專利名稱：一種間隙可調(diào)的球面電極火花隙開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種間隙可調(diào)的球面電極火花隙開關(guān)，用于脈沖功率電源，空氣擊穿特性研究等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
脈沖功率技術(shù)是對(duì)能量在時(shí)間和空間上進(jìn)行壓縮，然后在較短的時(shí)間內(nèi)以較高的功率釋放能量到特定負(fù)載上的技術(shù)。脈沖功率電源是脈沖功率系統(tǒng)中的關(guān)鍵裝置，其作用是在較短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生高壓高瞬時(shí)功率的脈沖，用以驅(qū)動(dòng)特定負(fù)載，它一般主要由三部分構(gòu)成儲(chǔ)能裝置、高壓開關(guān)和負(fù)載，其中高壓開關(guān)是高壓脈沖電源的核心部件，高壓開關(guān)的性能直接決定著電源整體的性能。
目前，由于脈沖功率電源在工業(yè)可以科研領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，例如廢水處理、廢氣處理、殺菌消毒、聞能粒子束廣生、等尚子體廣生等，對(duì)聞壓開關(guān)的性能也提出了一些基本要求，即，I)脈沖上升沿陡；2)高電壓，大電流，高功率；3)開關(guān)的工作參數(shù)方便易調(diào)整；4) 工作壽命長(zhǎng)。傳統(tǒng)開關(guān)如晶閘管、IGBT、M0SFT等雖然工作壽命長(zhǎng)，重復(fù)頻率高，但是開斷電壓和電流不能太大，開斷功率小，開斷高電壓大電流所用時(shí)間較長(zhǎng)，價(jià)格昂貴，并且需要有復(fù)雜的控制和保護(hù)電路，因而限制了其在高壓脈沖電源技術(shù)中的應(yīng)用。火花隙開關(guān)由于其具有開斷電壓高、電流大、開關(guān)時(shí)間短、成本低、控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)而在高壓脈沖電源技術(shù)中得到了廣泛應(yīng)用?；鸹ㄏ堕_關(guān)由陽(yáng)極、陰極和觸發(fā)極組成，當(dāng)觸發(fā)極施加一定電壓值的快上升沿觸發(fā)脈沖時(shí)，空氣間隙擊穿而導(dǎo)通。
火花隙開關(guān)具有過(guò)流能力強(qiáng)，工作參數(shù)易調(diào)整，觸發(fā)電路簡(jiǎn)易，工作可靠，壽命較長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，但是也存在工作頻率較低(導(dǎo)通后氣隙需要恢復(fù)時(shí)間)，體積較大，絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點(diǎn)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種放電間隙可調(diào)的火花隙開關(guān)，解決目前火花隙開關(guān)存在的一些問(wèn)題，如開關(guān)的工作參數(shù)不易調(diào)整，壽命短等。提供一種用于脈沖功率系統(tǒng)中的開關(guān)能力強(qiáng)，適用范圍廣的火花隙開關(guān)。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的本放電間隙可調(diào)的火花隙開關(guān)包括開關(guān)外殼、開關(guān)外殼側(cè)擋、陽(yáng)極支撐、陽(yáng)極、陰極和陽(yáng)極接線端。
開關(guān)外殼為圓筒狀，開關(guān)外殼側(cè)擋與開關(guān)外殼通過(guò)粘接方式結(jié)合；陽(yáng)極支撐通過(guò)螺絲與開關(guān)外殼側(cè)擋固定，并通過(guò)其中心通孔上的螺紋與陽(yáng)極的螺柱結(jié)合，起到支持陽(yáng)極和調(diào)整陽(yáng)極位置的作用；陽(yáng)極接線端通過(guò)兩個(gè)螺母固定導(dǎo)線；陽(yáng)極位于開關(guān)筒體內(nèi)部的一端為放電的球面部分，另一端為螺柱；螺柱在支撐陽(yáng)極的同時(shí)還起到陽(yáng)極接線的任務(wù)。
陰極是固定的，陰極和其支撐為一體，并且不需要螺柱；陰極中心部分放置觸發(fā)電極或不放置觸發(fā)電極；陰極接線直接通過(guò)其支撐體接入；如果陰極中心部分放置觸發(fā)電極，則觸發(fā)電極經(jīng)過(guò)觸發(fā)電極護(hù)套保護(hù)后放置于陰極內(nèi)部，觸發(fā)電極的引線通過(guò)觸發(fā)電極接線端和滾花平頭螺釘引入；觸發(fā)電極護(hù)套起到絕緣和支撐觸發(fā)電極的作用。
