CN207719586U - 一种紫外灯照射的场畸变型高压气体开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种紫外灯照射的场畸变型高压气体开关，所述场畸变型高压装置包括绝缘板、绝缘筒、紫外光灯、主电极、固定杆、触发盘。绝缘板和绝缘筒围成腔体结构，腔体结构中装设有主电极、紫外光灯。当紫外光灯预先照射到主电极，有利于电极材料逸出自由电子，为开关的导通提供种子电子。另外，紫外光的照射将引起空间光电离，使开关的主间隙放电过程快速稳定。本实用新型通过在绝缘筒上面安装有四个紫外光灯，紫外光能够对主电极和绝缘筒内照射充分，使得开关的触发性能更加稳定，开关导通的时延和抖动明显减小。本实用新型为了配合可预电离触发的场畸变型高压气体开关合理使用，提供了该高压气体开关的应用电路图，所述电路图中的紫外灯工作电路，可保证紫外灯稳定导通，所述电路图中的触发系统，可保证此开关稳定可靠的工作。

Description

一种紫外灯照射的场畸变型高压气体开关

技术领域

本实用新型属于一种高压气体开关，特别是一种紫外灯照射的场畸变型高压气体开关。

背景技术

场畸变开关以其工作范围广、易于使用、通流能力强等特点成为脉冲功率技术领域的研究热点。快前沿、大功率脉冲的获得与场畸变开关的放电特性密不可分。要使开关放电抖动低、放电迅速，可采用紫外预电离的方式，预电离间隙火花放电产生的带电粒子可为主间隙放电提供初始种子电子，实现触发时的多电子引燃，提高开关导通的稳定性。

常用的预电离技术主要有：电子束预电离、射频预电离、紫外光预电离、以及放射性源预电离等。在气体开关上应用较多的是紫外光预电离技术，通过紫外线灯、火花放电、表面电晕放电为开关间隙提高紫外线照射。

目前在研究高气体开关寿命的具体途径上，研究一种加装预电离电极的场畸变开关，通过对开关的基本试验表明，开关整体静态稳定性良好，触发可靠，导通分散性小，多次放电后，开关的自击穿电压没有显著变化，且与普通场畸变开关相比，触发可靠性大大提高。

开关的导通性能与触发脉冲性能密切相关，场畸变开关触发脉冲的上升陡度、峰值电压及触发脉冲注入能量等都是重要因素。研究表明，随着触发脉冲陡度的增加，开关延时及其分散性相应减小；增加触发脉冲能量将缩短开关的开通时间；开关工作稳定可靠也依赖于电压幅值高、上升时间短的高压触发脉冲。场畸变开关是由两个主电极和触发盘组成，它需要合适的触发系统与其配合使用，畸变型高压气体开关应用电路图需要合理的设置触发系统，当触发系统输出的脉冲幅值不小于开关电压的1/3，陡度在3～5kV/ns，能量大于5mJ，此外，触发电路需要保证了铜火花针与触发盘之间先放电，产生的紫外光照射到开关的主电极，使得金属电极材料更易发射电子，从而开关能够可靠工作。本发明专利的触发装置通过电容放电后经脉冲变压器升压陡化后获得上升前沿为5.5kV/ns，幅值为开关工作电压一半的触发脉冲，主电路与触发电路之间安全隔离，触发控制方式灵活、抗干扰能力强、系统结构简单、紧凑，工作稳定可靠。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种紫外灯照射的场畸变型高压气体开关，目的是对触发脉冲的幅值和陡度要求降低，有效的减小开关的击穿时延和抖动，使得开关更容易导通，解决现有技术电极材料逸出自由电子效率不高的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种紫外灯照射的场畸变型高压气体开关，它包括高压气体开关，高压气体开关包括绝缘板、绝缘筒、紫外灯、主电极、拉杆、触发盘。绝缘板和绝缘筒形成绝缘外壳结构，同时，绝缘板和绝缘筒围成腔体结构，主电极包括阳极和阴极，主电极以及触发盘均设置在腔体结构中。

