CN112038167A - 一种电磁脉冲发生器 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种电磁脉冲发生器，属于电磁脉冲发生器技术领域，其技术方案要点是一种电磁脉冲发生器，包括放电回路和连接在放电回路上的触发开关，触发开关包括真空灭弧室和动力装置，真空灭弧室包括密封壳、动触头、静触头和动导向杆，静触头和动触头均位于密封壳内且同轴相对，动导向杆与动触头固定连接且贯穿密封壳，动力装置包括电磁弹射组件、弹射底板和固定连接在弹射底板上的连接柱，连接柱固定连接在动导向杆远离静触头的一端，通过电磁弹射组件能够带动动导向杆靠近或远离静触头。达到提高触发开关的工作可靠性、优化电磁脉冲发生器工作性能的效果。
Description
技术领域
本申请涉及电磁脉冲发生器领域，特别涉及一种电磁脉冲发生器。
背景技术
强电流脉冲的产生对很多科学和工程都是关键性的,包括激励强激光器,驱动微波源等，目前广泛使用的大电流电磁脉冲发生器有电容器组型、储能电感、蓄电池、旋转电机等。
如图1所示，相关技术的电磁脉冲发生器包括充电电源、限流电阻、触发开关和储能电容，限流电阻的一端与充电电源的正极连接，触发开关与限流电阻串联连接，触发开关与负载串联连接，储能电容的一端与限流电阻与触发开关之间的连接节点串联连接，储能电容的另一端与充电电源的负极连接，其中触发开关通常采用晶闸管，晶闸管由晶闸管触发电路触发。
上述现有技术不的足之处在于：但是由于目前半导体器件单体的工作电压、工作电流都很有限，同时还存在功率器件本身功率损耗大的情况，因此可能会影响电磁脉冲发生器的输出可靠性。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本申请提供一种电磁脉冲发生器，达到提高触发开关的工作可靠性、优化电磁脉冲发生器工作性能的效果。
本申请的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种电磁脉冲发生器，包括放电回路和连接在放电回路上的触发开关，触发开关包括真空灭弧室和动力装置，真空灭弧室包括密封壳、动触头、静触头和动导向杆，静触头和动触头均位于密封壳内且同轴相对，动导向杆与动触头固定连接且贯穿密封壳，动力装置包括电磁弹射组件、弹射底板和固定连接在弹射底板上的连接柱，连接柱固定连接在动导向杆远离静触头的一端，通过电磁弹射组件能够带动动导向杆靠近或远离静触头。
通过采用上述技术方案，真空灭弧室为中高压电力开关，通过密封壳内真空优良的绝缘性使中高电压电路切断电源后能迅速熄弧并抑制电流，当真空灭弧室断开瞬间，真空灭弧室所在回路中的电流能够被迅速切断，使得真空灭弧室具有优良的大电流分断能力，因此提高了触发开关在高压大电流下的工作可靠性，真空动触头与静触头接通时对电路能量损耗较小，与此同时通过电磁弹射组件驱动动导向杆高速移动，可实现控制真空灭弧室快速闭合或快速断开，改善了触发开关的延时与抖动情况，进而优化了电磁脉冲发生器的工作性能。
优选的，电磁弹射组件包括上线圈、下线圈、第一供电电源、第二供电电源、两个发射弹丸和导向机构，上线圈由第一供电电源供电，下线圈由第二供电电源供电，导向机构对弹射底板沿动导向杆轴线方向的移动起到导向作用，上线圈和下线圈的轴线位于同一直线上，弹射底板位于上线圈和下线圈的轴线方向之间，两个发射弹丸固定均连接在弹射底板上且分别位于弹射底板的两侧，两个发射弹丸分别与上线圈和下线圈相对，上线圈通电后能够驱动与上线圈相对的发射弹丸向靠近下线圈的方向移动，下线圈通电后能够驱动与下线圈发射弹丸向靠近上线圈的方向移动。
