一种电脉冲-电磁驱动混合式高电压大电流可控放电开关制造技术

本发明专利技术公开一种电脉冲

【技术实现步骤摘要】
一种电脉冲
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电磁驱动混合式高电压大电流可控放电开关


[0001]本专利技术涉及一种高电压大电流放电开关，特别涉及一种电脉冲
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电磁驱动混合式高电压大电流可控放电开关。

技术介绍

[0002]随着航空、国防等领域的飞速发展和应用需求，对高电压大电流脉冲技术也提出了越来越高的要求。开关技术一直以来都是高电压大电流脉冲技术绕不开的关键和核心器件，对脉冲功率技术、核聚变及激光能源等的技术进步起着至关重要的支撑和保障作用。
[0003]高通流容量的Crowbar开关在开关技术中难度最大，Crowbar开关需要工作在高耐受电压、低触发工作电压、宽工作范围的条件下，比如，耐受电压几十kV乃至百kV，而触发工作电压仅为几百V或几kV的场景。对于高通流容量放电开关，真空环境比高气压环境更具有优越性，其中的原因是在放电开关在大通流脉冲电弧工况下，大量的金属蒸汽将会产生极高的局部气压，对于气体开关，如果达到一定的极限将会引起放电开关的爆炸，但真空开关对周围环境的影响和破坏作用相对较小，安全系数较高。CN1767335A、CA 101051577A、CN 101478259A以及CA105119258等专利技术专利公开了基于真空环境的Crowbar放电开关及其在通信领域的直击雷电流试验、航空器或先进复合材料雷电直接效应试验场合中的应用。
[0004]相比于上述应用场合，电磁发射、激光能源应用场合对放电开关的电荷转移能力和通流容量要求更高，达到上百或几百库伦，在开关工作电压较高情况下，对应设计的放电开关间隙距离相应较大，这就导致在大通流容量情况下现有开关电极烧蚀非常严重，极大地制约了放电开关的使用寿命，在要求有较高频次的应用场合，放电开关的寿命问题成为高电压大电流脉冲源亟待解决的关键技术难题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术目的在于提供了一种电极距离可快速自动控制调整的高耐压、大通流容量、长使用寿命的电脉冲
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电磁驱动混合式高电压大电流可控放电开关
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种电脉冲
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电磁驱动混合式高电压大电流可控放电开关，包括开关电极单元、电脉冲触发控制单元和开关间隙距离电磁驱动单元；
[0008]所述开关电极单元包括高压电极、低压电极和触发电极，开关电极单元设置在绝缘外壳与其两端的上端法兰、下端法兰构成个的密闭壳体中；高压电极、低压电极分别通过上端法兰、下端法兰安装在绝缘外壳内并分别伸出法兰形成接线端子，低压电极为能够上下移动的活动电极，低压电极通过波纹管安装在下端法兰上，且低压电极底部通过穿过波纹管和下端法兰与设置在绝缘外壳外部的开关间隙距离电磁驱动单元连接，开关间隙距离电磁驱动单元用于驱动低压电极运动，调整开关电极单元的间隙距离；所述触发电极独立于高压电极和低压电极安装在二者一侧，触发电极从绝缘外壳一侧伸出形成接线端子；
[0009]所述电脉冲触发控制单元输出端分别接至触发电极和低压电极，作为可控放电开关的控制单元；
[0010]所述开关间隙距离电磁驱动单元包括通过导流杆与低压电极相固定连接的电磁驱动机构和电磁驱动源，电磁驱动源为电磁驱动机构提供驱动电流，通过电磁驱动机构驱动低压电极移动，并通过波纹管的状态改变调整可控放电开关高压电极和低压电极之间的间隙距离。
[0011]进一步，所述开关间隙距离电磁机构包括金属盘和电磁驱动盘；电磁驱动盘为绝缘盘，电磁驱动盘中开设有凹槽，且在凹槽中开设有用于镶嵌电流线圈的圆形或矩形螺旋槽，电流线圈镶嵌在电磁驱动盘且首端和末端分别与电磁驱动源的高压端和低压端相连接。
[0012]进一步，所述电流线圈的导线为外层包覆有绝缘材料；或者电流线圈为裸露的导线绕制而成且螺旋线圈上覆盖环氧绝缘。
[0013]进一步，所述电磁驱动盘采用环氧材料或者四氟乙烯材料制成。
[0014]进一步，所述电脉冲触发控制单元包括高压直流电源模块DC1、限流充电电阻R1、储能电容C1、可控放电开关G1和脉冲升压变压器T1、T2；
[0015]所述电磁驱动源包括高压直流电源模块DC2、限流充电电阻R2、储能电容C2和电磁驱动源放电开关G2；
[0016]脉冲升压变压器T1、T2原边与储能电容C1连接，脉冲升压变压器T1副边与触发电极和低压电极连接；脉冲升压变压器T2副边与电磁驱动源放电开关触发电极上和电磁驱动盘中的电流线圈连接。
[0017]进一步，所述密闭壳体内为高气压环境、低气压环境或者真空环境。
