CN216672974U - 一种气体绝缘的同轴式高压脉冲发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气体绝缘的同轴式高压脉冲发生器，包括至少两组储能单元，储能单元包括多个电容储能电路，每个储能电路包括两个并联的储能电容，同一储能单元中储能电容的前后两端通过储能电阻串联，相邻两组储能单元的储能电路之间一一对应设置有放电开关，储能单元设置在一密封筒体内，密封筒体内设有一支撑轴，支撑轴上设有数个储能电容安装盘，储能电容安装在所述安装储能电容安装盘上。该气体绝缘的同轴式高压脉冲发生器将多个储能单元设置在密封筒体内，相邻储能单元之间通过气体火花放电开关进行串联和并联的控制，其结构简单、使用安全，能够通过调节气压大小控制脉冲发生器放电电压大小，使用起来非常方便。

Description

一种气体绝缘的同轴式高压脉冲发生器

技术领域

本实用新型涉及一种高平脉冲设备，特别涉及一种气体绝缘的同轴式高压脉冲发生器。

背景技术

高压脉冲发生器是一种常用的仪器，在科学研究中具有广泛的应用，作为触发系统，在大型脉冲功率装置中更是有着重要作用。高压脉冲发生器主要由高压电源、储能部分、放电开关和控制电路组成。其中高压电源主要用来实现将AC220V供电电压升压至DC50kV，对高压脉冲发生器充电；高压脉冲发生器采用Marx发生器原理，通过并联充电、串联放电的原理，实现最高电压输出500kV的高压脉冲输出，CRL脉冲放电波形产生原理，通过高压直流充电电源对储能电容器充电，然后经过气体火花开关放电，实现瞬态脉冲输出；控制单元采用PLC等控制器，通过触摸屏操作，实现对模拟器可控充电、放电操作，同时实现安全保护等功能；测量系统采用电压探头、光纤传输系统、示波器等组成，用来监测模拟器产生的脉冲电压波形。

图1为高压脉冲模拟器的主要工作原理，其中Rc是充电保护电阻，Re为充电接地电阻， C为储能电容，K为气体火花放电开关，Rt为波尾电阻，Rr为波头电阻。其工作原理为：供电AC220V电源经过高压直流电源升压至50kV输出的DC0-50kV高压，通过充电保护电阻Rc对储能电容C充电，充电电压在DC0~50kV内任意可调，充电达到预期电压后，K气体火花开关触发放电，将储能电容C储存的电荷对通过波头电阻和波尾电阻放电，形成CRL放电回路。

marx型发生器的基本工作原理可简单表述为“并联充电，串联放电”。工作时，首先对若干级并联连接的储能元件进行低电压充电，当充电到某一时刻后，串接在各级储能元件之间的开关快速导通形成串联放电通路，根据电压叠加原理，最终能量在负载上释放，形成高电压，现有气体绝缘的同轴式高压脉冲发生器由于其发出的脉冲电压较大，其电压值调节起来非常的不方便，结构都较为复杂，因此有必要设计一种结构更加简单，方便输出电压调节的高频电压发生器及采用这种高频电压发生器的高频电源。

实用新型内容

为克服上述现有技术中的不足，本实用新型目的在于提供一种能够实现多级电压调整，使用安全、方便的气体绝缘的同轴式高压脉冲发生器。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供的技术方案是：一种气体绝缘的同轴式高压脉冲发生器，其包括至少两组储能单元，所述储能单元包括多个电容储能电路，每个储能电路包括两个并联的储能电容，同一储能单元中储能电容的前后两端通过储能电阻串联，相邻两组储能单元的储能电路之间一一对应设置有放电开关，所述放电开关导通时，相邻两组储能单元的储能电路之间串联，当放电开关断开时，同一储能单元的储能电路并联，所述储能单元设置在一密封筒体内，所述密封筒体内设有一支撑轴，所述支撑轴上设有数个储能电容安装盘，所述储能电容安装在所述安装储能电容安装盘上。

优选的，所述放电开关为气体火花放电开关，包括一密封壳体，所述密封壳体内设有位置相对的两组电极，两组电极分别与密封壳体两侧的储能电容连接，所述气体火花放电开关上设有进入口和关气口，所述密封筒体上设有与该气体火花放电开关进入口和排气口连通的气孔，所述气体火花放电开关可根据输入气压大小控制其导通或断开。

优选的，所述气体火花放电开关设置在相邻两个储能电容安装盘之间。

优选的，所述支撑轴为中空轴。

优选的，所述密封密封筒体上还设有绝缘惰性气体进气口和排气口。

优选的，所述储能电容型号为50kV20nF。

优选的，所述同一储能电路两个储能电容分别与正电压和负电压连通。

上述技术方案具有如下有益效果：该气体绝缘的同轴式高压脉冲发生器将多个储能单元设置在密封筒体内，相邻储能单元之间通过气体火花放电开关进行串联和并联的控制，其结构简单、使用安全，能够通过调节气压大小控制脉冲发生器放电电压大小，使用起来非常方便，配合高压电源、控制系统等单元可实现最大500kV 1000J脉冲输出。

附图说明

图1为高压脉冲发生器的主要工作原理图。

图2为本实用新型实施例储能单元的电路示意图。

图3为本实用新型实施例的内部结构示意图。

图4为本实用新型实施例的剖视图。

图5为本实用新型实施例气体火花放电开关的结构示意图。

图6为本实用新型实施例回路仿真图。

图7为本实用新型实施例短路电流仿真。

元件标号说明：1、密封筒体；2、储能单元；3、储能电容安装盘；4、储能电容；5、放电开关；51、密封壳体；52、电机；53、气嘴；6、放电头。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图1至图5所示。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图2、3、4所示，本专利公开了一种气体绝缘的同轴式高压脉冲发生器，其包括一密封筒体1，在密封筒体1内设至少两组储能单元2，储能单元2包括多个电容储能电路，每个储能电路包括两个并联的储能电容，同一储能单元中储能电容的前后两端通过储能电阻串联，相邻两组储能单元的储能电路之间一一对应设置有放电开关。密封筒体1的一端设有放电头6，储能单元2的输出端与放电头6连通。