上述所述紫外灯镶嵌在绝缘筒上面，灯头在腔体结构中，紫外灯设置为4个，分别设置于触发盘上下位置并设置有左右对称个数。

上述紫外灯与主电极垂直设置，紫外灯与主电极之间的间隙为20—25mm。

上述紫外灯与与触发盘水平设置，紫外灯与固定触发盘的板之间的间隙为 2—4mm。

它包括开关工作电路，开关触发电路包括储能电容，该储能电容以及可控硅串接在变压器的低压回路中。

它包括高压气体开关，能够为高压气体开关提供能量的储能电容，该储能电容置串接在变压器的高压回路中。

包括第两个等值的高压电阻，两个高压电阻的一端共同与触发盘连接，另一端分别与上电极以及下电极连接。

包括阻尼电阻，阻尼电阻串接在高压气体开关的中间的触发盘与变压器之间。

在变压器的高压回路中设有两个高压陶瓷电容。

上述可控硅为双向可控硅。

上述开关触发电路包括储能电容，采用CBB电容，电压为400V，电容值为0.1uF，开关触发电路的脉冲能量约为5mJ，陡度为5.5kV/ns。

上述为高压气体开关提供能量的储能电容，电容值为0.2μF，它由高压直流电源充电，电压为30kV。

包括紫外灯独立工作电路，四个紫外灯并联在电路中，通过独立电源供电，开关能保紫外灯同时工作或关闭。

采用上述技术方案，本发明具有如下技术效果：

1)、装设多个紫外灯，能够有效的照射到整个开关腔体结构，当紫外灯预先照射到主电极，有利于电极材料逸出自由电子，为开关的导通提供种子电子；

2)、当紫外灯预先对整个腔体结构进行照射，紫外光的照射将引起空间光电离，使开关的主间隙放电过程快速稳定；

3)、紫外灯照射的场畸变型高压气体开关合理使用，提供了该高压气体开关的工作电路图和紫外光独立工作电路图，所述电路图中的触发系统，可保证此开关稳定可靠的工作。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型高压气体开关的工作电路图。

图3为本实用新型紫外灯的工作电路图。

具体实施方式

如图1所示，一种紫外灯照射的场畸变型高压气体开关，它包括高压气体开关，高压气体开关包括绝缘板1、绝缘筒2、紫外灯3、主电极4、拉杆5、触发盘6。绝缘板1和绝缘筒2形成绝缘外壳结构，同时，绝缘板1和绝缘筒2围成腔体结构，主电极4包括阳极和阴极，主电极4以及触发盘6均设置在腔体结构中，包括紫外灯3，紫外灯3镶嵌在绝缘筒2上面，灯头在腔体结构中，方向与主电极垂直。

采用上述结构，首先，当紫外灯预先照射到开关主电极，有利于电极材料逸出自由电子，为开关的导通提供种子电子，有助于开关主间隙的导通，可有效减小开关的击穿时延和抖动，使开关的主间隙放电过程快速稳定；

另外，紫外光的照射将引起空间光电离，使开关的主间隙放电过程快速稳定，这样会对触发脉冲的幅值和陡度要求降低。

所述紫外灯3镶嵌在绝缘筒上面，灯头在腔体结构中，紫外灯设置为4个，分别设置于触发盘上下位置并设置有左右对称个数，能够保证对开关腔体结构提供充分的光照。

所述紫外灯3与主电极4垂直设置，紫外灯3与主电极4之间的间隙为 20—25mm。此距离可以让紫外灯对主电极合理的照射角度，这样可以保证紫外光对电极照射充分强度。

所述紫外灯3与与触发盘水平设置，紫外灯与固定触发盘的板之间的间隙为 2—4mm，此结构能够实现绝缘安全的效果，保证与触发盘的安全距离，防止触发盘的高压对紫外灯破坏。

