一种电容与开关一体化高功率快放电支路制造技术

本发明专利技术提供一种电容与开关一体化高功率快放电支路，解决现有快放电支路电感大的问题。其包括气体开关、两支充电电容器组件、电容器壳体、开关半环形电极、电容器半环电极、电容器输出电极和弧形刀口输出电极；电容器壳体一侧的盖板为高压侧盖板，另一侧的盖板为低压侧盖板，且电容器壳体内设置有绝缘隔板，两支充电电容器组件分别设置在由绝缘隔板分开的两个腔体内；开关半环形电极和电容器半环电极构成一个环形电极，环形电极套装在气体开关的高压电极和低压电极上；电容器半环电极通过电容器输出电极与充电电容器组件的高压侧引出电极连接；充电电容器组件的低压侧引出电极通过电容器输出电极与弧形刀口输出电极连接。

A High Power Fast Discharge Branch with Capacitor and Switch Integration

【技术实现步骤摘要】
一种电容与开关一体化高功率快放电支路
本专利技术涉及高功率脉冲驱动源，具体涉及一种电容与开关一体化高功率快放电支路。
技术介绍
FLTD(快直线型变压器)被公认为是下一代百TW级、电流数十MA的快Z箍缩驱动源最有前景的技术。FLTD的核心是将放电回路“化整为零”为多个电感电容(LC)值很小的快放电支路，快放电支路对称布置在感应腔内，通过电磁感应，多支路并联获得脉冲大电流，多级串联获得高电压，可输出MA级电流、百GW级电脉冲，多路FLTD并联产生前沿100-200ns、电流数十MA的百太瓦级超高功率电脉冲。拓扑结构为快放电支路并联构成百GW单级模块、数十级模块串联形成TW级单路、数十路TW级单路并联汇聚产生百TW级数十MA的超高功率电脉冲，从而驱动不同类型负载。快放电支路是FLTD的基本单元，其电气参数和几何尺寸直接决定了大型FLTD脉冲驱动源的性能、尺寸和造价。美国圣地亚国家实验室(SNL)在2007年提出的Z箍缩ICF电流65MA脉冲源，210路并联，每路60级串联，装置直径104m，高度约10m，支路总数为50.4万。2015年以来，快放电支路取得重要进展，输出峰值功率达到5GW，电感减少到160nH，输出电流达50kA，电流1MA模块仅需要20支路并联，模块直径从3m减小到2m。以5GW支路为基本单元，美国SNL于2015年提出的65MA电流Z箍缩FLTD驱动源从210路并联大幅减小到90路并联，每路60级串联，直径从104m降低到52m，高度约7m，支路总数从50.4万降低到10.8万。因此，优化FLTD放电支路结构、提高单支路峰值功率对建造百TW级数十MA直接驱动源具有重大价值。目前FLTD支路典型结构一般由两只双端引出电极100kV低电感电容器和1只低电感气体开关组成，两只电容器之间垫有10mm厚绝缘隔板，美国SNL在2018年支路功率达到5.2GW，电容器80nF。西安交大和西北核技术研究所联合成立的Z箍缩中心于2018年也研制成功5GWFLTD支路，由两只100nF双端引出电极100kV电容器和一只低电感三电极气体开关组成。现有放电支路中绝缘隔板的作用是隔离开关导通后产生的高压脉冲，防止电容器之间击穿，所隔离的脉冲幅值往往低于100kV，但是现有的放电支路结构增大了支路的电感。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有快放电支路电感大的问题，提供一种电容与开关一体化高功率快放电支路。