储能单元2的电路图如图2所示，采用Marx双边充电原理设计，本实施例中包括五组储能单元2，每一组储能单元2分别采用5只电容并联然后2组串联，正负电压分别充电50kV，5级共500kV10nf。发生器采用了分路开关设计方案，放电开关断开时充电，同一储能单元的储能电路并联，同一储能电路两个储能电容分别与正电压和负电压连通，充电电流经过Rc+和Rc-分别对开关两端的电容充正电和负电，每只电容经过均流电阻Rs分别独立充电。放电开关导通放电时，相邻两组储能单元的储能电路之间串联，分5条支路分别放电，每组支路之间通过Rs隔离，以确保所有开关均正常放电。

储能单元2设置在密封筒体1内，密封筒体1内设有一支撑轴7，支撑轴7上设有数个储能电容安装盘3，储能电容4安装在安装储能电容安装盘3上，这样可使整个的脉冲发生器结构更加的紧凑。作为一种优选实施方式，支撑轴7可采用中空轴的形式，该中空轴可用于通水、气等介质。

如图5所示，放电开关5为气体火花放电开关，包括一密封壳体51，密封壳体51内设有位置相对的两组电极52，放电开关5通常设置在两个储能电容安装盘3之间，两组电极52分别与密封壳体两侧的储能电容连通，电极本身带电，气体火花放电开关上设有进入口和关气口并相应的设置有气嘴53，密封筒体1上设有与该气体火花放电开关进入口和排气口连通的气孔，这样就可向密封壳体51内进行充气或放气。当密封壳体内气压较大时，两组电极之间不容易放电，此时该气体火花放电开关处于断开状态，当密封壳体内气压较大时，两组电极之间将发生放电，此时该气体火花放电开关处于导通状态，因此通过控制气体火花放电开关内气压大小控制其导通或断开。通过控制密封壳体内气压大小就可相应控制发电电压大小。

密封筒体1上还设有绝缘惰性气体进气口和排气口，通过该绝缘惰性气体进气口和排气口可向密封筒体内输入绝缘惰性气体，从而可起到更好的绝缘作用。上述绝缘惰性气体及气体火花放电开关内的气体通过外接电磁阀进行控制。

该高压脉冲发生器采用AC220V输入，输出DC50kV高压直流电压，可满足对500kV1kJ发生器充电时间1s一个脉冲的使用要求。当每级储能电容为100nF 50kV时，每级电容电感量约30nH，每级开关电感量约40nH，回路电感量约30*10+40*5=500nH，回路同轴结构分布电感约300nH，放电波头电阻约200nH，其他损耗约200nH，整体回路电感量约1.2uH，当负载电阻100Ω，波头电阻10Ω时，回路仿真参数如图6所示。经仿真计算，输出短路电流波形上升时间小于150ns，脉冲半宽时间300ns（由负载电阻决定），额定充电500kV时输出电流可达到25kA左右，短路电流仿真如图7所示。

该气体绝缘的同轴式高压脉冲发生器将多个储能单元设置在密封筒体内，相邻储能单元之间通过气体火花放电开关进行串联和并联的控制，其结构简单、使用安全，能够通过调节气压大小控制脉冲发生器放电电压大小，使用起来非常方便，配合高压电源、控制系统等单元可实现最大500kV 1000J脉冲输出。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种气体绝缘的同轴式高压脉冲发生器，其特征在于，其包括至少两组储能单元，所述储能单元包括多个电容储能电路，每个电容储能电路包括两个并联的储能电容，同一储能单元中储能电容的前后两端通过储能电阻串联，相邻两组储能单元的储能电路之间一一对应设置有放电开关，所述放电开关导通时，相邻两组储能单元的储能电路之间串联，当放电开关断开时，同一储能单元的储能电路并联，所述储能单元设置在一密封筒体内，所述密封筒体内设有一支撑轴，所述支撑轴上设有数个储能电容安装盘，所述储能电容安装在所述储能电容安装盘上。

2.根据权利要求1所述的气体绝缘的同轴式高压脉冲发生器，其特征在于，所述放电开关为气体火花放电开关，包括一密封壳体，所述密封壳体内设有位置相对的两组电极，两组电极分别与密封壳体两侧的储能电容连接，所述气体火花放电开关上设有进入口和关气口，所述密封筒体上设有与该气体火花放电开关进入口和排气口连通的气孔，所述气体火花放电开关可根据输入气压大小控制其导通或断开。

3.根据权利要求2所述的气体绝缘的同轴式高压脉冲发生器，其特征在于，所述气体火花放电开关设置在相邻两个储能电容安装盘之间。

4.根据权利要求1所述的气体绝缘的同轴式高压脉冲发生器，其特征在于，所述支撑轴为中空轴。

5.根据权利要求1所述的气体绝缘的同轴式高压脉冲发生器，其特征在于，所述密封筒体上还设有绝缘惰性气体进气口和排气口。

6.根据权利要求1所述的气体绝缘的同轴式高压脉冲发生器，其特征在于：所述储能电容型号为50kV20nF。

7.根据权利要求1所述的气体绝缘的同轴式高压脉冲发生器，其特征在于：同一电容储能电路中两个储能电容分别与正电压和负电压连通。

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