CN215300525U - 一种脉宽可调的快前沿高压脉冲源及脉宽可调的快前沿高压脉冲源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种脉宽可调的快前沿高压脉冲源及脉宽可调的快前沿高压脉冲源系统。其目的是解决现有技术适用范围窄，装配繁琐，费时费力的技术问题。该脉冲源包括金属外筒、输出绝缘筒、金属盖板、输出单元、电容单元、支撑绝缘件输入单元、气缸单元和气嘴；金属外筒同轴套设在输出绝缘筒的外部，金属盖板与金属外筒的另一端螺栓连接；输出单元包括输出金属电极、输出转接金属电极和可伸缩金属电连接件；电容单元包括储能电容地电极金属盘、储能电容和储能电容高压电极金属盘；输出金属电极的端部伸出输出绝缘筒，可伸缩金属电连接件与储能电容地电极金属盘相接触；输出转接金属电极与储能电容均有多个。该脉冲源系统还包括第一气源A、第二气源B和高压电源。

Description

一种脉宽可调的快前沿高压脉冲源及脉宽可调的快前沿高压 脉冲源系统

技术领域

本实用新型涉及一种脉冲产生装置，具体涉及一种脉宽可调的快前沿高压脉冲源及脉冲源系统。

背景技术

快前沿高压脉冲可用于直接驱动负载，也可作为输出更高电压脉冲功率系统的触发器，在新兴技术产业(环境保护、辐射消毒、辐射刻蚀)和高新技术产品(强脉冲激光、高功率微波、电磁脉冲产品、核电磁脉冲环境产生) 等方面发挥着日益重要的作用。

为了获得纳秒前沿的高压脉冲，现有技术主要采用Marx发生器和电容直接放电方式。利用Marx发生器产生快前沿高压脉冲时，需要外加陡化开关，结构复杂；采用电容放电方式虽然也能产生快前沿高压脉冲，但是现有设计结构复杂，脉宽调节不方便。

2009年孙凤举、曾江涛和尹佳辉等在期刊《抗核加固》26卷3期35-39 页发表的文章中，公开了一种前沿2ns输出电压10～120kV连续可调的电磁脉冲源，如图1所示，包括触发电极01、地电极02、高压电极03、储能电容器 04、电容器低压电级05、绝缘材料06、高压充电电缆07、电容分压器08、输出线09、电阻分压器的锥形外筒010、电阻分压器011、电阻分压器内筒 012。该电磁脉冲源可以输出前沿约2ns、10～120kV连续可调的电压，其结构紧凑，性能优良且稳定可靠。但其存在的缺点是：

1)由于空间尺寸固定，只能使用单一尺寸的电容器，适用范围窄；

2)装配繁琐，使用前需要按照一定的顺序将零件逐一装配，费时费力。

发明内容

本实用新型的目的是解决现有脉宽可调的快前沿高压脉冲源存在只能使用单一尺寸的电容器，适用范围窄，且装配繁琐，费时费力的技术问题，提供一种脉宽可调的快前沿高压脉冲源及脉冲源系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术解决方案如下：

本实用新型提供一种脉宽可调的快前沿高压脉冲源，其特殊之处在于：

包括金属外筒、输出绝缘筒、金属盖板、输出单元、电容单元、支撑绝缘件输入单元、气缸单元和气嘴；

所述金属外筒的两端敞口且均设有法兰；所述输出绝缘筒的一端敞口，另一端设有底板和法兰；金属外筒同轴套设在输出绝缘筒的外部，且一端与输出绝缘筒法兰连接；所述金属盖板与金属外筒的另一端螺栓连接，从而在输出绝缘筒内形成一个绝缘腔室；

所述输出单元包括依次螺纹连接的输出金属电极、输出转接金属电极和可伸缩金属电连接件；输出金属电极侧壁上设有第一凸缘；

所述电容单元包括依次螺纹连接的储能电容地电极金属盘、储能电容和储能电容高压电极金属盘；

所述输出金属电极的端部伸出输出绝缘筒的底板，并通过所述第一凸缘限位；所述可伸缩金属电连接件的端部与储能电容地电极金属盘的底面相接触；所述支撑绝缘件两端分别螺纹连接储能电容高压电极金属盘与金属盖板；

所述输出转接金属电极与储能电容均有多个，一个输出转接金属电极与一个储能电容组成一个组合，各个组合总长度均相同，每次安装时选取一个组合；

所述气缸单元包括缸体和作为缸杆的金属电极，以及气缸固定件；所述缸体通过所述气缸固定件固定在金属盖板外表面，金属电极穿过金属盖板进入绝缘腔室内，并指向储能电容高压电极金属盘；