通过采用上述技术方案，上线圈接入第一供电电源时，上线圈和上线圈相对的发射弹丸之间的电磁场产生的洛伦兹力将发射弹丸向靠近下线圈的方向驱动，弹射底板带动连接柱上的动导向杆高速运动，使动触头远离静触头，即实现了控制真空灭弧室快速断开的功能；下线圈接入第二供电电源时，下线圈和与下线圈相对的发射弹丸之间的电磁场力产生的洛伦兹力将发射弹丸向靠近上线圈的方向高速运动，使动触头与静触头迅速抵接，即实现了控制真空灭弧室快速闭合的功能。
优选的，在真空灭弧室和动力装置的外侧罩设有保护壳，导向机构为上线圈固定座，上线圈固定座固定设置在保护壳内，上线圈固定设置在上线圈固定座上，连接柱穿过上线圈固定座并且与上线圈固定座插接配合。
通过采用上述技术方案，上线圈或下线圈内通入电时，由于连接柱与上线圈固定座插接配合，因此使得弹射底板只能沿动导向杆的轴线方向移动，动导向杆不易相对于动端盖板发生扭动，进而使动导向杆能够带动动触头高速运动并与静触头抵接或者带动动触头与静触头快速分离。
优选的，放电回路设置多条，真空灭弧室设置多个，多个真空灭弧室分别连接在多条放电回路上，动力装置用于控制多个真空灭弧室的启闭。
通过采用上述技术方案，设置多条放电回路，使得每条放电回路上的电流值不易过大，对电路起到限流保护作用，与此同时使得多条放电回路输出的总电流值能够达到负载所需的大电流值。
优选的，电磁弹射组件、弹射底板和连接柱分别以相同的数量设置多个，每个连接柱分别与每条放电回路上的动导向杆固定连接，通过多个电磁弹射组件同步动作以带动多个动导向杆同步靠近或同步远离静触头。
通过采用上述技术方案，多个电磁弹射组件同步动作以带动多个动导向杆同步靠近或同步远离静触头，达到控制多放电回路同步导通或同步断开的功能，当其中某个电磁弹射组件出现损坏时，电磁脉冲发生器仍能够输出大电流，因此提升了脉冲发生器的工作稳定性。
优选的，电磁弹射组件和弹射底板均设置单个，连接柱沿弹射底板设置多个，多个连接柱分别与多个真空灭弧室的多个动导向杆固定连接。
通过采用上述技术方案，弹射底板电磁弹射组件的驱动下时，多个连接柱带动多个动导向杆同步移动，使得多条放电回路上的真空灭弧室同步开启或同步关闭，进而使多条放电回路上的不易因开启时间不同而导致电压和电流瞬态分配不均，使得脉冲发生器在开启瞬间能够趋于稳定输出所需电流值，且在关闭瞬间能够同步切断所有放电回路的输出。
优选的，密封壳包括外绝缘壳、静端盖板和动端盖板，静端盖板和动端盖板分别固定设置在外绝缘壳轴线方向的两端，静触头固定连接有静导向杆，静导向杆贯穿静端盖板，静导向杆连接有调节机构，通过调节机构能够带动静触头靠近或者远离动触头，在静触头与静端盖板之间固定连接有第二波纹管。
通过采用上述技术方案，静触头和动触头在使用过程中会被电弧烧蚀，因此会使静触头和动触头的厚度变小，进而会降低动触头和静触头之间的接触压力，通过调节机构能够调节静触头与动触头之间的开距，调节静触头的位置，以保持动触头与静触头的接触压力；同时，由于真空灭弧室内的静触头置即静触头与动触头之间的开距可能存在微量差异，因此可能会导致多个动导向杆同步移动时，多个真空灭弧室的导通时间可能会存在微量差异，通过调节调节机构调节多个真空灭弧室的多个静触头与动触头的开距一致，即可控制多条放电回路上同时导通。
优选的，调节机构包括调节螺杆和调节螺母，调节螺杆与静导向杆固定连接，调节螺杆与保护壳沿调节螺杆的轴线方向滑动配合，调节螺母与调节螺杆螺纹连接，调节螺母与保护壳转动连接。
通过采用上述技术方案，调节静触头的位置时，转动调节螺母，由于调节螺杆与保护壳滑动配合，因此调节螺杆只能沿其自身轴线方向移动，调节螺杆带动上端绝缘子与静导向杆移动，达到了调节静触头与动触头之间开距的效果。
优选的，在调节螺杆与静导向杆之间固定连接有上端绝缘子。
通过采用上述技术方案，通过设置上端绝缘子使得工作人员调节静导向杆的位置时不易触电，提高了工作人员的操作安全性。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、通过采用真空灭弧室、电磁弹射组件、弹射底板和连接柱的结构，实现了提高放电回路中触发开关工作可靠性的功能；
