本发明专利技术属于脉冲功率开关技术领域，提供一种“齿轮形”触发电极结构的沿面闪络真空触发开关，包括陶瓷绝缘外壳、屏蔽罩、阳极电极、阴极电极、齿轮形沿面闪络材料和环形嵌合触发电极。外置环形嵌合触发电极可以有效避免触发电极被主间隙电弧烧蚀，与齿轮形沿面闪络材料配合使用，可以利用轴向电流产生的磁场，对沿面闪络通道的收缩加以抑制，达到延长开关工作寿命的目的。本发明专利技术采用的外置齿轮形嵌合触发电极结构，能够有效解决现有沿面闪络真空开关存在的寿命短、不耐烧蚀的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种“齿轮形”触发电极结构的沿面闪络真空触发开关
本专利技术属于大容量高性能长寿命脉冲功率开关
，具体涉及一种新型结构的沿面击穿型真空触发开关。
技术介绍
真空触发开关又称真空触发间隙，是一种可控快速关合开关，其利用真空作为阴阳极间的绝缘和灭弧介质，采用不同的触发方式对开关主间隙的导通进行控制。真空触发开关与传统的气体触发开关相比，其通载电荷量高，开关寿命长，同时真空触发开关还具有工作电压范围宽，介质强度恢复快，触发准确度高等优点，因此真空触发开关被广泛应用于国防安全、电力系统、环境保护等相关领域。目前真空触发开关以触发形式进行分类主要可分为两种：场击穿型和沿面闪络型。场击穿开关通过触发针放电产生初始等离子体导通间隙。大量实验结果表明，场击穿真空开关存在触发能量高、触发时延长、分散性大等问题。沿面闪络真空开关按照触发方式的不同主要可分为两种类型：电脉冲触发和激光触发。激光触发沿面闪络真空开关具有精度高、时延短等优点，但其触发系统成本较高，限制了其在工业生产中的规模化应用。电触发沿面闪络真空开关直接通过触发极与阴极之间的闪络材料表面放电产生初始等离子体导通间隙。与激光触发真空开关相比，电触发沿面闪络真空开关的触发系统结构简单、成本较低，因此电触发沿面闪络开关在工业生产中更具有竞争力。大量国内外学者的研究工作表明，电脉冲触发的沿面击穿型真空开关，其触发电极与阴极间产生的触发电流和主间隙电弧的存在会导致闪络材料的蒸发和金属蒸气的沉积，而金属蒸气的沉积是影响沿面击穿型真空触发开关寿命的主要因素。闪络材料表面沉积的金属团粒数量随着通流次数的增多而不断增加，最终导致开关失效。目前沿面击穿型真空触发开关存在的技术问题主要有以下几点：1)主间隙电弧烧蚀电极产生金属蒸气，金属蒸气沉积在闪络材料表面影响开关寿命；2)触发电极与主间隙电弧距离近，易被烧蚀；3)传统触发电极结构与阴极间放电产生的闪络通道收缩，会造成闪络材料表面严重的烧蚀碳化。
技术实现思路
为了避免传统电触发沿面击穿型开关存在的缺陷，本专利技术提供了一种“齿轮形”触发电极结构的沿面闪络真空触发开关。将触发电极置于阴极外侧，配合倾斜结构和屏蔽罩，减弱金属蒸气沉积对开关寿命和触发性能的影响；外置触发电极的方式与主电极纵磁结构相结合，可以增大触发电极与燃弧过程中主间隙电弧间的的距离，从而降低触发电极被电弧烧蚀的风险，延长开关的工作寿命；触发电极与阴极电极盘的外倾齿轮形嵌合结构，能利用开关轴向电流产生的磁场对沿面放电通道的收缩进行抑制，避免沿面闪络材料表面被烧蚀碳化。本专利技术的技术方案为：一种“齿轮形”触发电极结构的沿面闪络真空触发开关，包括阳极电极、阴极电极、齿轮形沿面闪络材料11和环形嵌合触发电极12；所述阳极电极包括阳极导电杆2、阳极外扩型纵磁电极杯3、阳极“工”形支撑件4和阳极电极盘5；所述阳极外扩型纵磁电极杯3同心固定在阳极导电杆2上部，其扩展区由传统纵磁电极杯结构向外倾斜延伸，用于收拢沿面击穿产生的初始等离子体，加快开关的导通速度；所述阳极外扩型纵磁电极杯3中心开有浅凹槽，用于安装放置阳极电极盘5；所述阳极“工”形支撑件4设置在阳极外扩型纵磁电极杯3的内部，用于对阳极外扩型纵磁电极杯3的支撑；所述阴极电极包括阴极导电杆10、阴极纵磁电极杯9、阴极“工”形支撑件8、阴极齿轮形铜电极盘7和阴