所述气嘴设置于金属盖板上；

所述输入单元包括充电引入绝缘管、连接电极和充电限流电阻；所述充电引入绝缘管的一端伸入所述绝缘腔室内，伸入部分的侧壁上设有用于轴向限位的第二凸缘，伸入部分的端部设置连接电极，连接电极与储能电容高压电极金属盘通过螺栓连接；充电引入绝缘管内安装有充电限流电阻，充电限流电阻的一端接充电线，充电线伸出充电引入绝缘管外，充电限流电阻的另一端与连接电极电连接。

进一步地，所述可伸缩金属电连接件为内置弹簧的伸缩件，其伸缩端与内置弹簧连接。

进一步地，所述储能电容采用陶瓷电容。

进一步地，所述输出绝缘筒采用高分子绝缘材料制成。

进一步地，所述金属外筒和金属盖板采用不锈钢或铝制成。

进一步地，所述充电限流电阻的阻值为5-10kΩ。

本实用新型还提供一种脉宽可调的快前沿高压脉冲源系统，其特殊之处在于：

包括上述脉宽可调的快前沿高压脉冲源，以及第一气源A、第二气源B 和高压电源；

所述第一气源A接缸体的进气口；

所述第二气源B为绝缘气体的气源，接气嘴；

所述高压电源通过充电线接充电限流电阻。

进一步地，所述高压电源采用正极性或负极性的高压直流电源。

进一步地，所述绝缘气体为六氟化硫或干燥空气。

本实用新型相比现有技术具有的有益效果：

1、本实用新型通过采用电容直接放电、同轴筒体、气体绝缘、气缸控制放电间隙距离等技术设计出一个脉宽可调的快前沿高压脉冲源及脉冲源系统，通过第一气源A控制金属电极的位置，从而控制金属电极与储能电容高压电极金属盘的距离，金属电极与储能电容高压电极金属盘之间的间隙就是放电间隙，当距离足够小时，放电间隙导通，储能电容高压电极金属盘通过金属电极与金属盖板短接，从而在负载上产生一个与储能电容充电电压极性相反的快前沿高压脉冲。采用电容直接放电的方式可以产生纳秒前沿高压脉冲，附属设备少，结构简单，在特定负载上产生的高压脉冲前沿可小于2ns，通过气缸单元的缸体控制金属电极的位置，使得储能电容高压端对地放电，从而在负载上产生一个与充电电压极性相反的高压脉冲。输出转接金属电极与储能电容均有多个，一个输出转接金属电极与一个储能电容组成一个组合，各个组合总长度均相同，每次安装时选取一个组合，使得储能电容更换方便，进而使得脉宽调节方法简单可行。

2、本实用新型提供的脉宽可调的快前沿高压脉冲源及脉冲源系统，采用气缸控制开关电极(金属电极)与储能电容高压电极金属盘的距离作为放电间隙，简化了安装结构、有效减小放电回路电感。

3、本实用新型提供的脉宽可调的快前沿高压脉冲源及脉冲源系统，采用陶瓷电容作为储能电容，容量可定制，与输出转接电极以及可伸缩金属电连接件长度配合，实现脉宽可调，该方法简单可行。

4、本实用新型提供的脉宽可调的快前沿高压脉冲源及脉冲源系统，输出绝缘筒的内径和高度可根据具体需要进行设计，以便在减小腔体体积的同时，保证绝缘强度。

附图说明

图1为现有前沿2ns输出电压10～120kV连续可调的电磁脉冲源的结构示意图；

图2为本实用新型脉宽可调的快前沿高压脉冲源系统的结构示意图；

附图标记说明：

图1(现有技术)中：

01-触发电极、02-地电极、03-高压电极、04-储能电容器、05-电容器低压电级、06-绝缘材料、07-高压充电电缆、08电容分压器、09-输出线、010-电阻分压器的锥形外筒、011-电阻分压器、012-电阻分压器内筒；

图2(本实用新型)中：

1-金属外筒、2-输出绝缘筒、3-输出金属电极、4-输出转接金属电极、5- 可伸缩金属电连接件、6-储能电容、7-储能电容地电极金属盘、8-储能电容高压电极金属盘、9-支撑绝缘件、10-充电引入绝缘管、11-金属盖板、12-缸体、 13-气缸固定件、14-金属电极、15-气嘴、16-绝缘腔室、17-高压电源、18-负载、19-第一气源A、20-第二气源B、21-充电限流电阻、22-连接电极。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步地说明。

