置传递至外部，增大了同心环状散热装置的有效散热面积，保证了两电极间的温度稳定性，从而提升了高压脉冲源主开关的工作频率。
Description
技术领域
本发明涉及高压脉冲源主开关技术，具体涉及一种基于气流循环的高重复频率高压脉冲源主开关。
背景技术
高压脉冲源在军事和民用领域均有广泛应用，主开关是高压脉冲源中重要的组成部件，主开关工作时两电极间施加极高的电压，高电压梯度导致两电极间的气体击穿，生成大量等离子体。该过程产生大量热量，造成电极间气体温度升高，影响开关稳定性。现有高压脉冲源由于该效应影响，造成开关工作频率低，稳定性差等特点。
发明内容
针对以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于气流循环的高重复频率高压脉冲源主开关。
本发明的基于气流循环的高重复频率高压脉冲源主开关包括：阳极体、主开关下体、绝缘体、主开关后盖、同心环状散热装置、进气装置、进气孔、抽气阀门、阴极电极和阳极电极；其中，圆柱体形状的阳极体的轴为中心轴；在阳极体外设置与阳极体共轴的环状的主开关下体；在阳极体与主开关下体之间设置环状的绝缘体；阳极体、绝缘体和主开关下体均为回转体且共轴，三者的前表面位于一个平面上，连接成一个整体形成前体结构；在前体结构的后表面设置回转体的主开关后盖，主开关后盖与前体结构共轴；在主开关后盖的中心开设圆形的孔洞，在孔洞上设置同心环状散热装置；同心环状散热装置包括多个同心的环形散热片，主开关后盖与同心环状散热装置连接成一个整体形成后体结构；后体结构与前体结构围成密封结构的空腔；在主开关后盖上开设有抽气孔，在抽气孔上设置抽气阀门；在同心环状散热装置的后表面且位于中心轴上设置有进气装置；在同心环状散热装置的中心轴上设置进气孔，连接进气装置并通向内部的空腔；在同心环状散热装置的前表面且位于中心轴上设置有阴极电极；在阳极体的后表面且位于中心轴上与阴极电极相对设置有阳极电极；进气装置通过进气孔向空腔中充满氮气，阳极体接高电压正极，主开关后盖接地，因此在阳极电极和阴极电极间产生电势差，击穿两电极间的氮气，生成大量等离子体，高压脉冲源主开关导通；该过程释放大量热量，进气装置持续通过进气孔向内部的空腔输送高压氮气对空腔充气，当氮气的气压超过设定值时，超过设定值的气压通过抽气阀门排出空腔外，保证空腔内气压在充气过程中压力不变；氮气在密封的空腔内部流动，流动的氮气迅速带走阳极电极和阴极电极间的热量，热量通过同心环状散热装置传递至外部，由于内部气体流动，增大了同心环状散热装置的有效散热面积，提高散热效率，保证了两电极间的温度稳定性，从而提升高压脉冲源主开关的工作频率。
进气装置通过进气孔向空腔中充满氮气，使得空腔内的氮气达到十兆帕以上；阳极体接高电压，使得阳极电极获得高达十万伏至百万伏的正电压偏置；阳极电极和阴极电极间产生电势差为十万伏至百万伏。在阳极电极和阴极电极间产生电势差，击穿两电极间的氮气，生成大量等离子体，高压脉冲源主开关导通，该过程持续的时间不超过10微秒。
抽气阀门朝向空腔的表面设置有压力判定结构，当压力判定结构判断空腔内的氮气的气压值超过设定值时，超过设定值的气压通过抽气阀门排出空腔外。设计值为高频率高压脉冲源主开稳定工作时空腔内的氮气的气压值。
同心环状散热装置采用多层同心的薄层的环形散热片，相邻的环形散热片之间有间隙，环形散热片间的间隙是环形散热片的厚度的2～5倍；环形散热片的厚度为0.5mm～2mm；环形散热片的高度为厚度的5～50倍。环形散热片的材料采用热的良导体材料即高导热率材料，例如金属。厚度为沿径向方向，高度为沿轴向方向。
本发明的优点：
本发明的高压脉冲源主开关包括阳极体、主开关下体、绝缘体、主开关后盖、同心环状散热装置、进气装置、进气孔、抽气阀门、阴极电极和阳极电极；通过进气装置向空腔中充满氮气，阳极体接高电压正极，主开关后盖接地，因此在阳极电极和阴极电极间产生电势差，击穿两电极间的氮气，生成大量等离子体；该过程释放大量热量，进气装置通过进气孔向内部的空腔输送高压氮气，超过设定值的气压通过抽气阀门排出空腔外，在密封的空腔内部氮气流动，流动的氮气将热量通过同心环状散热装置传递至外部，增大了同心环状散热装置的有效散热面积，保证了两电极间的温度稳定性，从而提升了高压脉冲源主开关的工作频率。
附图说明
图1为本发明的基于气流循环的高重复频率高压脉冲源主开关的剖面图；
图2为本发明的基于气流循环的高重复频率高压脉冲源主开关的附视图。
具体实施方式
下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。
