用於消弧的設備和系統以及裝配方法

2023-09-18 11:30:05

專利名稱：用於消弧的設備和系統以及裝配方法
技術領域：
一般來說，本文所述的實施例涉及等離子體槍，更具體來說，涉及供消除電弧閃光中使用的消融等離子體槍。
背景技術：
電弧裝置可用於多種應用，包括例如串聯電容器保護、高功率開關、發聲器、衝擊波發生器、脈衝等離子體推力器和電弧抑制裝置。這類已知裝置一般包括通過空氣間隙所分開的兩個或更多主電極。偏置電壓則在間隙上施加到主電極。但是，至少部分已知電弧裝置要求將主電極密集定位在一起。間隙中的汙染物或者甚至空氣的特性阻抗能夠在不合需要的時間導致在主電極之間的電弧形成，這能夠導致斷路器在原本不需要的時候跳閘。相應地，至少部分已知電弧裝置只是將主電極定位成更為遠離，以便避免這類假肯定結果。但是，由於來自等離子體槍的等離子體的不太有效擴展，這些裝置通常不太可靠。例如，至少部分已知等離子體槍提供一種等離子體擴展，它沒有有效地促進主電極之間的空氣間隙中的阻抗降低和有效電介質擊穿。因此，這類等離子體槍會呈現較低的可靠性等級。

發明內容
在一個方面，消融等離子體槍包括具有第一直徑的第一部分以及具有比第一直徑更大的第二直徑的第二部分，其中腔室由第一部分和第二部分來限定。在另一方面，電弧閃光消除系統包括多個主電極，其中所述多個主電極中的每個主電極耦合到電路的不同部分。電弧閃光消除系統還包括相對於所述多個主電極定位的消融等離子體槍。消融等離子體槍包括具有第一直徑的第一部分以及具有比第一直徑更大的第二直徑的第二部分，其中腔室由第一部分和第二部分來限定。在另一方面，一種用於裝配電弧閃光消除系統的方法包括將多個主電極中的每個主電極耦合到電路的不同部分，並且相對於所述多個主電極來定位消融等離子體槍。消融等離子體槍包括具有第一直徑的第一部分以及定位在第一部分之上並且具有比第一直徑更大的第二直徑的第二部分，其中腔室由第一部分和第二部分來限定。


圖1是示範消融等離子體槍的截面圖。圖2是消融等離子體槍的一個備選實施例的截面圖。圖3是包括圖1或圖2所示消融等離子體槍的示範消弧系統的簡化電路圖。圖4是圖3所示消弧系統的截面圖。圖5是圖3所示消弧系統的透視圖。圖6是示出裝配圖3-5所示消弧系統的示範方法的流程圖。
具體實施例方式本文描述供通過起燃獨立裝置內的隔離弧進行的電弧閃光消除中使用的系統、方法和設備的實施例。這些實施例提供一種包括腔室的消融等離子體槍，腔室具有第一部分，或下部，具有第一直徑；以及第二部分，或上部，具有比第一直徑更大的第二直徑。這種等離子體槍設計便於可靠性提高以及增強消弧系統的主電極之間的等離子體擊穿和電弧形成。例如，在主電極之間形成電弧之後，本文所述的實施例提供更大的等離子體擴展，這便於主電極之間的主間隙內增強的電介質擊穿。附加等離子體擴展和電介質擊穿使消弧系統能夠在主電極之間的更大範圍的偏置電壓(包括低至200伏特的偏置電壓)下並且在主間隙內的更大範圍的阻抗下執行。圖1是示範消融等離子體槍100的截面圖，所述示範消融等離子體槍100包括其中形成了腔室104的杯102。杯102包括第一部分106以及相對於第一部分106定位以便限定腔室104的第二部分108。例如，在示範實施例中，第二部分108定位在第一部分106 之上。此外，第一部分106具有第一直徑110。在示範實施例中，第一直徑110大約為0. 138 英寸。另外，第二部分108具有比第一直徑110更大的第二直徑112。在示範實施例中，第二直徑112大約為0. 221英寸。應當注意，使等離子體槍100能夠按本文所述起作用的任何適當尺寸可用於第一直徑110和/或第二直徑112。此外，在示範實施例中，整體地形成第一部分106和第二部分108，並且在其中限定腔室104。在一個備選實施例中，第一部分 106和第二部分108分開地形成，並且耦合在一起以形成腔室104。在示範實施例中，杯102 由諸如聚四氟乙烯、聚甲醛聚醯胺、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、其它消融聚合物之類的消融材料或者這些材料的多種混合物來形成。