[發(fā)明專利]一種兩電極氣體火花開關(guān)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010128326.4
• 申請日: 2010-03-22
• 公開（公告）號: CN101783480A
• 公開（公告）日: 2010-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李黎;林福昌;何孟兵;戴玲;李化;王燕;張欽
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: H01T2/02
• 分類號: H01T2/02;H01T1/24
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高電壓電工電器技術(shù)和脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有 大電流高轉(zhuǎn)移電荷量的兩電極氣體火花開關(guān)。

背景技術(shù)

脈沖功率技術(shù)是指將較長時(shí)間內(nèi)存儲起來的具有較高密度的能量，進(jìn) 行快速壓縮、轉(zhuǎn)換或直接以很短的時(shí)間釋放能量給負(fù)載的電物理技術(shù)。它 作為最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)以及產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)科技正在急速向前發(fā)展，廣泛應(yīng)用 于等離子體物理與受控核聚變的研究、核爆炸模擬、閃光X射線照相、高 功率激光、大功率微波、電磁脈沖、電磁發(fā)射、粒子束武器等方面，同時(shí) 在環(huán)境、生物醫(yī)學(xué)、新材料、精密加工、食品加工等領(lǐng)域也有一定的應(yīng)用。 脈沖功率技術(shù)及其應(yīng)用技術(shù)中的大多數(shù)涉及到高電壓、大電流及高速脈沖 放電方面的應(yīng)用。

開關(guān)器件在脈沖功率系統(tǒng)中占有特殊的地位，這是因?yàn)殚_關(guān)器件的參 數(shù)和特性對脈沖的上升時(shí)間、幅值等產(chǎn)生最直接、最敏感的影響。對脈沖 功率裝置而言，說它的性能由使用的開關(guān)的特性決定完全不過分。將儲能 傳輸給負(fù)載的能力的任何進(jìn)展，都是以成功地設(shè)計(jì)和研制各種各樣的脈沖 大電流開關(guān)為前提的。在脈沖功率系統(tǒng)中，脈沖功率開關(guān)在高電壓、大電 流下工作，條件十分惡劣，開關(guān)中的擊穿現(xiàn)象和開關(guān)電極上的放電物理過 程十分復(fù)雜，開關(guān)電極材料在擊穿時(shí)的燒蝕將會直接影響到開關(guān)的性能和 壽命。為此，具有耐受高電壓強(qiáng)電流、擊穿時(shí)延短而分散性小、電感和電 阻小、電極燒蝕少以及能高重復(fù)頻率工作的各種開關(guān)器件的研制，是脈沖 功率技術(shù)中十分重要的課題。

脈沖功率閉合開關(guān)的種類很多，主要有以下幾種：閘流管、火花氣體 開關(guān)、激光觸發(fā)開關(guān)、真空開關(guān)、等離子體斷路開關(guān)、熔絲、金屬箔熔片、 固體介質(zhì)放電開關(guān)、液體介質(zhì)放電開關(guān)、動態(tài)等離子體開關(guān)、金屬蒸汽開 關(guān)、固態(tài)開關(guān)、贗火花開關(guān)、磁開關(guān)、光導(dǎo)半導(dǎo)體開關(guān)、表面放電開關(guān)等。 其中，火花氣體開關(guān)（Spark?Gap?Switch）具有響應(yīng)快、損耗小、承受電壓 高、傳導(dǎo)電流大、穩(wěn)定性高、電感和抖動低、工作電壓調(diào)節(jié)方便、結(jié)構(gòu)簡 單堅(jiān)固、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，因此在高電壓電工技術(shù)領(lǐng)域和脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域 中得到了廣泛的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對脈沖功率系統(tǒng)中大電流閉合開關(guān)的應(yīng)用需求，提 供一種兩電極氣體火花開關(guān)，該氣體火花開關(guān)具有大電流、高轉(zhuǎn)移電荷量 的特點(diǎn)。

本發(fā)明提供的兩電極氣體火花開關(guān)，其結(jié)構(gòu)特征在于：開關(guān)外殼由上 底座、底座套筒和下底座共同構(gòu)成密封的圓筒狀，下底座的側(cè)面設(shè)有兩個(gè) 氣嘴；

上底座和下底座為軸向?qū)ΨQ形式的整體件，下底座為圓筒狀，下石墨 電極通過下電極套筒固定在下底座的支座上，下電極套筒與下底座之間通 過連接件連接；上石墨電極通過上電極套筒固定在上底座的支座上，上底 座的支座的長度大于下底座的支座的長度，上石墨電極部分伸入至下底座 的圓筒內(nèi)，且上、下石墨電極之間留有間隙；

底座套筒采用環(huán)氧樹脂材料制作，石墨電極使用各向同性的石墨，其 肖氏硬度大于70，純度大于95％；上底座和下底座均用金屬材料制成；

上、下底座上均帶有法蘭盤，絕緣拉桿和螺母通過法蘭盤將上底座、 環(huán)氧絕緣套筒和下底座連接且壓緊密封；所述連接件由依次疊放的緊固套、 密封墊圈、O型圈、平墊圈、彈簧墊圈和螺釘構(gòu)成；

上石墨電極與上底座之間、下石墨電極與下底座之間均放置有0.3～0.5 毫米厚的銅墊片。

本發(fā)明針對脈沖功率系統(tǒng)中大電流閉合開關(guān)的應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)出一種 具有數(shù)百kA以上峰值通流能力，單次開通電荷轉(zhuǎn)移量可在100庫侖以上的 兩電極火花氣體開關(guān)。該兩電極氣體火花開關(guān)具有工作性能穩(wěn)定，通流能 力強(qiáng)，壽命長的優(yōu)點(diǎn)。以本發(fā)明所給出的兩電極氣體開關(guān)的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行 合理的尺寸設(shè)計(jì)，制造出的氣體開關(guān)可以滿足各種直流電壓等級下以脈沖 放電形式為主的大功率能源系統(tǒng)的開關(guān)快速開通需求，可以實(shí)現(xiàn)各種能量 等級的電荷儲能的微秒級快速釋放。

附圖說明

圖1為開關(guān)整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為開關(guān)整體45度視角俯視外觀圖，其中（a）為上45度視角俯視、 (b)為下45度視角俯視；

圖3為開關(guān)下底座45度視角俯視外觀圖，其中(a)為上45度視角俯視、 (b)圖為下45度視角俯視；

圖4為上底座45度視角俯視外觀圖；

圖5為開關(guān)下底座的垂直剖切面圖；

圖6為上底座的垂直剖切面圖；