如图2所示，整个高压气体开关的工作电路，包括触发电路，触发电路包括储能电容C₃、双向可控硅SCR，二极管D₂、电阻R₅，储能电容C₃以及双向可控硅SCR串接在变压器的低压回路中，二极管D₂和电阻R₅与储能电容C₃以及可控硅SCR串联。 C₃提供触发脉冲的能量，SCR为双向可控硅，SCR导通时，C₃短路放电，产生的脉冲信号经触发脉冲变压器TR升压到需要的幅值。

包括高压电阻R₂、R₃，高压电阻R₁以及高压电阻R₂的一端共同与触发盘连接，另一端分别与上电极以及下电极连接。

设置高压电阻R₁以及高压电阻R₂相等时，它使开关在静态时处于开关电压的 1/2。

包括阻尼电阻R₄串接在高压气体开关的触发盘与变压器8之间。阻尼电阻R₄能够防止线路上的杂散电感，以及变压器的漏感与隔离电容以及开关的杂散电容形成振荡。

在变压器TR高压端回路中设有为高压陶瓷电容C₁、C₂7。高压陶瓷电容C₁、C₂可隔离保护脉冲变压器TR8和低压回路。

包括储能电容器C₀19，它由高压直流电源充电。这样，经过高压直流电源对储能电容器C₀充电后，储能电容器C₀4能够位开关提供能量，作为电源的作用。

所述触发电路储能电容C₃12，它的电容值为0.1uF，开关触发电路的脉冲能量为5mJ至10mJ，陡度为3kV/ns至5kV/ns。这样，开关触发电路以及高压气体开关能稳定、可靠的工作，在所给出的电路参数中，高压气体开关没有出现不能导通或导通不稳定的状态。

如图3紫外灯独立工作电路，紫外灯L₁、L₂、L₃、L₄并联在电路中，通过独立电源供电，此结构电路开关S能保证紫外灯同时工作或关闭。

具体的，场畸变型高压气体开关一般采用国外T-508结构，在场畸变型高压气体开关结构的基础上，紫外灯3镶嵌在绝缘筒上面，灯头在腔体结构中，紫外灯设置为 4个，分别设置于触发盘上下位置并设置有左右对称个数，开关腔体结构能够被充分的光照，紫外灯与主电极垂直设置，紫外灯与主电极之间的间隙为20—25mm，该间隙可以让紫外灯对主电极合理的照射角度，这样可以保证紫外光对电极照射充分强度。紫外灯与与触发盘水平设置，紫外灯与固定触发盘的板之间的间隙为2—4mm，此结构能够实现绝缘安全的效果，保证与触发盘的安全距离，防止触发盘的高压对紫外灯破坏。为了一种紫外灯照射的场畸变型高压气体开关可靠的工作，让紫外灯独立工作电路先作用于高压气体开关，然后才是高压气体开关工作电路工作。

具体的，为了很好的配合上述结构，使本实用新型中的紫外灯照射的场畸变型高压气体开关稳定、可靠的工作，其中稳定、可靠指的是不出现场畸变型高压气体开关不能导通或导通不良的情形，C₀为储能电容器，C₀＝0.25μF，它由高压直流电源充电， C₀的电压为30kV，S为一种可预电离触发的场畸变型高压气体开关，R₁，R₂为等值高压电阻，R₂＝R₃＝55MΩ它使开关在静态时处于开关电压的1/2。开关S被触发导通时，主电容器通过开关S可对外接的负载放电。开关触发系统由触发电路中，开关触发系统由R₄、R₅、C₁、C₂、TR、D₂、SCR、C₃组成，设有C₃提供触发脉冲的能量， SCR为双向可控硅，SCR导通时，C₃短路放电，产生的脉冲信号经触发脉冲变压器 TR升压到需要的幅值。C₁，C₂为高压陶瓷电容，可隔离保护脉冲变压器TR和低压回路，C₁＝C₂＝550pF，R₄为线路中的阻尼电阻，防止线路上的杂散电感，以及变压器的漏感与隔离电容以及开关的杂散电容形成振荡，R₄＝3kΩ

