CN217824913U - 一种脉冲放电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种脉冲放电装置，由充电电源、低压储能电容、低杂散电感扁平电缆、半导体脉冲开关、负载夹具构成，所述充电电源输入端从市电获取供电，以恒流限压模式向并联在所述低压储能电容充电，所述低压储能电容两端连接所述低杂散电感扁平电缆，在所述低杂散电感扁平电缆的正极或者负极上至少串联一个所述的半导体脉冲开关，在所述低杂散电感扁平电缆的末端连接所述负载夹具，所述负载夹具具备正负极，待处理的金属样品夹在正负两极之间。放电装置运行时，先分断半导体脉冲开关，然后充电电源向低压储能电容充电至预定电压，最后触发所述的半导体脉冲开关，储能电容即可通过所述低杂散电感扁平电缆和所述半导体脉冲开关向负载放电。

Description

一种脉冲放电装置

技术领域

本实用新型涉及脉冲放电领域，更具体的说，涉及一种产生瞬态极大电流脉冲的放电装置，用于脉冲加热、脉冲磁场效应的试验或者生产装置。

背景技术

脉冲放电装置在金属加工和热处理、强磁脉冲成型、特种焊接等领域有广泛的应用，持续时间短促的强电流脉冲作用下，产生的焦耳热还来不及散发掉，近似于绝热过程，或者材料热容量较大，还不足以表现出显著的温升，材料内部的磁场力作用占主导地位，从而产生良好的金属加工效应。

目前采用的放电电源方案，有可控硅触发的形式，中国专利CN202111581237.X即是典型代表，受限于可控硅的电流容量和变压器的杂散电感的限流作用，这类放电装置只适用于产生极高电压的场合，不适合输出极大电流；有采用多台开关电源并联输出的方案，受到单个电源电压和电流限制，难以输出10KA以上的电流，且存在多台电源之间如何保持负荷均衡的技术难题；也有采用高压脉冲电容和放电开关触发放电的形式，如中国专利CN202110750456.X，这类放电装置存在电容阵列体积庞大，且电容阵列电压很高，需要处理复杂的绝缘和电气安全问题，因此电容阵列和放电负载之间的电缆安全间距大，杂散电感高，不利于提高电流的上升速率，限制了装置输出更大电流的能力；放电开关依靠瞬间高压脉冲击穿气体间隙，电极存在电弧烧蚀而导致寿命次数有限，需要定期更换放电开关，使用成本高。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种低成本，无需高压电容，且不存在电极烧蚀的高强度短促电流脉冲的放电装置。

为达成上述目的，本发明采用的技术方案为：一种脉冲放电装置，所述脉冲放电装置包含充电电源1、低压储能电容2、低杂散电感扁平电缆3、半导体脉冲开关4、负载夹具5构成，所述充电电源1的输入端11从市电获取供电，所述充电电源1的输出端并联在所述低压储能电容2两端，且以恒流限压的模式向所述低压储能电容2充电，所述低压储能电容2两端连接所述低杂散电感扁平电缆3，在所述低杂散电感扁平电缆的输出端至少串联一个所述的半导体脉冲开关4，在所述所述半导体脉冲开关4的末端连接所述负载夹具5，所述负载夹具5具备正负两极，可将待处理的金属样品夹在所述正负两极之间。所述放电装置运行时，首先分断所述的半导体脉冲开关4，然后所述充电电源1向所述低压储能电容2充电至预定电压，然后触发所述的半导体脉冲开关4，所述储能电容2即可通过所述低杂散电感扁平电缆3和所述半导体脉冲开关4向负载放电；

所述半导体脉冲开关4由脉冲晶闸管构成且具备触发端41用于打开脉冲开关，所述脉冲晶闸管具备1mS内通流10KA以上电流的能力；

所述低压储能电容优选无极性的薄膜脉冲电容，由多只电容经低杂散电感的叠层母排并联产生装置所需的储能容量和放电电流，其中母排正极22和输出正极24相连，母排负极23和输出负极25相连；

所述低杂散电感扁平电缆由纯铜、黄铜或者不锈钢材质的薄板作为正负极导体31，由绝缘性能良好的工程塑料作为绝缘介质32，所述正负极导体31夹着所述绝缘介质32组合叠放；所述正负极导体31宽度和所述绝缘介质32的厚度的比值不低于20，以降低杂散电感；

