本发明专利技术公开了一种双路单间隙等离子体喷射装置及其应用，利用脉冲放电同步触发等离子体喷射装置，通过具有初始储能的大电容为等离子体喷射器中毛细管放电消融绝缘产气材料的过程供能，持续产生大量等离子体，基于毛细管内外的巨大压差，形成高温、高压、高密度的等离子体射流。本装置采用单间隙毛细管放电喷射，结构简单，喷射距离长，触发性能稳定，能有效满足长间距、低工作系数下的间隙触发需求。增加主放电电容器的电容量可以增加毛细管中放电电流的脉冲宽度和电流持续时间，从而延长等离子体喷射的持续时间，这对于间隙的可靠触发导通具有重要的作用。
【技术实现步骤摘要】
一种双路单间隙等离子体喷射装置及其应用
本专利技术属于脉冲功率
，具体涉及一种双路单间隙等离子体喷射装置及其应用。
技术介绍
随着脉冲功率技术的发展，气体间隙得到了广泛研究与应用，可作为高压脉冲形成的开关器件、高压脉冲陡化开关或电力设备的过电压保护装备。气体间隙性能往往受回路参数和大气环境的影响，如温度、湿度或压强的变化都会影响间隙的自击穿性能。应用于工作电压远低于自击穿电压的低工作系数状态下，气体间隙更具有时延长、抖动大的特点，影响间隙击穿的可靠性。现有的气体间隙常采用强制触发的手段，如使用小间隙火花放电造成电场畸变，或紫外预电离引起流注放电等。对于长间距，低工作系数的应用场合，上述的触发手段均有注入间隙能量较低的缺点，增大了引燃间隙的难度。而基于毛细管放电的等离子体喷射触发技术通过直接向间隙内注入高速、高压、高密度等离子体射流的方式，能够在工作电压远低于自击穿电压的场合稳定引燃气体间隙，具有极高的可靠性，得到了广泛的应用。对于两个或多个气体间隙工作在长间距、低工作系数场合时候，则需要相应数量的等离子体喷射器及其控制装置。因此设计简单、高效的双路乃至多路等离子体喷射器触发装置，具有相应的必要性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种双路单间隙等离子体喷射装置及其应用，利用脉冲放电同步触发等离子体喷射装置，通过具有初始储能的大电容为等离子体喷射器中毛细管放电消融绝缘产气材料的过程供能，持续产生大量等离子体，基于毛细管内外的巨大压差，形成高温、高压、高密度的等离子体射流。本装置采用单间隙毛细管放电喷射，结构简单，喷射距离长，触发性能稳定，能有效满足长间距、低工作系数下的间隙触发需求。增加主放电电容器的电容量可以增加毛细管中放电电流的脉冲宽度和电流持续时间，从而延长等离子体喷射的持续时间，这对于间隙的可靠触发导通具有重要的作用。本专利技术采用以下技术方案：一种双路单间隙等离子体喷射装置，包括第一直流电源，第一直流电源经脉冲电容与脉冲变压器的脉冲变压器原边连接，脉冲变压器的脉冲变压器副边正端与第一等离子体喷射器连接，脉冲变压器的脉冲变压器副边负端与第二等离子体喷射器连接，从脉冲变压器副边绕组的1/2匝数中间位置引出脉冲变压器副边中间位置抽头，脉冲变压器副边中间位置抽头经保护电感、主放电电容和第二直流电源的并联支路后分别与第一等离子体喷射器和第二等离子体喷射器连接，脉冲变压器副边正端和脉冲变压器副边中间位置抽头间的副边绕组向第一等离子体喷射器提供高压触发脉冲输出，脉冲变压器副边负端和脉冲变压器副边中间位置抽头间的副边绕组向第二等离子体喷射器提供高压触发脉冲输出。具体的，第一直流电源与脉冲变压器原边之间并联连接晶闸管和续流二极管构成放电回路，晶闸管导通时，脉冲电容经晶闸管和脉冲变压器原边放电，脉冲变压器的副边输出电压脉冲同步触发第一等离子体喷射器和第二等离子体喷射器。具体的，脉冲电容的容值为1～4μF。具体的，主放电电容的容值为20～120uF，充电电压取1～3kV。具体的，等离子体喷射器包括内部为中空结构的绝缘材料，绝缘材料的中心通孔内插入有内导体的一端，形成细长的毛细管通道构成单间隙毛细管通道，绝缘材料的外部设置有外导体。进一步的，第一等离子体喷射器的内导体与脉冲变压器副边正端相连，第二等离子体喷射器的内导体与脉冲变压器副边负端相连，主放电电容和第二直流电源分别与等离子体喷射器的外导体连接。进一步的，毛细管通道的直径为0.1～2mm，长度为2～15mm。进一步的，内导体、外导体和绝缘材料之间为紧配合。具体的，保护电感为空心电感或磁开关。本专利技术的另一个技术方案是，双路单间隙等离子体喷射装置在放电回路中的应用。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种双路单间隙等离子体喷射装置，利用脉冲放电同步触发等离子体喷射装置，通过具有初始储能的电容为等离子体喷射器中毛细管放电消融绝缘产气材料的过程供能，持续产生大量等离子体，基于毛细管内外的巨大压差，形成高温、高压、高密度的等离子体射流。本装置采用单间隙毛细管放电喷射，结构简单，喷射距离长，触发性能稳定，能有效满足长间距、低工作系数下的间隙触发需求。进一步的，脉冲电容容值为1～4μF，能够适应等离子体喷射器触发的能量需求。续流二极管能够给脉冲放电回路在正向放电之后提供反向续流通路，泄放脉冲电容上的反向电压。