本专利技术的技术解决方案如下：一种电容与开关一体化高功率快放电支路，包括气体开关和两支充电电容器组件，其特殊之处在于：还包括电容器壳体、开关半环形电极、电容器半环电极、电容器输出电极和弧形刀口输出电极；所述电容器壳体一侧的盖板为高压侧盖板，另一侧的盖板为低压侧盖板，且电容器壳体内设置有绝缘隔板，两支充电电容器组件分别设置在由绝缘隔板分开的两个腔体内；所述气体开关设置在高压侧盖板的一侧，所述开关半环形电极和电容器半环电极构成一个环形电极，所述环形电极套装在气体开关的高压电极和低压电极上，实现环形电极与气体开关的电连接；所述电容器半环电极通过电容器输出电极与充电电容器组件的高压侧引出电极连接；所述充电电容器组件的低压侧引出电极通过电容器输出电极与弧形刀口输出电极连接；所述电容器壳体的高压侧盖板上设置有第一加强楞，所述气体开关壳体上设置有裙边，所述第一加强楞与裙边嵌套设置，缩短气体开关和两支充电电容器组件之间的距离。进一步地，所述电容器输出电极为楞边倒圆的长条形电极，其端面上设置有数个圆柱。进一步地，所述充电电容器组件包括多个电容器单元和多个绝缘层；所述电容器单元包括两层金属层以及设置在两层金属层之间的电容介质层；多个电容器单元通过侧边电极段实现串联连接，相邻电容器单元之间通过绝缘层绝缘设置。进一步地，所述开关半环形电极、电容器半环电极的楞边倒圆设置。进一步地，所述电容器壳体的低压侧盖板上设置有第二加强楞，所述第二加强楞位于两个弧形刀口输出电极之间。进一步地，所述电容器壳体的绝缘隔板厚度为6mm。进一步地，所述气体开关为三电极场畸变气体开关。本专利技术与现有技术相比，有益效果是：本专利技术提供一种高峰值功率快放电支路，把两只高压低电感电容器串联组件放置在中间薄绝缘板分隔的同一绝缘壳体内，缩小了电容器之间的距离，同时电容器高压侧棱边与开关壳体裙边嵌套，使得电容器电极与低电感气体开关紧凑连接，尽可能缩短开关与电容器之间的距离，从而降低了支路电感，提高了峰值功率和输出电流。附图说明图1是本专利技术电容与开关一体化高功率快放电支路剖视图；图2是本专利技术电容与开关一体化高功率快放电支路中开关半环形电极与电容器半环电极装配示意图；图3是本专利技术电容与开关一体化高功率快放电支路中电容器输出电极结构示意图。附图标记：1-气体开关，2-充电电容器组件，3-电容器壳体，4-开关半环形电极，5-电容器半环电极，6-电容器输出电极，7-弧形刀口输出电极，11-高压电极，12-低压电极，13-裙边，21-金属层，22-电容介质层，23-绝缘层，24-侧边电极段，25-高压侧引出电极，26-低压侧引出电极，31-绝缘隔板，32-第一加强楞，33-第二加强楞，34-高压侧盖板，35-低压侧盖板。具体实施方式本专利技术针对现有一般由两只电容器和一只气体开关构成的FLTD放电支路电感大的问题，提供了一种电容与开关一体化高功率快放电支路，该电路将两只正负充电的电容器组件放置在由绝缘隔板分隔的同一电容器壳体的两个腔室内，电容器高压侧棱边与开关壳体裙边嵌套，缩短开关与电容器之间的距离，低压侧引出电极连接到弧形刀口输出电极，以便与多支路汇聚的环形柱状电极压接，降低支路电感，提高支路输出峰值功率。如图1至图3所示，一种电容与开关一体化高功率快放电支路包括气体开关1、两支充电电容器组件2、电容器壳体3、开关半环形电极4、电容器半环电极5、电容器输出电极6和弧形刀口输出电极7；电容器壳体3一侧的盖板为高压侧盖板34，另一侧的盖板为低压侧盖板35，且电容器壳体3内设置有绝缘隔板31，两支充电电容器组件2分别设置在由绝缘隔板31分开的两个腔体内。气体开关1设置在高压侧盖板34的一侧，开关半环形电极与电容器半环电极5通过螺钉连接可构成一个内径与开关高压电极11相同的环形，环形电极套装在气体开关1的高压电极11和低压电极12上，将开关高压电极11或低压电极12卡住，从而实现半环电极与气体开关高压电极11的电气连接，环形电极外侧倒圆弧，以防止耐受高压时产生电晕放电。