2、通过采用连接柱和导向孔滑动连接的结构，实现了使动导向杆在移动过程中不易相对于动端盖板发生扭动的功能；
3、通过采用调节机构的结构，实现了使静触头和动触头之间开距可调的功能。
附图说明
图1是电磁脉冲发生器相关技术的示意图；
图2是本申请实施一放电回路的电路示意图；
图3是本申请实施例一的触发开关的结构示意图；
图4是本申请实施二放电回路的电路示意图；
图5是本申请实施三触发开关的结构示意图；
图6是突出调节机构的三维示意图；
图7是突出调节机构的三维示意图。
附图标记：1、保护壳；11、滑块；2、真空灭弧室；21、密封壳；211、外绝缘壳；212、静端盖板；213、动端盖板；22、动触头；23、静触头；24、动导向杆；25、静导向杆；251、上端绝缘子；26、第一波纹管；27、第二波纹管；3、动力装置；31、电磁弹射组件；311、上线圈；312、下线圈；313、发射弹丸；3131、发射筒；3132、发射线圈；314、上线圈固定座；3141、导向孔；32、弹射底板；33、连接柱；331、下端绝缘子；4、调节机构；41、调节螺杆；411、滑槽；42、调节螺母。
具体实施方式
以下结合附图对本申请作进一步详细说明。
实施例一:
一种电磁脉冲发生器，参照图2和图3，包括放电回路和连接在放电回路上的触发开关，触发开关包括真空灭弧室2以及用于控制真空灭弧室2启闭的动力装置3，真空灭弧室2包括密封壳21、动触头22、静触头23、动导向杆24和第一波纹管26，密封壳21包括外绝缘壳211、静端盖板212和动端盖板213，静端盖板212和动端盖板213分别固定设置在外绝缘壳211轴线方向的两端，静触头23和动触头22均位于密封壳21内且同轴相对，静触头23连接在静端盖板212上，动触头22与动导向杆24固定连接，动导向杆24贯穿动端盖板213，静触头23和动触头22分别为真空灭弧室2的输入端和输出端，静触头23和动触头22分别通过电连接的方式连接于放电回路中，第一波纹管26固定连接在动导向杆24与动端盖板213靠近静端盖板212的侧壁之间。通过驱动动导向杆24带动动触头22动触头22与静触头23抵接，使真空灭弧室2处于导通状态，第一波纹管26起到密封作用，动触头22远离静触头23，真空灭弧室2处于截止状态；真空灭弧室2适用于高电压电路，密封壳21内真空优良的绝缘性使中高电压电路切断电源后能迅速熄弧并抑制电流，当动触头22与静触头23断开瞬间，真空灭弧室2所在回路中的电流能够被迅速切断，真空灭弧室2具有优良的大电流分断能力，且动触头22与静触头23接通时对放电电路能量损耗较小，因此提高了触发开关在高压大电流下的工作可靠性。
参照图3，动动力装置3包括电磁弹射组件31、弹射底板32和固定连接在弹射底板32上的连接柱33，连接柱33固定连接在动导向杆24远离静触头23的一端，电磁弹射组件31包括上线圈311、下线圈312、第一供电电源、第二供电电源、两个发射弹丸313和导向机构，发射弹丸313包括发射筒3131和绕设在发射筒3131外侧的发射线圈3132，两个发射筒3131固定均连接在弹射底板32上且分别位于弹射底板32的两侧，上线圈311由第一供电电源供电，下线圈312由第二供电电源供电，第一供电电源和第二供电电源均采用脉冲电流发生器，上线圈311和下线圈312的轴线位于同一直线上，弹射底板32位于上线圈311和下线圈312的轴线方向之间，两个发射弹丸313分别与上线圈311和下线圈312同轴相对，发射弹丸313的端部可伸入至上线圈311或下线圈312内，连接柱33可采用绝缘材质或者是在动导向杆24与连接柱33之间固定连接有下端绝缘子331，本实施例采用上述第二种方式。