真空環境下可控三電極高能脈衝放電開關的製作方法
2023-10-31 13:11:12
專利名稱：真空環境下可控三電極高能脈衝放電開關的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高能放電開關，特別涉及一種用於脈衝功率技術、核聚變、高能雷射及高能脈衝電流試驗的真空環境下可控三電極高能脈衝放電開關。
背景技術：
高能脈衝放電開關是脈衝功率技術、核聚變、高能雷射及高能脈衝技術中常用的關鍵器件之一，國內用於脈衝功率技術的放電開關，其電荷轉移量一般為0.2庫侖左右，國外脈衝功率技術研究中，放電開關的單次電荷轉移量已達1庫侖。隨著脈衝功率技術等強電磁脈衝技術的發展，高能脈衝發生裝置將發揮愈來愈大的作用，單次通過放電開關的電荷量轉移量及脈衝能量也在逐漸增加。如脈衝功率技術中，單次通過放電開關的電荷轉移量達1庫侖以上；而用於核爆炸效應模擬研究的放電開關，單次電荷轉移量高達上百庫侖。在高電壓脈衝電流試驗技術中，單次100kA、8/20μs衝擊過程中，通過放電開關的電荷轉移量達2庫侖左右；而單次100kA、10/350μs衝擊過程中，通過放電開關的電荷轉移量達50庫侖左右。
目前的脈衝放電開關在高能脈衝電弧的作用下，開關的動作範圍窄、穩定性差、電極燒蝕嚴重，工作壽命短，在高電壓、大通流容量、工作電壓範圍寬及要求開關性能優良和使用壽命長的條件下，很難滿足要求。
發明內容
本發明的目的在於克服上述現有技術的缺點，提供了一種真空環境下可控三電極高能脈衝放電開關，此開關具備極大的導通瞬態高能電流的能力，運行可靠且電極的燒蝕率低。
為達到上述目的，本發明採用的技術方案是包括絕緣外殼和設置在絕緣外殼內的上電極、下電極，其特點是，上電極和下電極通過端法蘭設置在絕緣外殼內，且由絕緣外殼及設置在絕緣外殼兩端的端法蘭構成的密閉殼體內的壓力為10-3～10-4Pa，所說的上電極和下電極至少有一個為活動電極，此活動電極通過波紋管與端法蘭相連接，在固定電極內還鑲嵌有觸發電極或在上電極與下電極的放電間隙之間設置有觸發電極。
本發明的另一特點是上電極和下電極由觸頭及與之相連接的導流部分組成；上電極、下電極和觸發電極的周圍設置有安裝在絕緣密閉外殼內壁上的屏蔽罩；波紋管的上端還設置有波紋管屏蔽罩；鑲嵌在固定電極中的觸發電極為柱狀電極，此觸發電極通過絕緣套管鑲嵌在固定電極中，且柱狀觸發電極與絕緣套管之間構成了放電間隙；設置在上電極與下電極的放電間隙之間設置的觸發電極為圓環狀電極；設置在上電極與下電極的放電間隙之間設置的觸發電極為圓環狀電極，且圓環狀觸發電極與上電極和下電極相對端面為帶有角度的尖狀結構。
由於上、下電極密閉在真空環境下，真空介質具有極高的絕緣水平和弧後等離子體的快速擴散，使它具備極大的導通瞬態高能電流的能力，且導電通道密閉在真空環境中而不受外界幹擾，大大提高了脈衝開關運行的可靠性；真空電弧的弧電壓很低，使電弧引入的能量相對於大氣電弧低得多，因而在脈衝電弧的作用下，電極的燒蝕率極低；活動電極通過調控高能脈衝開關的間隙距離，使該高能脈衝開關可以穩定工作在很寬的電壓範圍內。
圖1是本發明實施例1的結構示意圖；圖2是本發明上、下電極1、2的結構示意圖；
圖3是本發明實施例2的結構示意圖；圖4是本發明實施例3的結構示意圖；圖5是本發明實施例4的結構示意圖；圖6是本發明實施例5的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的結構原理和工作原理作進一步詳細說明。