所述负载夹具由正极金属压块51、负极金属压块52和弹簧机构53组合而成，所述正极金属压块51、负极金属压块52分别和所述低杂散电感扁平电缆的正负极导体相连，由所述弹簧机构53产生夹持力将待测金属材料稳固夹持在中间；

所述低杂散电感扁平电缆和所述半导体脉冲开关、所述负载夹具的总电阻应当大致等于所述低杂散电感扁平电缆的总电感量的平方根和所述低压储能电容平方根的比值，如果偏差超出±20%，可通过低杂散电感扁平电缆的长度和厚度进行调节，以实现临界阻尼放电。

本实用新型所采取的的技术方案中，所述低杂散电感的扁平电缆使得杂散电感这个不利于提高电流上升速率及最大输出电流的因素被大大减小，低杂散电感扁平电缆和半导体脉冲开关、负载夹具的总电阻取值又使得系统处于临界阻尼状态，具有最高的放电速率且无拖尾振荡，有利于提高低压储能电容的使用寿命，同时也降低了储能电容的电压的要求，无需使用高压电容阵列，也降低了对低杂散电感的扁平电缆的高压绝缘的要求，半导体脉冲开关的应用也消除了电极烧蚀的问题，这几个因素的有机组合，比较好的规避了现有脉冲放电装置存在的问题，能够实现低成本，无高压电容，且不存在电极烧蚀的发明目的。

附图说明

为了更楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对技术方案描述中所需要使用的附图作简单地介绍

图1为高压电容和气体开关构成的脉冲放电装置示意图

图2为本实用新型脉冲放电装置电路方案的示意图

图3为本实用新型低压储能电容示意图

图4为本实用新型低杂散电感扁平电缆示意图

图5为本实用新型负载夹具方案示意图

具体实施方式

以下结合附图详细叙述本实用新型的具体实施方式

一种脉冲放电装置，如图2所示，所述脉冲放电装置包含充电电源1、低压储能电容2、低杂散电感扁平电缆3、半导体脉冲开关4、负载夹具5构成，所述充电电源1的输入端11从市电获取供电，所述充电电源1的输出端并联在所述低压储能电容2两端，且以恒流限压的模式向所述低压储能电容2充电，所述低压储能电容2两端连接所述低杂散电感扁平电缆3，在所述低杂散电感扁平电缆的输出端至少串联一个所述的半导体脉冲开关4，在所述所述半导体脉冲开关4的末端连接所述负载夹具5，所述负载夹具5具备正负两极，可将待处理的金属样品夹在所述正负两极之间。所述放电装置运行时，首先分断所述的半导体脉冲开关4，然后所述充电电源1向所述低压储能电容2充电至预定电压，然后触发所述的半导体脉冲开关4，所述储能电容2即可通过所述低杂散电感扁平电缆3和所述半导体脉冲开关4向负载放电；

所述半导体脉冲开关4由脉冲晶闸管构成且具备触发端41用于打开脉冲开关，所述脉冲晶闸管具备1mS内通流10KA以上电流的能力；

如图3所示，所述低压储能电容优选无极性的薄膜脉冲电容，由多只电容经低杂散电感的叠层母排并联产生装置所需的储能容量和放电电流，其中母排正极22和输出正极24相连，母排负极23和输出负极25相连。例如选择1000uF/900V的优质薄膜电容，单电容具备一万次寿命10KA放电能力，采用40只这样的电容并联组合，用双层叠层母排将这40只电容安装在一起，可以具备3万次寿命250KA的放电能力；

如图4所示，所述低杂散电感扁平电缆由纯铜、黄铜或者不锈钢材质的薄板作为正负极导体31，由绝缘性能良好的工程塑料作为绝缘介质32，所述正负极导体31夹着所述绝缘介质32组合叠放；所述正负极导体31宽度和所述绝缘介质32的厚度的比值不低于20，以降低杂散电感；例如选择300mm宽度，1mm厚度的黄铜薄板作为导体，选择10mm厚度的聚四氟乙烯作为绝缘介质，则每米长度的扁平电缆的杂散电感仅38nH；

