[發(fā)明專利]真空環(huán)境下棒狀三電極高能脈沖放電開關

有效

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• 申請日: 2011-12-06
• 公開（公告）號: CN102522698A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設計）人: 黃忠德
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01T2/02
• 分類號: H01T2/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發(fā)明涉及一種高能放電開關，特別涉及一種用于脈沖功率技術、核聚變、高能激光及高電壓、大電流技術的真空環(huán)境下棒狀三電極高能脈沖放電開關。

背景技術

高能脈沖放電開關是脈沖功率技術、核聚變、高能激光及高能脈沖技術中常用的關鍵器件之一。隨著脈沖功率技術等強電磁脈沖技術的發(fā)展，高能脈沖發(fā)生裝置將發(fā)揮愈來愈大的作用，放電開關的電荷量轉移量及脈沖能量也在逐漸增加，在高電壓、大電流條件下，開關的擊穿現(xiàn)象和開關放電的物理過程十分復雜，開關電極的燒蝕直接影響到開關的放電特性和使用壽命。為此，具有高耐受電壓、放電時延和抖動小、等效電感量和電阻小、電極燒蝕少以及重復頻率高的開關器件，是當今電工學科研究的熱點和難點課題。

真空放電開關具有承受電壓高、傳導電流大、穩(wěn)定性高、等效電感和電阻小、工作電壓調整便利、結構簡單、造價低等諸多優(yōu)點，在高電壓、大電流以及脈沖功率技術中得到廣泛應用。真空開關在導通時，開關間隙間產(chǎn)生強烈的電弧，電弧溫度隨開關氣壓、電場強度、通流大小等的不同會達到幾千甚至上萬攝氏度，此高溫電弧對電極材料造成強烈的燒蝕作用，而燒蝕的程度也決定著開關工作的穩(wěn)定性和壽命。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供了一種真空環(huán)境下棒狀三電極高能脈沖放電開關，此開關具備極大的導通瞬態(tài)高能電流的能力，高的運行可靠性，且電極的燒蝕率低、使用壽命長。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：包括密閉真空絕緣外殼和設置在絕緣外殼內的左電極、右電極，在絕緣外殼上設置有用于安裝左、右電極的左、右導流桿，左、右電極通過左、右導流桿與外部相接，在左、右電極的放電間隙之間設置有觸發(fā)電極，且在左、右電極的上方設置有電弧吸收板。

所述的觸發(fā)電極為柱狀電極且垂于左、右電極，此觸發(fā)電極通過絕緣外殼與外部連接。

所述的左電極和右電極為平行放置。

所述的左、右電極相對的面為斜面且兩斜面之間的夾角小于45度角。

所述的左電極和右電極為圓棒狀、矩形結構的電極，或是圓棒狀與矩形結構的組合形式。

所述的電弧吸收板為金屬材料或耐燒蝕的絕緣材料。

所述的電弧吸收板的表面為平面狀或凹凸不平的結構。

本發(fā)明將左、右電極密閉在真空環(huán)境下，真空具有極高的絕緣水平，平行或仰角放置的棒狀電極具有弧后等離子體的快速擴散能力，使它具備極大的導通瞬態(tài)高能電流的能力，且密閉在真空環(huán)境中的開關穩(wěn)定性與可靠性高；脈沖電弧在洛倫磁力的作用下，迅速向電極外側移動，減少了對電極的燒蝕。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例1的電極結構示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例2的電極結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的結構原理和工作原理作進一步詳細說明。

實施例1，參見圖1、2，本發(fā)明包括密閉真空絕緣外殼6和設置在絕緣外殼6內的平行放置的左電極1、右電極2，左電極1和右電極2為圓棒狀、矩形結構的電極，或是圓棒狀與矩形結構的組合形式即矩形結構電極但邊角處倒圓角。在絕緣外殼6上設置有用于安裝左、右電極1、2的左、右導流桿4、5，左、右電極1、2通過左、右導流桿4、5與外部相接，所述的左電極1和右電極2中至少有一個為活動電極，在左、右電極1、2的放電間隙7之間設置有觸發(fā)電極3，該觸發(fā)電極3為柱狀電極且垂于左、右電極1、2，此觸發(fā)電極3通過絕緣外殼6與外部連接，且左電極1、右電極2與觸發(fā)電極3之間的距離以及觸發(fā)電極3插入到左電極1和右電極2之間的深度為可調式，且在左、右電極1、2的上方設置有金屬材料或耐燒蝕的絕緣材料制成的電弧吸收板8，且電弧吸收板8的表面為平面或凹凸不平的結構。

實施例2，參見圖1，3，本實施例左、右電極1、2相對的面為斜面且兩斜面之間的夾角9小于45度角。

本發(fā)明工作過程如下：參見1、2、3，本發(fā)明具有一個左電極1、一個右電極2和位于左電極1、右電極2之間的觸發(fā)電極3，當觸發(fā)電極3提供足夠量的觸發(fā)脈沖時，觸發(fā)電極3與左電極1之間形成場致發(fā)射，從而形成初始等離子體，隨著初始等離子體向放電間隙7的擴散，使左電極1和右電極2之間的電場發(fā)生畸變，直接引發(fā)左電極1與右電極2之間的擊穿放電。由于本發(fā)明的電極左右放置，脈沖電弧在自建磁場的洛倫磁力的作用下沿電極表面向上或向電極前方移動，特別是當左電極1和右電極2之間呈一定角度9(小于45°角)時，更加有利于脈沖電弧沿電極表面一方面在自建磁場羅倫磁力的作用下向上或向電極前方移動，這樣脈沖電弧對電極局部的燒蝕作用減弱，使得棒狀三電極真空放電開關具有等強的導通電流的能力和長的使用壽命，同時當電弧運動發(fā)展到電弧吸收板8時，電弧冷卻并很快吸收，電弧吸收板8的表面可以是平面狀，也可以在表面開有許多凹凸不平的槽。