此外，等離子體槍100包括蓋114和基座116。在示範實施例中，蓋114安裝在基座116上，並且大小確定為包圍杯102。具體來說，杯102定位在基座116與蓋114之間。 另外，噴嘴118在蓋114內形成。噴嘴118定位在杯102的開口端120之上。在示範實施例中，蓋114和/或基座116由與杯102相同的消融材料來形成。備選地，蓋114和/或基座116由與杯102不同的一種或多種消融材料來形成，諸如耐火材料或陶瓷材料。此外，在示範實施例中，等離子體槍100包括多個槍電極，其中包括第一槍電極 122和第二槍電極124。第一槍電極122包括第一端126，而第二槍電極IM包括第二端 128，它們各擴展到腔室104中。例如，第一端1 和第二端1 從圍繞腔室104的中心軸 (未示出)的腔室104的徑向相對側進入腔室104。此外，第一端1 和第二端1 在腔室 104上以對角線相對，以便限定用於形成電弧130的間隙。電極122和124或者至少第一端1 和第二端1 可由例如鎢鋼、鎢、其它高溫耐火金屬或合金、碳或石墨或者允許電弧 130形成的任何其它適當材料來形成。施加在電極122與IM之間的電位的脈衝形成電弧 130，電弧130加熱並且消融杯102的消融材料的一部分，以便在高壓下形成高導電等離子體132。等離子體132按照以超音速的擴展模式離開噴嘴118。等離子體132的諸如速度、 離子濃度和擴展面積之類的特性可通過電極122和124的尺寸和/或通過第一端1 與第二端1 之間的分開距離來控制。等離子體132的這些特性還可由腔室104的內部尺寸、 用於形成杯102的消融材料的類型、觸發脈衝形狀和/或噴嘴118的形狀來控制。圖2是消融等離子體槍200的一個備選實施例的截面圖。如圖2所示，等離子體槍 200由單一消融材料整體地形成。等離子體槍200包括腔室202，腔室202由第一部分204以及定位在第一部分204之上並且與第一部分204整體地形成的第二部分206來限定。此外，第一部分204具有第一直徑208，而第二部分206具有第二直徑210。在圖2的示範實施例中，第二直徑210大於第一直徑208。此外，如圖2所示，腔室202包括開口端212，開口端212部分地延伸於第二部分206上以形成噴嘴214。圖3是包括諸如圖1的等離子體槍100之類的消融等離子體槍的示範電弧檢測和消除系統300的簡化電路圖。但是，應當理解，圖2的等離子體槍200還可與系統300 配合使用。在示範實施例中，系統300還包括主電弧裝置302、諸如電弧遏制裝置(arc containment device)，它包括多個主電極，例如通過空氣或其它氣體的主間隙308分開的兩個或更多主電極304和306。例如，主電極304和306因第二直徑112(圖1所示)而定位成分開大約0. 275英寸。主電極304與306之間的這個距離增強消弧系統300在低電壓下的響應。每個主電極304和306分別耦合到電源電路的電氣上不同的部分310和312，例如不同相、中性或地。將主電極304和306耦合到電源電路部分310和312在主間隙308 上提供偏置電壓314。在示範實施例中，偏置電壓314處於大約650伏特與大約815伏特之間。系統300還包括觸發電路316，它通過向等離子體槍100傳送電脈衝來激活等離子體槍 100。此外，系統300包括邏輯電路322、諸如繼電器或處理器。應當理解，術語「邏輯電路」和「處理器」 一般指的是任何可編程系統，其中包括系統和微控制器、簡化指令集電路 (RISC)、專用集成電路(ASIC)、可編程邏輯電路以及能夠運行本文所述功能的任何其它電路或處理器。上述示例只是示範性的，因而並不是要以任何方式限制這些術語的定義和/ 或含意。在示範實施例中，邏輯電路322通信上耦合到一個或多個傳感器324，傳感器3M 可包括光傳感器、聲傳感器、電流傳感器、電壓傳感器或者它們的任何組合。