上线圈311接入第一供电电源时，上线圈311及其下方的发射弹丸313之间的电磁场产生的洛伦兹力将该发射弹丸313向靠近下线圈312的方向驱动，弹射底板32带动连接柱33上的动导向杆24高速运动，使动触头22远离静触头23，即实现了控制真空灭弧室2快速断开的功能；下线圈312接入第二供电电源时，下线圈312与其上方的发射弹丸313之间的电磁场力产生的洛伦兹力将该发射弹丸313向靠近上线圈311的方向高速运动，使动触头22与静触头23迅速抵接，即实现了控制真空灭弧室2快速闭合的功能。本申请采用的电磁弹射组件31还可采用电磁炮其他形式的电磁驱动方式，如同步感应线圈炮、异步感应线圈炮等多种电磁弹射（即电磁炮）的形式，发射弹丸313可根据不同电磁炮的形式进行设置、第一供电电源和第二供电电源可根据电磁炮驱动线圈的供电方式输出直流电或交流电。
参照图3，在真空灭弧室2和动力装置3的外侧罩设有保护壳1，导向机构为固定设置在保护壳1内部的上线圈固定座314，上线圈311固定设置在上线圈固定座314靠近下线圈312的一侧，下线圈312固定连接在保护壳1的内侧壁上，在上线圈固定座314上开设有导向孔3141，连接柱33穿过上线圈固定座314并且与导向孔3141插接配合，连接柱33的截面可为矩形或三角形，以使得连接柱33带动动导向杆24移动时，动导向杆24不易相对于密封壳21发生扭动，进而不易将第一波纹管26损伤。上线圈311或下线圈312内通入交变电流时，连接柱33与上线圈固定座314插接配合，使得弹射底板32只能沿上线圈311的轴线方向移动，动导向杆24不易相对于动端盖板213发生扭动，进而使动导向杆24能够带动动触头22高速运动并与静触头23抵接或者带动动触头22与静触头23快速分离。
实施例一的实施原理为：
接通真空灭弧室2时，通过第二供电电源向下线圈312通入交变电流，下线圈312与其上方的发射弹丸313之间的电磁场力产生的洛伦兹力将该发射弹丸313向靠近上线圈311的方向高速运动，使动触头22与静触头23迅速抵接；断开真空灭弧室2时，断开第二供电电源，通过第一供电电源向上线圈311通入交变电流，上线圈311及其下方的发射弹丸313之间的电磁场产生的洛伦兹力将该发射弹丸313向靠近下线圈312的方向驱动，弹射底板32带动连接柱33上的动导向杆24高速运动，使动触头22远离静触头23。
实施例二：
本实施例与实施一的不同之处在于，参照图4，放电回路设置多条，多个真空灭弧室2分别连接在多条放电回路中，电磁弹射组件31、弹射底板32和连接柱33分别以相同的数量设置多个，每个连接柱33分别与每条放电回路上的动导向杆24固定连接，通过多个电磁弹射组件31同步动作以带动多个动导向杆24同步靠近或同步远离静触头23。设置多条放电回路，使得每条放电回路上的电流值不易过大，对电路起到限流保护作用，与此同时使得多条放电回路输出的总电流值能够达到负载所需的大电流值，多个电磁弹射组件31同步动作以带动多个动导向杆24同步靠近或同步远离静触头23，达到控制多放电回路同步导通或同步断开的功能，当其中某个电磁弹射组件31出现损坏时，电磁脉冲发生器仍能够输出大电流，因此提升了脉冲发生器的工作稳定性。
实施例二的实施原理为：
同时接通多条放电放电回路时，多个下线圈312同时通入第二供电电源发出的交变电流，多个弹射底板32上的发生弹丸在下线圈312产生的电磁场力的作用下向靠近上线圈311的方向移动，同时带动多个动导向杆24分别与多个静触头23同步抵接，多个真空灭弧室2同步导通；同时断开多条放电回路时，多个上线圈311同时通入第一供电电源发出的交变电流，多个弹射底板32上的发生弹丸在上线圈311产生的电磁场力的作用下向靠近下线圈312的方向移动，同时带动多个动导向杆24同时远离多个静触头23，多个真空灭弧室2同步截止。