如图5所示，所述负载夹具由正极金属压块51、负极金属压块52和弹簧机构53组合而成，所述正极金属压块51、负极金属压块52分别和所述低杂散电感扁平电缆的正负极导体相连，由所述弹簧机构53产生夹持力将待测金属材料稳固夹持在中间；

综合图2、图4和图5，所述低杂散电感扁平电缆和所述半导体脉冲开关、所述负载夹具的总电阻应当大致等于所述低杂散电感扁平电缆的总电感量的平方根和所述低压储能电容平方根的比值，如果偏差超出±20%，可通过低杂散电感扁平电缆的长度和厚度进行调节，例如2米长的黄铜低杂散电感扁平电缆的杂散电感约76nH，再加上半导体放电开关杂散电感25nH，负载夹具50nH的杂散电感，储能电容10nH杂散电感，总杂散电感为161nH，总电容量为40000uF，则低杂散电感扁平电缆和所述半导体脉冲开关、所述负载夹具的总电阻应当大约等于2毫欧，其中低杂散电感扁平电缆已有0.95毫欧，半导体脉冲开关和负载夹具已有0.6毫欧，因此可适当延长低杂散电感扁平电缆长度至2.5米即可实现临界阻尼放电。

Claims (6)

1.一种脉冲放电装置，所述脉冲放电装置包含充电电源（1）、低压储能电容（2）、低杂散电感扁平电缆（3）、半导体脉冲开关（4）、负载夹具（5）构成，其特征为：所述充电电源（1）的输入端（11）从市电获取供电，所述充电电源（1）的输出端并联在所述低压储能电容（2）两端，且以恒流限压的模式向所述低压储能电容（2）充电，所述低压储能电容（2）两端连接所述低杂散电感扁平电缆（3），在所述低杂散电感扁平电缆的输出端至少串联一个的半导体脉冲开关（4），在所述半导体脉冲开关（4）的末端连接所述负载夹具（5），所述负载夹具（5）具备正负两极，可将待处理的金属样品夹在所述正负两极之间，所述放电装置运行时，首先分断所述的半导体脉冲开关（4），然后所述充电电源（1）向所述低压储能电容（2）充电至预定电压，然后触发所述的半导体脉冲开关（4），所述储能电容（2）即可通过所述低杂散电感扁平电缆（3）和所述半导体脉冲开关（4）向负载放电。

2.根据权利要求1所述的一种脉冲放电装置，所述低压储能电容（2）选择无极性的薄膜脉冲电容，其特征是所述低压储能电容（2）选择无极性的薄膜脉冲电容由多只电容经低杂散电感的叠层母排并联产生装置所需的储能容量和放电电流，其中母排正极（22）和输出正极（24）相连，母排负极（23）和输出负极（25）相连。

3.根据权利要求1所述的一种脉冲放电装置，所述低杂散电感扁平电缆（3）由纯铜、黄铜或者不锈钢材质的薄板作为正负极导体（31），其特征是低杂散电感扁平电缆由纯铜、黄铜或者不锈钢材质的薄板作为正负极导体（31）由工程塑料作为绝缘介质（32），所述正负极导体（31）夹着所述绝缘介质（32）组合叠放；所述正负极导体（31）宽度和所述绝缘介质（32）的厚度的比值不低于（20），以降低杂散电感。

4.根据权利要求1所述的一种脉冲放电装置，所述半导体脉冲开关（4）由脉冲晶闸管构成且具备触发端（41）用于打开脉冲开关，其特征是所述脉冲晶闸管具备1mS内通流10KA以上电流的能力。

5.根据权利要求1所述的一种脉冲放电装置，所述负载夹具（5）由正极金属压块（51）、负极金属压块（52）和弹簧机构（53）组合而成，其特征是所述低杂散电感扁平电缆的正负极导体相连，由所述弹簧机构（53）产生夹持力将待测金属材料稳固夹持在中间。

6.根据权利要求1或3所述的一种脉冲放电装置，所述低杂散电感扁平电缆（3）和所述半导体脉冲开关（4），其特征是所述负载夹具的总电阻应当不小于所述低杂散电感扁平电缆（3）的总电感量的平方根和所述低压储能电容（2）平方根的比值，如果偏差超出±20%，可通过低杂散电感扁平电缆（3）的长度和厚度进行调节，以实现临界阻尼放电。

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