具体的，在使用时，触发电路中的储能电容C₃经整流后获得约为320V的电压， C₃经可控硅对脉冲变压器的原边放电，在副边产生的脉冲电压幅值约为16kV，且极性为负极性。C3＝0.1uF，脉冲能量约为6mJ，陡度为5.5kV/ns，开关能很好、可靠工作。

加紫外灯照射后，场畸变开关对触发脉冲的幅值和陡度要求降低，未施加触发脉冲时，开关中的电场强度未达到气体击穿阈值，开关处于断开状态；当施加触发脉冲时，预电离间隙放电，触发盘上的电位跳变为-15kV，使触发盘与上面主电极间的电位差变为30kV，上端主间隙过压击穿，触发盘上电位变为30kV，然后下端主间隙击穿。此击穿过程与场畸变击穿过程相同，但主间隙导通前的预先产生的紫外照射，有利于金属表面的电子逸出，实现多电子引燃，而且紫外灯照射腔体结构过程中的空间光电离也更加剧烈，从而有效减小开关导通的时延和抖动。

Claims (9)

1.一种紫外灯照射的场畸变型高压气体开关，其特征在于：它包括高压气体开关，高压气体开关包括绝缘板(1)、绝缘筒(2)、紫外灯(3)、主电极(4)、拉杆(5)、触发盘(6)，绝缘板(1)和绝缘筒(2)形成绝缘外壳结构，绝缘板(1)和绝缘筒(2)围成腔体结构，主电极(4)包括阳极和阴极，主电极(4)以及触发盘(6)均设置在腔体结构中，包括紫外灯(3)，紫外灯(3)镶嵌在绝缘筒(2)上面，灯头在腔体结构中，方向与主电极垂直。

2.根据权利要求1所述的紫外灯照射的场畸变型高压气体开关，其特征在于：所述紫外灯(3)设置为至少1个，分别位于触发盘上下位置并设置有左右对称个数。

3.根据权利要求1所述的紫外灯照射的场畸变型高压气体开关，其特征在于：所述紫外灯(3)与主电极(4)垂直设置，紫外灯(3)与主电极(4)之间的间隙为20-25mm。

4.根据权利要求1所述的紫外灯照射的场畸变型高压气体开关，其特征在于：所述紫外灯(3)与与触发盘(6)水平设置，紫外灯(3)与固定触发盘的板之间的间隙为2-4mm。

5.根据权利要求1至4任一项所述的紫外灯照射的场畸变型高压气体开关，其特征在于：包括高压气体开关以及开关工作电路，触发电路包括储能电容C3(12)、双向可控硅SCR(11)，二极管D2(10)、电阻R5(9)，储能电容C3(12)以及双向可控硅SCR(11)串接在变压器的低压回路中，二极管D2(10)和电阻R5(9)与储能电容C3(12)以及可控硅SCR(11)串联。

6.根据权利要求5所述的紫外灯照射的场畸变型高压气体开关工作电路，其特征在于：高压电阻R2、R3，及高压电阻R2和R3的一端共同与触发盘连接，另一端分别与上电极以及下电极连接。

7.根据权利要求5所述的紫外灯照射的场畸变型高压气体开关，其特征在于：包括阻尼电阻R₄串接在高压气体开关的中间的触发盘与变压器(8)之间。

8.根据权利要求5所述紫外灯照射的场畸变型高压气体开关，其特征在于：在变压器TR高压端回路中设有高压陶瓷电容C1、C2(7)。

9.根据权利要求5所述的紫外灯照射的场畸变型高压气体开关，其特征在于：包括储能电容器C₀，它由高压直流电源充电。