[實(shí)用新型]一種激光觸發(fā)多級真空開關(guān)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201721638537.6
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN207475522U
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 廖敏夫;陳占清;段雄英;黃智慧;張豪;劉旭
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: H03K17/54
• 分類號: H03K17/54
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠(yuǎn)

本實(shí)用新型屬于高壓大功率脈沖功率開關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種激光觸發(fā)多級真空開關(guān)。一種激光觸發(fā)多級真空開關(guān)，包括激光觸發(fā)真空間隙、多級自擊穿真空間隙和觸發(fā)系統(tǒng)；多級自擊穿真空間隙通過緊固連接件固定在激光觸發(fā)真空間隙的上端，均壓環(huán)套裝于上絕緣外殼外部；本實(shí)用新型采用激光觸發(fā)真空間隙和多級自擊穿真空間隙串聯(lián)技術(shù)，二者相互配合實(shí)現(xiàn)激光觸發(fā)多級真空開關(guān)在高壓、高重頻、大功率脈沖功率系統(tǒng)中的應(yīng)用；采用多路激光同時轟擊觸發(fā)靶材，增大激光對靶材的作用面積，產(chǎn)生更多初始等離子體，進(jìn)一步提升激光觸發(fā)真空開關(guān)的導(dǎo)通性能，采用激光觸發(fā)多級真空開關(guān)，避免長期維護(hù)所需的復(fù)雜工藝和高額成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于高壓大功率脈沖功率開關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種激光觸發(fā)多級真空開關(guān)。

背景技術(shù)

隨著我國大功率、高重頻脈沖功率技術(shù)研究的不斷進(jìn)步及脈沖功率系統(tǒng)容量的不斷增長，脈沖功率系統(tǒng)對其開關(guān)器件的導(dǎo)通時延、通流容量、高頻開斷、使用壽命等關(guān)鍵工作特性提出了更高要求。目前應(yīng)用較為廣泛的脈沖功率開關(guān)器件主要有氣體觸發(fā)開關(guān)和真空觸發(fā)開關(guān)兩種；根據(jù)開關(guān)觸發(fā)方式不同，又可分為電脈沖觸發(fā)和激光觸發(fā)兩種類型。其中，電脈沖觸發(fā)開關(guān)是在主電極間隙設(shè)置觸發(fā)電極，利用高壓脈沖放電產(chǎn)生初始等離子體使間隙導(dǎo)通。電脈沖觸發(fā)開關(guān)維持良好觸發(fā)特性的前提是保持相對較高的欠壓比并提供一定觸發(fā)能量，這對其工作環(huán)境和觸發(fā)系統(tǒng)提出了較高要求。電脈沖觸發(fā)開關(guān)導(dǎo)通后電弧對觸發(fā)極及觸發(fā)極涂覆材料燒蝕較為嚴(yán)重，影響電脈沖觸發(fā)開關(guān)的導(dǎo)通性能和使用壽命。激光觸發(fā)開關(guān)以激光作為觸發(fā)源，將觸發(fā)系統(tǒng)與主電極間隙電氣隔離，利用高能激光脈沖轟擊靶電極產(chǎn)生初始等離子體導(dǎo)通主間隙。相較于電脈沖觸發(fā)方式，激光觸發(fā)開關(guān)具有導(dǎo)通延時短、觸發(fā)精度高、控制便捷、可重復(fù)觸發(fā)等優(yōu)勢，同時避免電弧燒蝕對觸發(fā)極工作壽命的影響。因此在大功率、高重頻脈沖功率系統(tǒng)中多采用激光觸發(fā)的方式。

激光觸發(fā)氣體開關(guān)多采用SF6氣體等絕緣性能良好的電負(fù)性氣體作為開關(guān)的絕緣和滅弧介質(zhì)，其導(dǎo)通延時可達(dá)數(shù)十納秒。為滿足高壓、大功率脈沖功率系統(tǒng)對高性能開關(guān)器件的需求，有學(xué)者提出將激光觸發(fā)氣體間隙與多級過壓自擊穿氣體間隙串聯(lián)組成MV級激光觸發(fā)多級多通道的氣體開關(guān)，以SF6/N2的混合氣體為開關(guān)絕緣和滅弧介質(zhì)，其導(dǎo)通瞬時功率可達(dá)T瓦級，導(dǎo)通延時為10納秒左右。但受SF6氣體自身電氣特性限制，激光觸發(fā)氣體開關(guān)的重頻工作特性較差；且電弧放電會使開關(guān)內(nèi)SF6氣體大量分解，影響多級觸發(fā)氣體開關(guān)的工作穩(wěn)定性，需要定期更換氣體以維持開關(guān)工作性能，后期維護(hù)成本較高。

激光觸發(fā)真空開關(guān)以真空為主電極間絕緣和滅弧介質(zhì)，具有通流能力強(qiáng)、可靠性高、重頻特性好、免維護(hù)等優(yōu)勢，相同條件下可獲得優(yōu)于激光觸發(fā)氣體開關(guān)的導(dǎo)通特性。目前國內(nèi)外針對大功率激光觸發(fā)開關(guān)器件的研究基本都集中在激光觸發(fā)氣體開關(guān)方面，高壓、大功率激光觸發(fā)真空開關(guān)的研究未見報道。這是由于真空間隙的耐壓水平與其間隙距離間存在非線性增長關(guān)系，限制了激光觸發(fā)真空開關(guān)的應(yīng)用電壓等級?；诙鄶嗫谡婵諗嗦菲骷夹g(shù)和激光觸發(fā)多級氣體開關(guān)技術(shù)相關(guān)研究，若將激光觸發(fā)真空間隙與多級過壓自擊穿真空間隙串聯(lián)組成激光觸發(fā)多級真空開關(guān)；設(shè)置合理的間隙距離、設(shè)計各部分電極結(jié)構(gòu)和激光光路，以滿足脈沖功率系統(tǒng)對開關(guān)電壓等級和導(dǎo)通性能的需求；充分利用激光觸發(fā)真空開關(guān)的導(dǎo)通優(yōu)勢與真空短間隙的滅弧和絕緣特點(diǎn)，大幅提升開關(guān)的重頻開斷能力，同時有效降低后期維護(hù)成本。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種基于激光觸發(fā)真空間隙與自擊穿真空間隙串聯(lián)的高壓、大功率激光觸發(fā)多級真空開關(guān)；設(shè)計激光觸發(fā)系統(tǒng)，產(chǎn)生多路能量相等的平行激光同時轟擊多個靶電極中觸發(fā)靶材，提升激光觸發(fā)真空間隙的導(dǎo)通特性，與多級過壓自擊穿真空間隙相配合，使激光觸發(fā)多級真空開關(guān)獲得更佳的導(dǎo)通性能；通過調(diào)控多級自擊穿真空間隙內(nèi)電極結(jié)構(gòu)，利用間隙間磁場的協(xié)同作用提升激光觸發(fā)多級真空開關(guān)的重頻開斷能力。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案：

一種激光觸發(fā)多級真空開關(guān)，包括激光觸發(fā)真空間隙、多級自擊穿真空間隙和觸發(fā)系統(tǒng)；