实施例三：
本实施例与实施二的不同之处在于，参照图5，通过设置多条放电回路，能够实现提供低压大电流大功率脉冲电源的作用，但由于触发开关（即真空灭弧室2）本身特性导致其导通的延迟性，可能会存在有一个真空灭弧室2先导通，后面的真空灭弧室2还没导通，导致流过先导通的那一个真空灭弧室2的电流太大，该真空灭弧室2极易损坏，而其他真空灭弧室2无电流通过，因此本实施例采用的动力装置3包括单个电磁弹射组件31、单个弹射底板32均设置和多个固定连接在弹射底板32上的连接柱33，多个连接柱33分别与多个真空灭弧室2的多个动导向杆24固定连接。弹射底板32在上线圈311或下线圈312的驱动下移动时，多个连接柱33带动多个动导向杆24同步移动，进而使多条放电回路上的不易因开启时间不同而导致电压和电流瞬态分配不均，使得脉冲发生器在开启瞬间能够快速、稳定地输出所需值，且不易造成电路功率损耗较大，使得在关闭瞬间能够同步切断所有放电回路的输出。
由于多个真空灭弧室2的参数可能会存在差异，进而可能会导致多个动导向杆24同步移动时多个真空灭弧室2的导通时间仍会存在微量差异，为了使得多个真空灭弧室2能够同步启闭，进而控制多条放电回路同时导通或截止，以提高电磁脉冲发生器的输出稳定性，参照图5，本申请采用的静触头23固定连接有静导向杆25，静导向杆25贯穿静端盖板212，静导向杆25连接有调节机构4，通过调节机构4能够带动静触头23靠近或者远离动触头22，在静触头23与静端盖板212之间固定连接有第二波纹管27。由于静触头23和动触头22在使用过程中会被电弧烧蚀，因此会使静触头23和动触头22的厚度变小，进而会降低动触头22和静触头23之间的接触压力，通过调节机构4能够调节静触头23与动触头22之间的开距，调节静触头23的位置，以保持动触头22与静触头23的接触压力；同时通过调节调节机构4调节多个真空灭弧室2的多个静触头23与动触头22的开距一致，当多个动导向杆24同步移动时即可控制多条放电回路上同时导通。
参照图6和图7，调节机构4包括调节螺杆41和调节螺母42，调节螺杆41与静导向杆25固定连接，在调节螺杆41与静导向杆25之间固定连接有上端绝缘子251，在调节螺杆41外周壁上开设有滑槽411，滑槽411沿调节螺杆41的轴线方向设置，在保护壳1上固定设置有滑块11，滑槽411与滑块11沿调节螺杆41的轴线方向滑动配合，调节螺母42与调节螺杆41螺纹连接，调节螺母42与保护壳1转动连接。调节静触头23的位置时，转动调节螺母42，由于调节螺杆41与保护壳1滑动配合，因此调节螺杆41只能沿其自身轴线方向移动，调节螺杆41带动上端绝缘子251与静导向杆25移动，达到了调节静触头23与动触头22之间开距的效果；通过设置上端绝缘子251使得工作人员调节静导向杆25的位置时不易触电，提高了工作人员的操作安全性。
实施例三的实施原理为：
同时接通多条放电回路时，向下线圈312通入第二供电电源发出的交变电流，弹射底板32下侧的发生弹丸在下线圈312产生的电磁场力的作用下向靠近上线圈311的方向移动，同时带动多个动导向杆24分别与多个静触头23同步抵接，多个真空灭弧室2同步导通；同时断开多条放电回路时，上线圈311通入第一供电电源发出的交变电流，弹射底板32上侧的发生弹丸在上线圈311产生的电磁场力的作用下向靠近下线圈312的方向移动，同时带动多个动导向杆24同时远离多个静触头23，多个真空灭弧室2同步截止。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种电磁脉冲发生器，其特征在于：包括放电回路和连接在放电回路上的触发开关，触发开关包括真空灭弧室(2)和动力装置(3)，真空灭弧室(2)包括密封壳(21)、动触头(22)、静触头(23)和动导向杆(24)，静触头(23)和动触头(22)均位于密封壳(21)内且同轴相对，动导向杆(24)与动触头(22)固定连接且贯穿密封壳(21)，动力装置(3)包括电磁弹射组件(31)、弹射底板(32)和固定连接在弹射底板(32)上的连接柱(33)，连接柱(33)固定连接在动导向杆(24)远离静触头(23)的一端，通过电磁弹射组件(31)能够带动动导向杆(24)靠近或远离静触头(23)。