电容器半环电极5从环内到外设置有两个沉头螺纹孔，螺钉穿过该螺纹孔，使电容器半环电极5固定在电容器输出电极6上，实现与充电电容器组件2的高压侧引出电极25的电气连接；充电电容器组件2的低压侧引出电极26通过电容器输出电极6与弧形刀口输出电极7连接；电容器壳体3的高压侧盖板34上设置有第一加强楞32，其作用为增加电容器壳体3强度，同时增加沿面爬电距离，气体开关1壳体上设置有裙边13，第一加强楞32与开关壳体裙边13嵌套，电容器高压侧盖板34加强棱边(第一加强楞32)与开关绝缘壳体嵌套，缩短电容器与气体开关距离，降低电感，提高峰值功率。电容器输出电极6为楞边倒圆的长条形电极，其端面上设置有数个圆柱，数个圆柱均布且穿过长条形电极，由螺钉紧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电容与开关一体化高功率快放电支路，包括气体开关(1)和两支充电电容器组件(2)，其特征在于：还包括电容器壳体(3)、开关半环形电极(4)、电容器半环电极(5)、电容器输出电极(6)和弧形刀口输出电极(7)；所述电容器壳体(3)一侧的盖板为高压侧盖板(34)，另一侧的盖板为低压侧盖板(35)，且电容器壳体(3)内设置有绝缘隔板(31)，两支充电电容器组件(2)分别设置在由绝缘隔板(31)分开的两个腔体内；所述气体开关(1)设置在高压侧盖板(34)的一侧，所述开关半环形电极(4)和电容器半环电极(5)构成一个环形电极，所述环形电极套装在气体开关(1)的高压电极(11)和低压电极(12)上，实现环形电极与气体开关(1)的电连接；所述电容器半环电极(5)通过电容器输出电极(6)与充电电容器组件(2)的高压侧引出电极(25)连接；所述充电电容器组件(2)的低压侧引出电极(26)通过电容器输出电极(6)与弧形刀口输出电极(7)连接；所述电容器壳体(3)的高压侧盖板(34)上设置有第一加强楞(32)，所述气体开关(1)壳体上设置有裙边(13)，所述第一加强楞(32)与裙边(13)嵌套设置，缩短气体开关(1)和充电电容器组件(2)之间的距离。...

【技术特征摘要】
1.一种电容与开关一体化高功率快放电支路，包括气体开关(1)和两支充电电容器组件(2)，其特征在于：还包括电容器壳体(3)、开关半环形电极(4)、电容器半环电极(5)、电容器输出电极(6)和弧形刀口输出电极(7)；所述电容器壳体(3)一侧的盖板为高压侧盖板(34)，另一侧的盖板为低压侧盖板(35)，且电容器壳体(3)内设置有绝缘隔板(31)，两支充电电容器组件(2)分别设置在由绝缘隔板(31)分开的两个腔体内；所述气体开关(1)设置在高压侧盖板(34)的一侧，所述开关半环形电极(4)和电容器半环电极(5)构成一个环形电极，所述环形电极套装在气体开关(1)的高压电极(11)和低压电极(12)上，实现环形电极与气体开关(1)的电连接；所述电容器半环电极(5)通过电容器输出电极(6)与充电电容器组件(2)的高压侧引出电极(25)连接；所述充电电容器组件(2)的低压侧引出电极(26)通过电容器输出电极(6)与弧形刀口输出电极(7)连接；所述电容器壳体(3)的高压侧盖板(34)上设置有第一加强楞(32)，所述气体开关(1)壳体上设置有裙边(13)，所述第一加强楞(32)与裙边(13)嵌套设置，缩短气体开关(1)和充电电容器组件(2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙凤举，王志国，姜晓峰，周立新，邱爱慈，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，无锡市锡脉电器有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61