进一步的，主放电电容由第二直流电源充电，能够给后续等离子体喷射器工作过程提供能量，从而维持毛细管放电电流脉冲宽度和持续时间，进而维持等离子体射流喷射持续时间，这对于间隙的可靠触发导通具有重要的作用；其容值范围为20～120uF，充电电压范围取1～3kV，是由于容值或充电电压过小时，主放电电容放电过程提供能量少，不足以产生足量的等离子体，影响等离子体喷射器管内等离子体压强的积累，进而影响等离子体射流喷射效果；而容值或充电电压过大时，主放电电流幅值过高，能量注入过大，喷射器管内放电烧蚀程度过强，影响等离子体喷射器使用寿命。进一步的，第一等离子体喷射器内导体与脉冲变压器副边正端相连，第二等离子体喷射器内导体与脉冲变压器副边负端相连，是为了简化电路结构，使用一个脉冲回路即可触发两个等离子体喷射器。进一步的，内导体部分插入绝缘材料形成的毛细管放电通道，其直径为0.1～2mm，是由于当管径过小时，多次电弧烧蚀将引起管道结构破坏，从而影响使用寿命；当管径过大时，管内空间过大降低了积聚等离子体的压力。其长度为2～15mm，是由于当管长过小时，毛细管放电电弧对绝缘产气材料的消融量不够，产生等离子体的总量少；当管长过长时，不仅会增强管壁的粘滞阻力作用，造成更多能量损失，还会降低放电电流峰值，减小弧道能量，影响消融效果。进一步的，内导体、绝缘材料和外导体之间采用紧配合关系，确保等离子体喷射器的结构强度。进一步的，保护电感能够限制放电过程中的最大电流上升率。其中，空心电感可以调控主放电电容的放电时间。磁开关可以调控主电容放电起始时间。当等离子体喷射器触发击穿时，由于磁芯未饱和，磁开关处于高阻抗状态，主放电被磁开关限制；一段时间后磁芯饱和，磁开关处于低阻抗状态，调控主放电电容的放电时间。综上所述，本专利技术利用脉冲放电同步触发双路等离子体喷射器，通过等离子体喷射器基于毛细管放电特性消融绝缘产气材料产生高温、高压、高密度等离子体射流，其结构简单，喷射距离长，触发性能稳定，能有效满足长间距、低工作系数下的间隙触发需求。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为双路单间隙等离子体喷射装置原理图；图2为等离子体喷射器示意图；图3为第一、第二等离子体喷射器触发电压波形图；图4为双路等离子体喷射典型放电电流波形图；图5为双路等离子体喷射器射流典型高速摄影图；图6为双路单间隙等离子体喷射装置应用于一种典型放电回路串联间隙示意图。...
【技术保护点】
1.一种双路单间隙等离子体喷射装置，其特征在于，包括第一直流电源(1)，第一直流电源(1)经脉冲电容(4)与脉冲变压器的脉冲变压器原边(5)连接，脉冲变压器的脉冲变压器副边正端(6)与第一等离子体喷射器(9)连接，脉冲变压器的脉冲变压器副边负端(7)与第二等离子体喷射器(12)连接，从脉冲变压器副边绕组的1/2匝数中间位置引出脉冲变压器副边中间位置抽头(13)，脉冲变压器副边中间位置抽头(13)经保护电感(8)、主放电电容(10)和第二直流电源(11)的并联支路后分别与第一等离子体喷射器(9)和第二等离子体喷射器(12)连接，脉冲变压器副边正端(6)和脉冲变压器副边中间位置抽头(13)间的副边绕组向第一等离子体喷射器(9)提供高压触发脉冲输出，脉冲变压器副边负端(7)和脉冲变压器副边中间位置抽头(13)间的副边绕组向第二等离子体喷射器(12)提供高压触发脉冲输出。/n
【技术特征摘要】
1.一种双路单间隙等离子体喷射装置，其特征在于，包括第一直流电源(1)，第一直流电源(1)经脉冲电容(4)与脉冲变压器的脉冲变压器原边(5)连接，脉冲变压器的脉冲变压器副边正端(6)与第一等离子体喷射器(9)连接，脉冲变压器的脉冲变压器副边负端(7)与第二等离子体喷射器(12)连接，从脉冲变压器副边绕组的1/2匝数中间位置引出脉冲变压器副边中间位置抽头(13)，脉冲变压器副边中间位置抽头(13)经保护电感(8)、主放电电容(10)和第二直流电源(11)的并联支路后分别与第一等离子体喷射器(9)和第二等离子体喷射器(12)连接，脉冲变压器副边正端(6)和脉冲变压器副边中间位置抽头(13)间的副边绕组向第一等离子体喷射器(9)提供高压触发脉冲输出，脉冲变压器副边负端(7)和脉冲变压器副边中间位置抽头(13)间的副边绕组向第二等离子体喷射器(12)提供高压触发脉冲输出。
2.根据权利要求1所述的双路单间隙等离子体喷射装置，其特征在于，第一直流电源(1)与脉冲变压器原边(5)之间并联连接晶闸管(3)和续流二极管(2)构成放电回路，晶闸管(3)导通时，脉冲电容(4)经晶闸管(3)和脉冲变压器原边(5)放电，脉冲变压器的副边输出电压脉冲同步触发第一等离子体喷射器(9)和第二等离子体喷射器(12)。
3.根据权利要求1所述的双路单间隙等离子体喷射装置，其特征在于，脉冲电容(4)的容值为1～4μF。
...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨兰均，魏鹏，曹博，韩佳一，路志建，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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