一种脉宽可调的快前沿高压脉冲源，如图2所示，包括金属外筒1、输出绝缘筒2、金属盖板11、输出单元、电容单元、支撑绝缘件9、输入单元、气缸单元和气嘴15；所述金属外筒1的两端敞口且均设有法兰；所述输出绝缘筒2的一端敞口，另一端设有底板和法兰；金属外筒1同轴套设在输出绝缘筒2的外部，且一端与输出绝缘筒2法兰连接；所述金属盖板11与金属外筒1的另一端螺栓连接，从而在输出绝缘筒2内形成一个绝缘腔室16；所述输出单元包括依次螺纹连接的输出金属电极3输出转接金属电极4和可伸缩金属电连接件5；输出金属电极3侧壁上设有凸缘；所述电容单元包括依次螺纹连接的储能电容地电极金属盘7、储能电容6和储能电容高压电极金属盘8；所述输出金属电极3的端部伸出输出绝缘筒2的底板，并通过所述凸缘限位；所述可伸缩金属电连接件5的端部与储能电容地电极金属盘7的底面相接触；所述支撑绝缘件9两端分别螺纹连接储能电容高压电极金属盘8与金属盖板 11。所述储能电容6采用陶瓷电容，容量与输出脉冲宽度有关，耐压水平取决于高压脉冲电压幅值要求。所述输出绝缘筒2采用有机玻璃或者尼龙等高分子绝缘材料制成。所述金属外筒1和金属盖板11采用不锈钢或铝制成。

所述输出转接金属电极4与储能电容6均有多个，一个输出转接金属电极4与一个储能电容6组成一个组合，各个组合总长度均相同，每次安装时选取一个组合；更换储能电容6的同时更换不同长度的输出转接金属电极4，通过二者的长度配合，确保可伸缩金属电连接件5与储能电容地电极金属盘7 可靠电连接。所述可伸缩金属电连接件5为内置弹簧的伸缩件，其伸缩端与内置弹簧连接，目的是为了确保与储能电容地电极金属盘7可靠电连接。

所述气缸单元包括缸体12和作为缸杆的金属电极14，以及气缸固定件 13；所述缸体12通过所述气缸固定件13利用螺钉安装固定在金属盖板11外表面，金属电极14穿过金属盖板11进入绝缘腔室16内，并指向储能电容高压电极金属盘8；所述气嘴15设置于金属盖板11上；所述输入单元包括充电引入绝缘管10、连接电极22和充电限流电阻21；所述充电引入绝缘管10的一端伸入所述绝缘腔室16内，伸入部分的侧壁上设有用于轴向限位的第二凸缘，伸入部分的端部设置连接电极22，连接电极22与储能电容高压电极金属盘8通过螺栓连接；充电引入绝缘管10内安装有充电限流电阻21，充电限流电阻21的一端接充电线，充电线伸出充电引入绝缘管10外，充电限流电阻 21的另一端与连接电极22电连接。所述充电限流电阻21为具有一定绝缘长度、阻值大于等于5kΩ的电阻，比如阻值为5kΩ，限制储能电容6的充电电流，同时对高压电源17进行保护。

本实用新型还提供一种脉宽可调的快前沿高压脉冲源系统，包括上述脉宽可调的快前沿高压脉冲源，以及第一气源A 19、第二气源B 20和高压电源 17；所述第一气源A 19接缸体12的进气口；所述第二气源B 20为绝缘气体的气源，接气嘴15，第二气源B 20通过气嘴15与绝缘腔室16相连，用于向绝缘腔室16填充绝缘气体介质，提高储能电容6的充电电压，所述绝缘气体为六氟化硫或干燥空气等绝缘气体；所述高压电源17通过充电线接充电限流电阻21，高压电源17采用正极性或负极性的高压直流电源，用于为储能电容 6充电至预设电压。

安装方式：

将金属外筒1、输出绝缘筒2、输出金属电极3、输出转接金属电极4、可伸缩金属电连接件5装配完，形成装配体一；

将储能电容6、储能电容地电极金属盘7、储能电容高压电极金属盘8、支撑绝缘件9、充电引入绝缘管10、金属盖板11、缸体12、气缸固定件13、金属电极14、气嘴15、充电限流电阻21和连接电极22装配完，形成装配体二；

将装配体二安装在装配体一上，完成脉宽可调的快前沿高压脉冲源安装后，再将其连接高压电源17、第一气源A 19和第二气源B 20。通过第一气源 A 19控制金属电极14的位置，使得金属电极14与储能电容高压电极金属盘 8的距离最大；

将负载18的一端与输出金属电极3相连，另一端与金属外筒1相连。

充电过程：

通过气嘴15向绝缘腔室16充入六氟化硫气体或干燥空气等绝缘气体介质至一定气压，该气压能保证储能电容6充电到预设电压时储能电容高压电极金属盘8与金属电极14形成的放电间隙不发生自击穿；高压电源17通过充电限流电阻21给储能电容6充电至预设电压。