2.根据权利要求1所述的一种电磁脉冲发生器，其特征在于：电磁弹射组件(31)包括上线圈(311)、下线圈(312)、第一供电电源、第二供电电源、两个发射弹丸(313)和导向机构，上线圈(311)由第一供电电源供电，下线圈(312)由第二供电电源供电，导向机构对弹射底板(32)沿动导向杆(24)轴线方向的移动起到导向作用，上线圈(311)和下线圈(312)的轴线位于同一直线上，弹射底板(32)位于上线圈(311)和下线圈(312)的轴线方向之间，两个发射弹丸(313)固定均连接在弹射底板(32)上且分别位于弹射底板(32)的两侧，两个发射弹丸(313)分别与上线圈(311)和下线圈(312)相对，上线圈(311)通电后能够驱动与上线圈(311)相对的发射弹丸(313)向靠近下线圈(312)的方向移动，下线圈(312)通电后能够驱动与下线圈(312)发射弹丸(313)向靠近上线圈(311)的方向移动。
3.据权利要求2所述的一种电磁脉冲发生器，其特征在于：在真空灭弧室(2)和动力装置(3)的外侧罩设有保护壳(1)，导向机构为上线圈固定座(314)，上线圈固定座(314)固定设置在保护壳(1)内，上线圈(311)固定设置在上线圈固定座(314)上，连接柱(33)穿过上线圈固定座(314)并且与上线圈固定座(314)插接配合。
4.根据权利要求1所述的一种电磁脉冲发生器，其特征在于：放电回路设置多条，真空灭弧室(2)设置多个，多个真空灭弧室(2)分别连接在多条放电回路上，动力装置(3)用于控制多个真空灭弧室(2)的启闭。
5.根据权利要求4所述的一种电磁脉冲发生器，其特征在于：电磁弹射组件(31)、弹射底板(32)和连接柱(33)分别以相同的数量设置多个，每个连接柱(33)分别与每条放电回路上的动导向杆(24)固定连接，通过多个电磁弹射组件(31)同步动作以带动多个动导向杆(24)同步靠近或同步远离静触头(23)。
6.根据权利要求4所述的一种电磁脉冲发生器，其特征在于：电磁弹射组件(31)和弹射底板(32)均设置单个，连接柱(33)沿弹射底板(32)设置多个，多个连接柱(33)分别与多个真空灭弧室(2)的多个动导向杆(24)固定连接。
7.根据权利要求1或6所述的一种电磁脉冲发生器，其特征在于：密封壳(21)包括外绝缘壳(211)、静端盖板(212)和动端盖板(213)，静端盖板(212)和动端盖板(213)分别固定设置在外绝缘壳(211)轴线方向的两端，静触头(23)固定连接有静导向杆(25)，静导向杆(25)贯穿静端盖板(212)，静导向杆(25)连接有调节机构(4)，通过调节机构(4)能够带动静触头(23)靠近或者远离动触头(22)，在静触头(23)与静端盖板(212)之间固定连接有第二波纹管(27)。
8.根据权利要求7所述的一种电磁脉冲发生器，其特征在于：调节机构(4)包括调节螺杆(41)和调节螺母(42)，调节螺杆(41)与静导向杆(25)固定连接，调节螺杆(41)与保护壳(1)沿调节螺杆(41)的轴线方向滑动配合，调节螺母(42)与调节螺杆(41)螺纹连接，调节螺母(42)与保护壳(1)转动连接。
9.根据权利要求8所述的一种电磁脉冲发生器，其特征在于：在调节螺杆(41)与静导向杆(25)之间固定连接有上端绝缘子(251)。
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