本發(fā)明的有益效果I)開關(guān)的放電氣隙可調(diào)，可以靈活地根據(jù)開關(guān)放電電壓的要求改變放電氣隙，使得開關(guān)工作的范圍更廣。同時(shí)，由于開關(guān)工作的環(huán)境(如氣壓、溫度、濕度等)改變，會(huì)導(dǎo)致開關(guān)工作特性發(fā)生改變，此時(shí)可以通過(guò)調(diào)整放電間隙適應(yīng)環(huán)境的變化。
2)開關(guān)的陰極和陽(yáng)極的放電面都采用球面結(jié)構(gòu)，可以保證陰極和陽(yáng)極上的放電面更為均勻，減小陰極和陽(yáng)極軸線相對(duì)位置的差異對(duì)放電面的影響。另外，陰極和陽(yáng)極采用大直徑的球面結(jié)構(gòu)，能夠使得放電時(shí)空氣擊穿的通道更大，降低開關(guān)的導(dǎo)通電阻。
3)觸發(fā)電極的放電部位為圓錐形狀，能夠降低觸發(fā)難度。觸發(fā)電極位于陰極外部的表面呈波紋狀，用以提高絕緣距離，防止陰極與觸發(fā)電極間的沿面放電。
4)該結(jié)構(gòu)的火花隙開關(guān)拆卸維修方便，提高了開關(guān)的實(shí)用性。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例I的火花隙開關(guān)構(gòu)造圖。圖中標(biāo)記1_開關(guān)外殼；2_開關(guān)外殼側(cè)擋；3_陽(yáng)極支撐；4-陽(yáng)極；5-陰極；6-觸發(fā)電極護(hù)套；7_觸發(fā)電極；8_陽(yáng)極接線端；9_觸發(fā)電極的接線端；10_滾花平頭螺釘。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例I陰極側(cè)視圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例I陰極剖面圖。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例I觸發(fā)電極護(hù)套剖面圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例I :用于脈沖功率系統(tǒng)的間隙可調(diào)主控開關(guān)(適用于工作電壓在10 50 kV之間，過(guò)流能力要求高的場(chǎng)合)。見圖1，該開關(guān)包括開關(guān)外殼I、開關(guān)外殼側(cè)擋2、陽(yáng)極支撐3、陽(yáng)極4、陰極5、觸發(fā)電極護(hù)套6、觸發(fā)電極7、陽(yáng)極接線端8、觸發(fā)電極的接線端9和滾花平頭螺釘10。
開關(guān)外殼I為圓筒狀有機(jī)玻璃材料，方便觀測(cè)開關(guān)內(nèi)部情況，筒體的厚度應(yīng)>10cm以保證足夠的強(qiáng)度，筒體的長(zhǎng)度應(yīng)大于陽(yáng)極4和陰極5位于筒體內(nèi)部的長(zhǎng)度 +50kV/30kV · cm-1 (最高工作電壓下要保證的氣隙長(zhǎng)度)；開關(guān)外殼側(cè)擋2同樣為有機(jī)玻璃材質(zhì)，其直徑為開關(guān)外殼I外徑的I. 5倍；開關(guān)外殼側(cè)擋2與開關(guān)外殼I通過(guò)粘接方式結(jié)八口 ο
陽(yáng)極支撐3和陽(yáng)極4，陰極5 —樣為黃銅材質(zhì)，性能穩(wěn)定，電導(dǎo)率高；陽(yáng)極支撐3通過(guò)螺絲與開關(guān)外殼側(cè)擋2固定，并通過(guò)其中心通孔上的螺紋與陽(yáng)極4的螺柱結(jié)合，起到支持陽(yáng)極4和調(diào)整陽(yáng)極4位置的作用；陽(yáng)極接線端8通過(guò)兩個(gè)M8螺母固定導(dǎo)線。
陽(yáng)極4位于開關(guān)筒體內(nèi)部的一端為放電的球面部分，另一端為螺柱；球面部分的直徑>20cm的球面，螺柱在支撐陽(yáng)極的同時(shí)還起到陽(yáng)極接線的任務(wù)。
由于陰極5是固定的，所以陰極5和其支撐為一體，并且不需要螺柱；陰極5中心部分為通孔，用以放置觸發(fā)電極7 ;陰極接線直接通過(guò)其支撐體接入。
觸發(fā)電極7經(jīng)過(guò)觸發(fā)電極護(hù)套6保護(hù)后放置于陰極5內(nèi)部，觸發(fā)電極7的引線通過(guò)觸發(fā)電極接線端9和滾花平頭螺釘10引入。觸發(fā)電極護(hù)套6起到絕緣和支撐觸發(fā)電極 7的作用。
放置觸發(fā)電極7時(shí)應(yīng)保持觸發(fā)電極7的圓錐尖端與陰極5的放電球面齊平，以保證良好的觸發(fā)，并且防止誤觸發(fā)。