此外，系統300 包括通信上耦合到邏輯電路322的一個或多個斷路器326。在操作期間，傳感器3M檢測指示電弧閃光處於電源電路上的事件。例如，電流傳感器能夠檢測通過電源電路的導體的電流的迅速增大，電壓傳感器能夠檢測電源電路的多個導體上的電壓的迅速降低，或者光傳感器能夠檢測閃光。在一些實施例中，傳感器3M包括電流傳感器、電壓傳感器和/或光傳感器的組合，使得在指定時間段之內可檢測多個事件，以便指示電弧閃光的發生。在示範實施例中，傳感器324向邏輯電路322傳送表示所述檢測的信號。在一些實施例中，邏輯電路322分析該檢測，以便確定該事件是指示電弧閃光還是另外某種事件、諸如斷路器326的跳閘。當邏輯電路322確定該事件指示電弧閃光時， 邏輯電路322向觸發電路316傳送激活信號。然後，通過從觸發電路316到等離子體槍100 的電壓或電流脈衝來觸發主電弧裝置302。響應電壓或電流脈衝，等離子體槍100將消融等離子體318注入主間隙308，這充分降低主間隙308的阻抗，以便使主電極304與306之間的保護電弧320能夠起燃。電弧320吸收來自電弧閃光的能量並且斷開斷路器326，這迅速停止電弧閃光並且保護電源電路。本文所使用的術語「主」一般指的是基於較大電弧的裝置的元件，以便將這些元件與等離子體槍100的元件加以區分。圖4是消弧系統300的截面圖，以及圖5是消弧系統300的透視圖。在示範實施例中，主電弧裝置302和消融等離子體槍100位於耐壓箱328中。在一些實施例中，箱3 包括用於受控壓力釋放的一個或多個排出口 330。此外，箱3 包括外蓋332和隔離容器或衝擊防護機構(shock shield)334，它們限定安全地包含電弧320所形成能量的內腔室336。圖6是示出裝配系統300(圖3-5所示)的示範方法的流程圖400。在示範實施例中，每個主電極304和306(圖3-5所示)耦合402到(諸如電源電路之類的)電路的不同部分310和312(圖3和圖4所示)。每個主電極304和306的位置形成填充有空氣或另一種氣體的主間隙308 (圖3和圖4所示)。此外，消融等離子體槍100的腔室104在杯 102內形成404，並且噴嘴118在蓋114(圖1所示的各元件)中形成406。然後，蓋114安裝408到基座116(圖1所示)上，使得杯102定位在基座116與蓋114之間。備選地，並且參照圖2，等離子體槍200由單一消融材料整體地形成。在這種實施例中，腔室202由消融材料來形成，其中包括第一部分204和第二部分206。再次參照圖6，並且在示範實施例中，槍電極122和124(圖1所示)的第一端126 和第二端128(均如圖1所示)分別插入410腔室104，使得第一端1 和第二端1 從腔室104的中心軸沿徑向相反方向延伸。然後，消融等離子體槍100或者備選地消融等離子體槍200相對於主電極304和306來定位412。另外，槍電極122和IM在信號通信上耦合 414到觸發電路316(圖3和圖4所示)。以上詳細描述供電弧閃光消除中使用的系統、方法和設備的示範實施例。系統、方法和設備並不局限於本文所述的具體實施例，而是可獨立於本文所述的其它操作和/或組件且與其分開地來使用方法的操作和/或系統和/或設備的組件的操作。此外，所述操作和/或組件也可在其它方法、系統和/或設備中定義或者與其結合使用，而並不局限於僅採用本文所述的系統、方法和存儲介質來實施。雖然結合示範電源電路環境來描述本發明，但是本發明的實施例對於許多其它通用或專用電路環境或配置是可操作的。電源電路環境不是要提出關於本發明的任何方面的使用或功能性的範圍的任何限制。此外，電源電路環境不應當被理解為具有與示範操作環境中所示的組件的任一個或其組合相關的任何相關性或要求。本文所示和所述的本發明的實施例中的操作的運行或執行順序不是必需的，除非另加說明。也就是說，操作可按任何順序來執行，除非另加說明，並且本發明的實施例可包括附加的或者比本文所公開的更少的操作。例如，考慮在另一個操作之前、同時或之後運行或執行特定操作落入本發明的方面的範圍之內。