[0018]进一步，所述触发电极为盘状电极或围绕低压电极设置的环形电极，触发电极与低压电极之间采用绝缘介质进行隔离。
[0019]进一步，所述触发电极上围绕高压电极和低压电极设置有屏蔽罩。
[0020]本专利技术具有以下优点：
[0021]本专利技术一种电脉冲
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电磁驱动混合式高电压大电流可控放电开关，可控放电开关设计有电脉冲触发结构，并且其间隙距离在放电时可以在电磁驱动机构的作用下自动调整。通常状态下，可控放电开关具有较大的间隙距离，具有很高的耐受电压，不会在高电压大电流电源的充电过程中发生自击穿现象；而在接收到放电信号时，可控放电开关的电脉冲触发器工作，开关间隙距离电磁驱动机构将开关间隙距离快速转换为电接触闭合状态，可控放电开关迅速由高阻状态转换为低阻导通状态，开关的放电时延和抖动很小。
[0022]同时，可控放电开关在电磁驱动机构操纵下，间隙距离迅速变小直至电接触闭合，从而减少脉冲大电流电弧对可控放电开关的电极烧蚀，有效解决可控放电开关高耐压、大通流容量与长使用寿命相互制约的技术难题，显著提高了放电开关的使用寿命。该可控放电开关具有高耐压、高通流能力和长使用寿命等显著优点，可以应用于高功率或高电压大电流脉冲电源以及相似的应用场合。
[0023]本专利技术利用通电的螺旋线圈的感应电流使得与放电开关低压电极固定连接的金属盘与螺线线圈盘产生的斥力，驱动可控放电开关的低压电极与高压电极之间的间隙距离快速减少至电接触闭合，具有结构简单，驱动源控制方便的优点，从而降低脉冲放电电弧对
可控放电开关电极的烧蚀作用，大大延长可控放电开关的使用寿命，彻底解决了现有放电开关高耐压、高通流能力与长使用寿命相互制约的技术难题。
[0024]另外，本专利技术高压电极、低压电极和触发电极设置在密闭壳体中，放电瞬间开关的高压、低压电极处于电接触状态，在开关的密闭腔体中，仅有较少的金属蒸汽产生，这样，放电开关不仅可以在真空环境中安全使用，也提高了气体环境中的使用安全系数。本专利技术的高性能可控放电开关可以用于航空、国防、通信领域等应用场合的高电压大电流脉冲电源中。
附图说明
[0025]图1是本专利技术的结构组成框图；
[0026]图2是本专利技术开关电极单元的结构示意图；
[0027]图3是本专利技术的电脉冲触发控制单元电触发原理示意图；
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电脉冲
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电磁驱动混合式高电压大电流可控放电开关，其特征在于：包括开关电极单元(1)、电脉冲触发控制单元(2)和开关间隙距离电磁驱动单元(3)；所述开关电极单元(1)包括高压电极(HV1)、低压电极(LV1)和触发电极(TR)，开关电极单元(1)设置在绝缘外壳(4)与其两端的上端法兰(5)、下端法兰(6)构成个的密闭壳体中；高压电极(HV1)、低压电极(LV1)分别通过上端法兰(5)、下端法兰(6)安装在绝缘外壳(4)内并分别伸出法兰形成接线端子，低压电极(LV1)为能够上下移动的活动电极，低压电极(LV1)通过波纹管(7)安装在下端法兰(6)上，且低压电极(LV1)底部通过穿过波纹管(7)和下端法兰(6)与设置在绝缘外壳(4)外部的开关间隙距离电磁驱动单元(3)连接，开关间隙距离电磁驱动单元(3)用于驱动低压电极(LV1)运动，调整开关电极单元(1)的间隙距离；所述触发电极(TR)独立于高压电极(HV1)和低压电极(LV1)安装在二者一侧，触发电极(TR)从绝缘外壳(4)一侧伸出形成接线端子；所述电脉冲触发控制单元(2)输出端分别接至触发电极(TR)和低压电极(LV1)，作为可控放电开关的控制单元；所述开关间隙距离电磁驱动单元(3)包括通过导流杆与低压电极(LV1)相固定连接的电磁驱动机构(10)和电磁驱动源(11)，电磁驱动源(11)为电磁驱动机构(10)提供驱动电流，通过电磁驱动机构(10)驱动低压电极(LV1)移动，并通过波纹管(7)的状态改变调整可控放电开关高压电极(HV1)和低压电极(LV1)之间的间隙距离。2.如权利要求1所述的电脉冲
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电磁驱动混合式高电压大电流可控放电开关，其特征在于：所述开关间隙距离电磁机构(3)包括金属盘(QD81)和电磁驱动盘(QD82)；电磁驱动盘(QD82)为绝缘盘，电磁驱动盘(QD82)中开设有凹槽，且在凹槽中开设有用于镶嵌电流线圈(XQ8)的圆形或矩形螺旋槽，电流线圈(XQ8)镶嵌在电磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙晋茹，姚学玲，焦梓家，刘浩良，陈景亮，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：