极电极盘6；所述阴极纵磁电极杯9同心固定在阴极导电杆10上部；所述阴极齿轮形铜电极盘7中心开有浅凹槽，用以放置阴极电极盘6；所述阴极“工”形支撑件8设置在阴极纵磁电极杯9内，用于对阴极纵磁电极杯9的支撑；所述齿轮形沿面闪络材料11采用半导体陶瓷材料制成，其形状为轴对称；所述环形嵌合触发电极12采用金属材料制成，其形状为轴对称，环形内侧有齿轮形凸起，用于与绝缘支撑圆盘13上侧直接连接，并套接于齿轮形沿面闪络材料11外侧；通过调整齿轮形沿面闪络材料11水平方向的材料宽度和竖直方向的材料宽度，对沿面闪络的发生位置进行控制，令其在竖直方向发生闪络，以便利用轴向开关电流产生的磁场抑制闪络通道的收缩；齿轮形状有效增大沿面闪络面积，降低燃弧过程中金属蒸气附着对触发电极电阻的影响；外倾斜设计可减少燃弧过程中产生的金属蒸气附着在闪络材料表面；所述环形嵌合触发电极12外置于阴极电极的设计方式，与传统内置方式相比，使得触发电极与闪络材料远离主间隙电弧，避免二者被主间隙电弧烧蚀；所述绝缘支撑圆环13固定于阴极纵磁电极杯9外侧，以支撑环形嵌合触发电极12和齿轮形沿面闪络材料11。所述的阴极齿轮形铜电极盘7、齿轮形沿面闪络材料11和环形嵌合触发电极12的外倾斜角选取30度、45度或60度。所述的阳极外扩型纵磁电极杯3的外倾斜角度与阴极齿轮形铜电极盘7、齿轮形沿面闪络材料11和环形嵌合触发电极12的外倾斜角度相配合。本专利技术的有益效果：(1)将触发电极设计为外倾斜结构并放在阴极外侧，可以充分利用屏蔽罩对主间隙导通过程中产生的金属蒸气的冷凝吸附作用，有效防止金属蒸气沉积于沿面闪络材料表面，削减沉积的金属团粒对开关寿命的影响。(2)外置触发电极的方式与主电极纵磁结构相结合，可以增大触发电极与燃弧过程中主间隙电弧间的距离，从而降低触发电极被电弧烧蚀的风险，延长开关的寿命。(3)触发电极与阴极电极盘的外倾齿轮形嵌合结构，能够利用轴向开关电流产生的磁场，从而抑制沿面放电通道的收缩，减弱沿面闪络材料表面烧蚀碳化。阳极的纵磁电极杯扩展区域可以有效收集沿面闪络产生的初始等离子体，加快导通速度。附图说明图1为沿面闪络真空触发开关结构剖面示意图；图2为沿面闪络真空触发开关阴极结构示意图；图3为沿面闪络真空触发开关阳极结构示意图；图中：1屏蔽罩；2阳极导电杆；3阳极外扩型纵磁电极杯；4阳极“工”形支撑件；5阳极电极盘；6阴极电极盘；7阴极齿轮形铜电极盘；8阴极“工”形支撑件；9阴极纵磁电极杯；10阴极导电杆；11齿轮形沿面闪络材料；12环形嵌合触发电极；13绝缘支撑圆盘；14陶瓷绝缘外壳。具体实施方式以下结合技术方案和附图详细叙述本专利技术的具体实施方式。结合图1，一种“齿轮形”触发电极结构的沿面闪络真空触发开关，包括阳极电极、阴极电极、沿面闪络材料和触发电极。所述阳极电极包括阳极导电杆2、阳极外扩型纵磁电极杯3和阳极电极盘5。所述阳极外扩型纵磁电极杯3固定在阳极导电杆2上部，其扩展区由传统纵磁电极杯结构向外倾斜延伸，其作用是收拢沿面击穿产生的初始等离子体，加快开关的导通速度。所述阳极电极盘5固定于阳极外扩型纵磁电极杯3中心的浅凹槽内。所述阴极电极包括阴极导电杆10、阴极纵磁电极杯9、阴极齿轮形铜电极盘7和阴极电极盘6。所述阴极纵磁电极杯9固定在阴极导电杆10上部。所述阴极齿轮形铜电极盘7中心开有浅凹槽，用以放置阴极电极盘6。所述齿轮形沿面闪络材料11采用半导体陶瓷材料制成，其形状为轴对称形。