實施例1，參見圖1，2，本實施例包括絕緣外殼8和設置在絕緣外殼8內的由觸頭11和導流部分12組成的上電極1、下電極2，上電極1和下電極2通過端法蘭9和端法蘭10設置在絕緣外殼8內，且由絕緣外殼8及設置在絕緣外殼8兩端的端法蘭9、10構成的密閉殼體內的壓力為10-3～10-4Pa，上電極1為固定電極，在上電極1內開設有鑲嵌柱狀觸發電極3的絕緣管13，柱狀觸發電極3與絕緣套管13之間構成了放電間隙4，下電極2為活動電極，下電極2通過波紋管6與端法蘭10相連接，波紋管6的上端還設置有波紋管屏蔽罩15，波紋管屏蔽罩15可防止金屬蒸汽沉積在波紋管6上，影響波紋管6的特性和壽命，在上電極1、下電極2和觸發電極3的周圍設置有通過法蘭14安裝在絕緣密閉外殼8內壁上的屏蔽罩7，屏蔽罩7可防止金屬蒸汽沉積在絕緣密閉外殼8上，造成上電極1和下電極2短路，屏蔽罩7可以用金屬材料，如無氧銅製作。
本發明不同於一般脈衝開關，本發明具有一個固定上電極1、一個活動下電極2和一個鑲嵌在固定上電極1中的觸發電極3，電極工作在真空環境下，當觸發電極3提供足夠量的觸發脈衝時，觸發電極3與固定上電極1之間形成場電子發射，從而形成初始等離子體，隨著初始等離子體向放電間隙5的擴散，使電極1和電極2之間的電場發生畸變，直接引發固定上電極1與活動下電極2之間的擊穿放電。通過執行機構驅動下電極2沿軸向移動，從而改變上電極1和下電極2之間的間隙距離，使可控三電極高能脈衝開關在寬的工作電壓下可靠運行。
實施例2，參見圖3，本實施例包括絕緣外殼8和設置在絕緣外殼8內的由觸頭11和導流部分12組成的上電極1、下電極2，上電極1和下電極2通過端法蘭9和端法蘭10設置在絕緣外殼8內，且由絕緣外殼8及設置在絕緣外殼8兩端的端法蘭9、10構成的密閉殼體內的壓力為10-3～10-4Pa，上電極1為固定電極，下電極2為活動電極，下電極2通過波紋管6與端法蘭10相連接，波紋管6的上端還設置有波紋管屏蔽罩15，波紋管屏蔽罩15可防止金屬蒸汽沉積在波紋管6上，影響波紋管6的特性和壽命，在上電極1和下電極2的放電間隙5之間設置有圓環狀觸發電極3，且在上電極1、下電極2和觸發電極3的周圍設置有安裝在絕緣密閉外殼8內壁上的屏蔽罩7，屏蔽罩7可防止金屬蒸汽沉積在絕緣密閉外殼8上，造成上電極1和下電極2短路，屏蔽罩7可以用金屬材料，如無氧銅製作。
本發明通過執行機構驅動下電極2在波紋管6中沿軸向移動，從而改變上電極1和下電極2之間的間隙距離，使可控三電極高能脈衝開關在寬的工作電壓下可靠運行。
實施例3參見圖4，本實施例包括絕緣外殼8和設置在絕緣外殼8內的由觸頭11和導流部分12組成的上電極1、下電極2，上電極1和下電極2通過端法蘭9和端法蘭10設置在絕緣外殼8內，且由絕緣外殼8及設置在絕緣外殼8兩端的端法蘭9、10構成的密閉殼體內的壓力為10-3～10-4Pa，上電極1和下電極2為活動電極，分別通過波紋管6與端法蘭9、10相連接，波紋管6的上端還設置有波紋管屏蔽罩15，波紋管屏蔽罩15可防止金屬蒸汽沉積在波紋管6上，影響波紋管6的特性和壽命，在上電極1、下電極2和觸發電極3的周圍設置有安裝在絕緣密閉外殼8內壁上的屏蔽罩7，屏蔽罩7可防止金屬蒸汽沉積在絕緣密閉外殼8上，造成上電極1和下電極2短路，屏蔽罩7可以用金屬材料，如無氧銅製作。
本發明的上電極1和下電極2都為活動電極，在執行機構驅動上電極1和下電極2在波紋管6中沿軸向移動，從而改變上電極1和下電極2之間的間隙距離，使可控三電極高能脈衝開關在寬的工作電壓下可靠運行，且具有穩定的觸發特性。
實施例4，參見圖5，本實施例包括絕緣外殼8和設置在絕緣外殼8內的由觸頭11和導流部分12組成的上電極1、下電極2，上電極1和下電極2通過端法蘭9和端法蘭10設置在絕緣外殼8內，且由絕緣外殼8及設置在絕緣外殼8兩端的端法蘭9、10構成的密閉殼體內的壓力為10-3～10-4Pa，上電極1為固定電極，下電極2為活動電極，下電極2通過波紋管6與端法蘭10相連接，波紋管6的上端還設置有波紋管屏蔽罩15，波紋管屏蔽罩15可防止金屬蒸汽沉積在波紋管6上，影響波紋管6的特性和壽命，在上電極1和下電極2的放電間隙5之間設置有圓環狀觸發電極3，且圓環狀觸發電極3與上電極1和下電極2相對端面為帶有角度的尖狀結構，上電極1、下電極2和觸發電極3的周圍設置有安裝在絕緣密閉外殼8內壁上的屏蔽罩7，屏蔽罩7可防止金屬蒸汽沉積在絕緣密閉外殼8上，造成上電極1和下電極2短路，屏蔽罩7可以用金屬材料，如無氧銅製作。