在介紹本發明或其實施例的方面的元件時，不定冠詞、定冠詞和「所述」意在表示存在一個或多個所述元件。術語「包含」、「包括」和「具有」意在包括在內，並且表示可能存在與列示元件不同的附加元件。本書面描述使用示例來公開本發明，其中包括最佳模式，並且還使本領域的技術人員能夠實施本發明，其中包括製作和使用任何裝置或系統以及執行任何結合的方法。本發明的專利範圍由權利要求書來定義，並且可包括本領域的技術人員想到的其它示例。如果這類其它示例具有與權利要求的文字語言完全相同的結構單元，或者如果它們包括具有與權利要求的文字語言的非實質差異的等效結構單元，則它們要處於權利要求的範圍之內。部件列表
權利要求
1.一種消融等離子體槍(100)，包括具有第一直徑(110)的第一部分(106)以及具有比所述第一直徑(Iio)更大的第二直徑(11 的第二部分(108)，其中腔室(104)由所述第一部分(106)和所述第二部分(108)來限定。
2.如權利要求1所述的消融等離子體槍(100)，其中，所述第二部分(108)定位在所述第一部分(106)之上。
3.如權利要求1所述的消融等離子體槍(100)，其中，所述第一部分(106)和所述第二部分(108)整體地形成。
4.如權利要求1所述的消融等離子體槍(100)，還包括其中包含第一端(126)的第一槍電極(122)以及其中包含第二端(128)的第二槍電極(IM)，其中所述第一端(126)和所述第二端(128)從所述腔室(104)的中心軸沿相反方向延伸。
5.如權利要求4所述的消融等離子體槍(100)，其中，所述第一槍電極(122)的所述第一端(1 )以及所述第二槍電極(1 )的所述第二端(128)在所述腔室(104)的徑向相對側進入所述腔室(104)。
6.如權利要求1所述的消融等離子體槍(100)，其中，所述腔室(104)還包括部分地延伸於所述第二直徑(112)上的開口端(120)，使得所述開口端(120)限定噴嘴(118)。
7.如權利要求1所述的消融等離子體槍(100)，還包括具有開口端(120)的杯(102)，其中所述腔室(104)在所述杯(102)內形成；以及大小確定為包圍所述杯(102)的蓋(114)，其中所述蓋(114)包括噴嘴(118)。
8.如權利要求7所述的消融等離子體槍(100)，還包括基座(116)，其中所述蓋(114) 安裝到所述基座(116)上，並且所述杯(102)定位在所述基座(116)與所述蓋(114)之間。
9.一種電弧閃光消除系統(300)，包括多個主電極(304，306)，其中所述多個主電極(304，306)中的每個主電極耦合到電路 (310,312)的不同部分；以及相對於所述多個主電極(304，306)定位的消融等離子體槍(100)，其中所述消融等離子體槍(100)包括具有第一直徑(110)的第一部分(106)以及具有比所述第一直徑(110) 更大的第二直徑(11 的第二部分(108)，並且其中腔室(104)由所述第一部分(106)和所述第二部分(108)來限定。
10.如權利要求9所述的電弧閃光消除系統，其中，所述多個主電極(304，306)間隔開， 使得所述多個主電極之間的區域限定主間隙(308)，並且其中所述消融等離子體槍(100) 配置成將消融等離子體(318)注入所述主間隙(308)，以便觸發所述多個主電極(304，306) 之間的電弧。
全文摘要
本發明名稱為用於消弧的設備和系統以及裝配方法，涉及一種消融等離子體槍(100)包括具有第一直徑(110)的第一部分(106)以及具有比第一直徑(110)更大的第二直徑(112)的第二部分(108)，其中腔室(104)由第一部分(106)和第二部分(108)來限定。
文檔編號H05H1/34GK102404928SQ201110283859
公開日2012年4月4日 申請日期2011年9月16日 優先權日2010年9月16日
發明者D·A·羅巴奇, G·W·羅斯克, S·A·卡特勒 申請人:通用電氣公司