所述环形本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种“齿轮形”触发电极结构的沿面闪络真空触发开关，其特征在于，该沿面闪络真空触发开关包括阳极电极、阴极电极、齿轮形沿面闪络材料(11)和环形嵌合触发电极(12)；/n所述阳极电极包括阳极导电杆(2)、阳极外扩型纵磁电极杯(3)、阳极“工”形支撑件(4)和阳极电极盘(5)；所述阳极外扩型纵磁电极杯(3)同心固定在阳极导电杆(2)上部，其扩展区由传统纵磁电极杯结构向外倾斜延伸，用于收拢沿面击穿产生的初始等离子体，加快开关的导通速度；所述阳极外扩型纵磁电极杯(3)中心开有浅凹槽，用于安装放置阳极电极盘(5)，二者等电位连接；所述阳极电极盘(5)与阳极外扩型纵磁电极杯(3)上侧直连；所述阳极“工”形支撑件(4)设置在阳极外扩型纵磁电极杯(3)的内部，用于对阳极外扩型纵磁电极杯(3)的支撑；/n所述阴极电极包括阴极导电杆(10)、阴极纵磁电极杯(9)、阴极“工”形支撑件(8)、阴极齿轮形铜电极盘(7)和阴极电极盘(6)；所述阴极纵磁电极杯(9)同心固定在阴极导电杆(10)上部；所述阴极齿轮形铜电极盘(7)中心开有浅凹槽，用以放置阴极电极盘(6)；所述阴极齿轮形铜电极盘(7)固定于阴极纵磁电极杯(9)上侧；所述阴极“工”形支撑件(8)设置在阴极纵磁电极杯(9)内，用于对阴极纵磁电极杯(9)的支撑；/n所述齿轮形沿面闪络材料(11)采用半导体陶瓷材料制成，其形状为轴对称；/n所述环形嵌合触发电极(12)采用金属材料制成，其形状为轴对称，环形内侧有齿轮形凸起，用于与绝缘支撑圆盘(13)上侧直接连接，并套接于齿轮形沿面闪络材料(11)外侧；通过调整齿轮形沿面闪络材料(11)水平方向的材料宽度和竖直方向的材料宽度，对沿面闪络的发生位置进行控制，令其在竖直方向发生闪络，以便利用轴向开关电流产生的磁场抑制闪络通道的收缩；齿轮形状有效增大沿面闪络面积，降低燃弧过程中金属蒸气附着对触发电极电阻的影响；外倾斜设计可减少燃弧过程中产生的金属蒸气附着在闪络材料表面；/n所述环形嵌合触发电极(12)外置于阴极电极的设计方式，与传统内置方式相比，使得触发电极与闪络材料远离主间隙电弧，避免二者被主间隙电弧烧蚀；/n所述绝缘支撑圆环(13)固定于阴极纵磁电极杯(9)外侧，以支撑环形嵌合触发电极(12)和齿轮形沿面闪络材料(11)。/n...
【技术特征摘要】
1.一种“齿轮形”触发电极结构的沿面闪络真空触发开关，其特征在于，该沿面闪络真空触发开关包括阳极电极、阴极电极、齿轮形沿面闪络材料(11)和环形嵌合触发电极(12)；
所述阳极电极包括阳极导电杆(2)、阳极外扩型纵磁电极杯(3)、阳极“工”形支撑件(4)和阳极电极盘(5)；所述阳极外扩型纵磁电极杯(3)同心固定在阳极导电杆(2)上部，其扩展区由传统纵磁电极杯结构向外倾斜延伸，用于收拢沿面击穿产生的初始等离子体，加快开关的导通速度；所述阳极外扩型纵磁电极杯(3)中心开有浅凹槽，用于安装放置阳极电极盘(5)，二者等电位连接；所述阳极电极盘(5)与阳极外扩型纵磁电极杯(3)上侧直连；所述阳极“工”形支撑件(4)设置在阳极外扩型纵磁电极杯(3)的内部，用于对阳极外扩型纵磁电极杯(3)的支撑；
所述阴极电极包括阴极导电杆(10)、阴极纵磁电极杯(9)、阴极“工”形支撑件(8)、阴极齿轮形铜电极盘(7)和阴极电极盘(6)；所述阴极纵磁电极杯(9)同心固定在阴极导电杆(10)上部；所述阴极齿轮形铜电极盘(7)中心开有浅凹槽，用以放置阴极电极盘(6)；所述阴极齿轮形铜电极盘(7)固定于阴极纵磁电极杯(9)上侧；所述阴极“工”形支撑件(8)设置在阴极纵磁电极杯(9)内，用于对阴极纵磁电极杯(9)的支撑；
所述齿轮形沿面闪络材料(11)采用半导体陶瓷材料制成，其形状为轴对称；
所述环形嵌合触发电极(12)采用金属材料制成，其形状为轴对称，环形内侧有齿轮形凸起，用于与绝缘支撑圆盘(13)上侧直接连接，并套接于齿轮形沿面闪络材料(11)外侧；通过调整齿轮形沿面闪络材料(11)水平方向的材料宽度和竖直方向的材料宽度，对沿面闪络的发生位置进行...
【专利技术属性】
技术研发人员：廖敏夫，孙文昊，段雄英，陈占清，张鸣，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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