本發明通過執行機構驅動下電極2在波紋管6中沿軸向移動，從而改變上電極1和下電極2之間的間隙距離，使可控三電極高能脈衝開關在寬的工作電壓下可靠運行。
實施例5，參見圖6，本實施例包括絕緣外殼8和設置在絕緣外殼8內的由觸頭11和導流部分12組成的上電極1、下電極2，上電極1和下電極2通過端法蘭9和端法蘭10設置在絕緣外殼8內，且由絕緣外殼8及設置在絕緣外殼8兩端的端法蘭9、10構成的密閉殼體內的壓力為10-3～10-4Pa，上電極1和下電極2為活動電極，上電極1和下電極2通過波紋管6與端法蘭9、10相連接，波紋管6的上端還設置有波紋管屏蔽罩15，波紋管屏蔽罩15可防止金屬蒸汽沉積在波紋管6上，影響波紋管6的特性和壽命，在上電極1和下電極2的放電間隙5之間設置有圓環狀觸發電極3，且圓環狀觸發電極3與上電極1和下電極2相對端面為帶有角度的尖狀結構，上電極1、下電極2和觸發電極3的周圍設置有安裝在絕緣密閉外殼8內壁上的屏蔽罩7，屏蔽罩7可防止金屬蒸汽沉積在絕緣密閉外殼8上，造成上電極1和下電極2短路，屏蔽罩7可以用金屬材料，如無氧銅製作。
本發明的上電極1和下電極2都為活動電極，在執行機構驅動上電極1和下電極2在波紋管6中沿軸向移動，從而改變上電極1和下電極2之間的間隙距離，使可控三電極高能脈衝開關在寬的工作電壓下可靠運行，且具有穩定的觸發特性。
權利要求
1.一種真空環境下可控三電極高能脈衝放電開關，包括絕緣外殼[8]和設置在絕緣外殼[8]內的上電極[1]、下電極[2]，其特徵在於上電極[1]和下電極[2]通過端法蘭[9]和端法蘭[10]設置在絕緣外殼[8]內，且由絕緣外殼[8]及設置在絕緣外殼[8]兩端的端法蘭[9、10]構成的密閉殼體內的壓力為10-3～10-4Pa，所說的上電極[1]和下電極[2]至少有一個為活動電極，此活動電極通過波紋管[6]與端法蘭相連接，在固定電極內還鑲嵌有觸發電極[3]或在上電極[1]與下電極[2]的放電間隙[5]之間設置有觸發電極[3]。
2.根據權利要求1所述的真空環境下可控三電極高能脈衝放電開關，其特徵在於所說的上電極[1]和下電極[2]由觸頭[11]及與之相連接的導流部分[12]組成。
3.根據權利要求1所述的真空環境下可控三電極高能脈衝放電開關，其特徵在於所說的上電極[1]、下電極[2]和觸發電極[3]的周圍設置有安裝在絕緣密閉外殼[8]內壁上的屏蔽罩[7]。
4.根據權利要求1所述的真空環境下可控三電極高能脈衝放電開關，其特徵在於所說的波紋管[6]的上端還設置有波紋管屏蔽罩[15]。
5.根據權利要求1所述的真空環境下可控三電極高能脈衝放電開關，其特徵在於所說的鑲嵌在固定電極中的觸發電極[3]為柱狀電極，此觸發電極[3]通過絕緣套管[13]鑲嵌在固定電極中，且柱狀觸發電極[3]與絕緣套管[13]之間構成了放電間隙[4]。
6.根據權利要求1所述的真空環境下可控三電極高能脈衝放電開關，其特徵在於所說的設置在上電極[1]與下電極[2]的放電間隙[5]之間設置的觸發電極[3]為圓環狀電極。
7.根據權利要求1所述的真空環境下可控三電極高能脈衝放電開關，其特徵在於所說的設置在上電極[1]與下電極[2]的放電間隙[5]之間設置的觸發電極[3]為圓環狀電極，且圓環狀觸發電極[3]與上電極[1]和下電極[2]相對端面為帶有角度的尖狀結構。
全文摘要
真空環境下可控三電極高能脈衝放電開關，包括設置在絕緣外殼內的上、下電極，且由絕緣外殼及設置在絕緣外殼兩端的端法蘭構成的密閉殼體內的壓力為10
文檔編號H01H33/66GK1697107SQ20051004262
公開日2005年11月16日 申請日期2005年4月29日 優先權日2005年4月29日
發明者姚學玲, 陳景亮, 孫偉, 劉東社 申請人:西安交通大學