放电过程：

通过第一气源A 19控制金属电极14的位置，使得金属电极14与储能电容高压电极金属盘8的距离最小，放电间隙导通。放电间隙导通的同时，在负载18产生一个与储能电容6充电电压极性相反的快前沿高压脉冲。

本发明提供的上述脉宽可调的快前沿高压脉冲源系统，该脉冲源相对现有的Marx发生器能够产生脉宽方便可调、前沿小于2ns的高压脉冲，相对于现有的脉冲变压器其结构简单，无需太多附属设备，就能解决高电压与快前沿之间相互制约的技术难题，可产生前沿小于2ns，幅值从0V到120kV的高压脉冲。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型所保护技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种脉宽可调的快前沿高压脉冲源，其特征在于：

包括金属外筒(1)、输出绝缘筒(2)、金属盖板(11)、输出单元、电容单元、支撑绝缘件(9)、输入单元、气缸单元和气嘴(15)；

所述金属外筒(1)的两端敞口且均设有法兰；所述输出绝缘筒(2)的一端敞口，另一端设有底板和法兰；金属外筒(1)同轴套设在输出绝缘筒(2)的外部，且一端与输出绝缘筒(2)法兰连接；所述金属盖板(11)与金属外筒(1)的另一端螺栓连接，从而在输出绝缘筒(2)内形成一个绝缘腔室(16)；

所述输出单元包括依次螺纹连接的输出金属电极(3)、输出转接金属电极(4)和可伸缩金属电连接件(5)；输出金属电极(3)侧壁上设有第一凸缘；

所述电容单元包括依次螺纹连接的储能电容地电极金属盘(7)、储能电容(6)和储能电容高压电极金属盘(8)；

所述输出金属电极(3)的端部伸出输出绝缘筒(2)的底板，并通过第一凸缘限位；所述可伸缩金属电连接件(5)的端部与储能电容地电极金属盘(7)的底面相接触；所述支撑绝缘件(9)两端分别螺纹连接储能电容高压电极金属盘(8)与金属盖板(11)；

所述输出转接金属电极(4)与储能电容(6)均有多个，一个输出转接金属电极(4)与一个储能电容(6)组成一个组合，各个组合总长度均相同，每次安装时选取一个组合；

所述气缸单元包括缸体(12)和作为缸杆的金属电极(14)，以及气缸固定件(13)；所述缸体(12)通过所述气缸固定件(13)固定在金属盖板(11)外表面，金属电极(14)穿过金属盖板(11)进入绝缘腔室(16)内，并指向储能电容高压电极金属盘(8)；

所述气嘴(15)设置于金属盖板(11)上；

所述输入单元包括充电引入绝缘管(10)、连接电极(22)和充电限流电阻(21)；所述充电引入绝缘管(10)的一端伸入所述绝缘腔室(16)内，伸入部分的侧壁上设有用于轴向限位的第二凸缘，伸入部分的端部设置连接电极(22)，连接电极(22)与储能电容高压电极金属盘(8)通过螺栓连接；充电引入绝缘管(10)内安装有充电限流电阻(21)，充电限流电阻(21)的一端接充电线，充电线伸出充电引入绝缘管外，充电限流电阻(21)的另一端与连接电极(22)电连接。

2.根据权利要求1所述脉宽可调的快前沿高压脉冲源，其特征在于：

所述可伸缩金属电连接件(5)为内置弹簧的伸缩件，其伸缩端与内置弹簧连接。

3.根据权利要求2所述脉宽可调的快前沿高压脉冲源，其特征在于：

所述储能电容(6)采用陶瓷电容。

4.根据权利要求1至3任一所述脉宽可调的快前沿高压脉冲源，其特征在于：

所述输出绝缘筒(2)采用高分子绝缘材料制成。

5.根据权利要求4所述脉宽可调的快前沿高压脉冲源，其特征在于：

所述金属外筒(1)和金属盖板(11)采用不锈钢或铝制成。

6.根据权利要求5所述脉宽可调的快前沿高压脉冲源，其特征在于：

所述充电限流电阻(21)的阻值为5-10kΩ。

7.一种脉宽可调的快前沿高压脉冲源系统，其特征在于：

包括权利要求1至6任一所述脉宽可调的快前沿高压脉冲源，以及第一气源A(19)、第二气源B(20)和高压电源(17)；

所述第一气源A(19)接缸体(12)的进气口；

所述第二气源B(20)为绝缘气体的气源，接气嘴(15)；

所述高压电源(17)通过充电线接充电限流电阻(21)。

8.根据权利要求7所述脉宽可调的快前沿高压脉冲源系统，其特征在于：

所述高压电源(17)采用正极性或负极性的高压直流电源。

9.根据权利要求8所述脉宽可调的快前沿高压脉冲源系统，其特征在于：

所述绝缘气体为六氟化硫或干燥空气。

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