正常工作時(shí)，電路正極連接本開關(guān)的陽(yáng)極4，電路的地連接本開關(guān)的陰極5，高壓脈沖觸發(fā)信號(hào)連接本開關(guān)的觸發(fā)電極7。調(diào)節(jié)陽(yáng)極4和陰極5之間的空氣間隙，稍大于工作電壓的空氣絕緣間距，防止開關(guān)自擊穿。正常工作時(shí)，陽(yáng)極4和陰極5之間施加額定工作電壓，在觸發(fā)電極7上施加相同電壓等級(jí)的觸發(fā)脈沖信號(hào)，首先在陰極5和觸發(fā)電極7之間電場(chǎng)畸變，引起放電現(xiàn)象，進(jìn)而陽(yáng)極4和陰極5之間的空氣間隙擊穿，開關(guān)導(dǎo)通。
實(shí)施例2 用于脈沖功率系統(tǒng)的自擊穿火花隙開關(guān)(適用于工作電壓在10 50 kV之間，過(guò)流能力要求高的場(chǎng)合)。本實(shí)施例不需要觸發(fā)電極7及其附件，陰極5因不需要放置觸發(fā)電極， 中心為實(shí)心結(jié)構(gòu)。其余部件連接方式均與實(shí)施例I相同。
本實(shí)施例中，上述部件按照實(shí)施例I所述的方式連接完成后，電路正極連接本開關(guān)的陽(yáng)極4，電路的地連接本開關(guān)的陰極5，調(diào)節(jié)陽(yáng)極4和陰極5之間的空氣間隙，使之稍大于工作電壓的空氣絕緣間距(考慮到常態(tài)下氣體的擊穿電壓稍低于30kV/cm)。電路工作時(shí)， 施加于陽(yáng)極4和陰極5之間電壓大于氣隙耐壓，氣隙擊穿，開關(guān)導(dǎo)通。
可通過(guò)調(diào)節(jié)陽(yáng)極4的位置，調(diào)整此自擊穿火花隙開關(guān)的額定工作電壓。
權(quán)利要求
1.一種間隙可調(diào)的球面電極火花隙開關(guān)，包括開關(guān)外殼(I)、開關(guān)外殼側(cè)擋(2)、陽(yáng)極支撐(3)、陽(yáng)極(4)、陰極(5)和陽(yáng)極接線端(8)，其特征在于開關(guān)外殼(I)為圓筒狀，開關(guān)外殼側(cè)擋(2)與開關(guān)外殼(I)通過(guò)粘接方式結(jié)合；陽(yáng)極支撐(3)通過(guò)螺絲與開關(guān)外殼側(cè)擋(2)固定，并通過(guò)其中心通孔上的螺紋與陽(yáng)極(4)的螺柱結(jié)合，起到支持陽(yáng)極(4)和調(diào)整陽(yáng)極(4)位置的作用；陽(yáng)極接線端(8)通過(guò)兩個(gè)螺母固定導(dǎo)線；陽(yáng)極(4)位于開關(guān)外殼(I)內(nèi)部的一端為放電的球面部分，另一端為螺柱；螺柱在支撐陽(yáng)極(4)的同時(shí)還起到陽(yáng)極接線的任務(wù)； 陰極(5)是固定的，陰極(5)和其支撐為一體；陰極(5)中心部分放置觸發(fā)電極(7)或不放置觸發(fā)電極(7);陰極接線直接通過(guò)其支撐體接入；如果陰極(5)中心部分放置觸發(fā)電極(7)，則觸發(fā)電極(7)經(jīng)過(guò)觸發(fā)電極護(hù)套(6)絕緣與保護(hù)后放置于陰極(5)內(nèi)部，觸發(fā)電極(7)的引線通過(guò)觸發(fā)電極接線端(9)和滾花平頭螺釘(10)引入；觸發(fā)電極護(hù)套(6)起到絕緣和支撐觸發(fā)電極(7)的作用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種間隙可調(diào)的球面電極火花隙開關(guān)。開關(guān)外殼為圓筒狀，開關(guān)外殼側(cè)擋與開關(guān)外殼通過(guò)粘接方式結(jié)合；陽(yáng)極支撐通過(guò)螺絲與開關(guān)外殼側(cè)擋固定，并通過(guò)其中心通孔上的螺紋與陽(yáng)極的螺柱結(jié)合；陽(yáng)極接線端通過(guò)兩個(gè)螺母固定導(dǎo)線；陽(yáng)極位于開關(guān)筒體內(nèi)部的一端為放電的球面部分，另一端為螺柱；螺柱在支撐陽(yáng)極的同時(shí)還起到陽(yáng)極接線的任務(wù)。陰極和其支撐為一體；陰極中心部分放置觸發(fā)電極或不放置觸發(fā)電極；如果陰極中心部分放置觸發(fā)電極，則觸發(fā)電極經(jīng)過(guò)觸發(fā)電極護(hù)套保護(hù)后放置于陰極內(nèi)部，觸發(fā)電極的引線通過(guò)觸發(fā)電極接線端和滾花平頭螺釘引入。本發(fā)明放電氣隙長(zhǎng)度可調(diào)，可以靈活地根據(jù)開關(guān)放電電壓的要求改變放電氣隙長(zhǎng)度，使得開關(guān)工作的范圍更廣。
文檔編號(hào)H01T2/02GK102983501SQ20131000014
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2013年1月2日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月2日
發(fā)明者楊家志, 蔣存波, 范興明 申請(qǐng)人:桂林理工大學(xué)