如图1和2所示，本实施例的基于气流循环的高重复频率高压脉冲源主开关包括：阳极体410、主开关下体210、绝缘体310、主开关后盖110、同心环状散热装置111、进气装置610、进气孔113、抽气阀门510、阴极电极112和阳极电极411；其中，圆柱体形状的阳极体410的轴为中心轴；在阳极体410外设置与阳极体410共轴的环状的主开关下体210；在阳极体410与主开关下体210之间设置环状的绝缘体310；阳极体410、绝缘体310和主开关下体210均为回转体且共轴，三者的前表面位于一个平面上，连接成一个整体形成前体结构；在前体结构的后表面设置回转体的主开关后盖110，主开关后盖110与前体结构共轴；在主开关后盖110的中心开设圆形的孔洞，在孔洞上设置同心环状散热装置111，同心环状散热装置111包括多个同心的环形散热片，主开关后盖110与同心环状散热装置111连接成一个整体形成后体结构；后体结构与前体结构围成密封结构的空腔；在主开关后盖110上开设有抽气孔，在抽气孔上设置抽气阀门510；在同心环状散热装置111朝向外部的后表面且位于中心轴上设置有进气装置610；在同心环状散热装置111的中心轴上设置进气孔113，连接进气装置610并通向内部的空腔；在同心环状散热装置111朝向内部空腔的前表面且位于中心轴上设置有阴极电极112；在阳极体410朝向内部空腔的后表面且位于中心轴上与阴极电极112相对设置有阳极电极411。
最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
Claims (9)
1.一种基于气流循环的高频率的高压脉冲源主开关，其特征在于，所述高压脉冲源主开关包括：阳极体、主开关下体、绝缘体、主开关后盖、同心环状散热装置、进气装置、进气孔、抽气阀门、阴极电极和阳极电极；其中，圆柱体形状的阳极体的轴为中心轴；在阳极体外设置与阳极体共轴的环状的主开关下体；在阳极体与主开关下体之间设置环状的绝缘体；阳极体、绝缘体和主开关下体均为回转体且共轴，三者的前表面位于一个平面上，连接成一个整体形成前体结构；在前体结构的后表面设置回转体的主开关后盖，主开关后盖与前体结构共轴；在主开关后盖的中心开设圆形的孔洞，在孔洞上设置同心环状散热装置；同心环状散热装置包括多个同心的环形散热片，主开关后盖与同心环状散热装置连接成一个整体形成后体结构；后体结构与前体结构围成密封结构的空腔；在主开关后盖上开设有抽气孔，在抽气孔上设置抽气阀门；在同心环状散热装置的后表面且位于中心轴上设置有进气装置；在同心环状散热装置的中心轴上设置进气孔，连接进气装置并通向内部的空腔；在同心环状散热装置的前表面且位于中心轴上设置有阴极电极；在阳极体的后表面且位于中心轴上与阴极电极相对设置有阳极电极；进气装置通过进气孔向空腔中充满氮气，阳极体接高电压正极，主开关后盖接地，因此在阳极电极和阴极电极间产生电势差，击穿两电极间的氮气，生成大量等离子体，高压脉冲源主开关导通；该过程释放大量热量，进气装置持续通过进气孔向内部的空腔输送高压氮气对空腔充气，当氮气的气压超过设定值时，超过设定值的气压通过抽气阀门排出空腔外，保证空腔内气压在充气过程中压力不变；氮气在密封的空腔内部流动，流动的氮气迅速带走阳极电极和阴极电极间的热量，热量通过同心环状散热装置传递至外部，由于内部气体流动，增大了同心环状散热装置的有效散热面积，提高散热效率，保证了两电极间的温度稳定性，从而提升高压脉冲源主开关的工作频率。
2.如权利要求1所述的高压脉冲源主开关，其特征在于，所述抽气阀门朝向空腔的表面设置有压力判定结构，当压力判定结构判断空腔内的氮气的气压值超过设定值时，超过设定值的气压通过抽气阀门排出空腔外。
3.如权利要求1所述的高压脉冲源主开关，其特征在于，所述进气装置通过进气孔向空腔中充满氮气，使得空腔内的氮气达到十兆帕以上。
4.如权利要求1所述的高压脉冲源主开关，其特征在于，所述阳极体接高电压，使得阳极电极获得高达十万伏至百万伏的正电压偏置。
5.如权利要求1所述的高压脉冲源主开关，其特征在于，所述阳极电极和阴极电极间产生电势差为十万伏至百万伏。
6.如权利要求1所述的高压脉冲源主开关，其特征在于，所述同心环状散热装置采用多层同心的薄层的环形散热片，相邻的环形散热片之间有间隙，环形散热片间的间隙是环形散热片的厚度的2～5倍。
7.如权利要求1所述的高压脉冲源主开关，其特征在于，所述环形散热片的厚度为0.5mm～2mm。
8.如权利要求1所述的高压脉冲源主开关，其特征在于，所述环形散热片的高度为厚度的5～50倍。
9.如权利要求1所述的高压脉冲源主开关，其特征在于，所述环形散热片的材料采用热的良导体材料即高导热率材料。
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| CN110996489B (zh) * | 2019-12-09 | 2021-06-01 | 西安交通大学 | 等离子体喷射装置 |
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