[發明專利]旋轉電弧脈沖功率開關

無效

• 申請號: 200710052431.2
• 申請日: 2007-06-08
• 公開（公告）號: CN101106036A
• 公開（公告）日: 2008-01-16
• 發明（設計）人: 潘垣;郭銳;何孟兵;王清玲;何俊佳
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01H33/70
• 分類號: H01H33/70;H01H33/18
• 代理公司: 華中科技大學專利中心
• 代理人: 方放

技術領域

本發明屬于一種大電流脈沖功率閉合開關，特別涉及一種軸向磁場控制的旋轉電弧脈沖功率開關。

背景技術

在脈沖功率系統中，開關元件具有舉足輕重的作用，這是因為開關元件的參數和特性對脈沖的上升時間、幅值等產生最直接、最敏感的影響。脈沖功率開關一般在高電壓、大電流下工作，條件十分惡劣，開關中的擊穿現象和開關電極上的放電物理過程十分復雜，開關電極材料在擊穿時的燒蝕將會直接影響到開關的性能和壽命。為此，具有耐受高電壓強電流、擊穿時延短而分散性小、電感和電阻小、電極燒蝕輕微以及能高重復頻率工作的各種開關元件的研制，是當前脈沖功率技術中十分重要的研究課題。

目前高功率脈沖大電流閉合開關主要有觸發真空開關TVS(TriggeredVacuum?Switch)、贗火花開關PSS(Pseudo-spark?Switch)、兩電極和三電極的氣體火花開關、大功率超高速半導體開關等。Rim?G?H和Cho?C?H提出了一種橫向磁場控制的旋轉電弧開關，見《Design?and?testing?of?a?rotaryarc?gap-switch?for?pulsed?power》，IEEE?Transactions?on?Plasma?Science，2000，28(5)：1491-1496，如圖1所示，該旋轉電弧開關包括兩個被絕緣體支撐、上下放置的環形電極，每個電極中有一個缺口，這些缺口彼此錯開180°放置，電極的聯接電線接線端也被彼此錯開180度放置，缺口是為了使電弧可以在電極之間持續的作旋轉運動。開關導通后，放電電流感應產生磁場，電極間隙中的電弧在磁場的洛侖茲力的驅動下，會沿環形電極移動。這種旋轉電弧開關雖然可以實現電弧的旋轉，但是由于驅動電弧旋轉的磁場較弱，導致電弧運動的速度不快，沒有很好的起到減小電極燒蝕的作用，而且此開關不能工作在大電流情況下，因此，有必要對這種開關進行改進。

發明內容

本發明提出一種旋轉電弧脈沖功率開關，目的在于使得電弧在軸向磁場的控制下高速旋轉，減小電極燒蝕，延長開關壽命，以適于大電流工作。

本發明的旋轉電弧脈沖功率開關，包括內電極、外電極，上、下線圈和上、下蓋板，其特征在于：所述兩個電極分別為內電極和外電極，內電極為橫截面王字形的圓柱體；外電極為兩個半圓盤，套于內電極之外構成同軸圓柱結構；內電極的上下兩端分別與上、下線圈機械及電氣相連；所述上、下線圈的繞向保證電流流過線圈時，電流的旋轉方向相同；所述上、下蓋板分別通過絕緣材料將內、外電極以及上、下線圈固定。

所述的旋轉電弧脈沖功率開關，其特征在于：所述內、外電極相對面的邊緣均進行倒角處理；構成所述外電極的兩個半圓盤之間距離為1～2mm；所述上、下線圈由紫銅帶材繞制，分別為3～7匝。

本發明的開關觸發導通后，傳導電流分別由上、下兩組線圈引入，經過內電極、電弧和外電極傳出；傳導電流流過上、下線圈時，上、下線圈在開關電極中產生軸向控制磁場，驅動電弧在內、外電極表面高速旋轉，從而減小開關電極的燒蝕，延長開關的壽命。

本發明為氣體開關，工作氣體為一個大氣壓的空氣，無須對開關進行特殊的密封；內電極和外電極為同軸圓柱結構，電極間電場分布均勻，且倒角部分的電場小于未倒角的中間平板部分；電流流過內電極時分流，使得電弧在流過電極的電流的作用下受力平衡；外電極的兩個半圓盤之間間隔一段距離，防止產生渦流；上、下線圈產生的合成磁場為軸向，且磁場較強，磁場位形為磁鏡結構；電弧在軸向磁場的作用下繞著電極作高速運動，電極燒蝕輕微，可以在大電流情況下工作且壽命較普通氣體火花開關長。

附圖說明

圖1為傳統的橫向磁場控制的旋轉電弧開關；

圖2為本發明的開關結構示意圖；

圖3a為本發明內電極示意圖；

圖3b為本發明外電極示意圖；

圖4a為本發明上線圈示意圖；

圖4b為本發明下線圈示意圖。

圖中標記：上蓋板1，上線圈絕緣板2，上線圈3，上密封筒4，外電極5，輸出端子6，內電極7，下密封筒8，下線圈絕緣板9，下線圈10，下蓋板11，輸入端子12。

具體實施方式