專利名稱：一種間隙可調的球面電極火花隙開關的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種間隙可調的球面電極火花隙開關，用于脈沖功率電源，空氣擊穿特性研究等領域。
背景技術：
脈沖功率技術是對能量在時間和空間上進行壓縮，然后在較短的時間內以較高的功率釋放能量到特定負載上的技術。脈沖功率電源是脈沖功率系統(tǒng)中的關鍵裝置，其作用是在較短時間內產生高壓高瞬時功率的脈沖，用以驅動特定負載，它一般主要由三部分構成儲能裝置、高壓開關和負載，其中高壓開關是高壓脈沖電源的核心部件，高壓開關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)可以科研領域的廣泛應用，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，對聞壓開關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)開關的工作參數(shù)方便易調整；4) 工作壽命長。傳統(tǒng)開關如晶閘管、IGBT、M0SFT等雖然工作壽命長，重復頻率高，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間較長，價格昂貴，并且需要有復雜的控制和保護電路，因而限制了其在高壓脈沖電源技術中的應用?；鸹ㄏ堕_關由于其具有開斷電壓高、電流大、開關時間短、成本低、控制簡單等優(yōu)點而在高壓脈沖電源技術中得到了廣泛應用?；鸹ㄏ堕_關由陽極、陰極和觸發(fā)極組成，當觸發(fā)極施加一定電壓值的快上升沿觸發(fā)脈沖時，空氣間隙擊穿而導通。
火花隙開關具有過流能力強，工作參數(shù)易調整，觸發(fā)電路簡易，工作可靠，壽命較長的優(yōu)點，但是也存在工作頻率較低(導通后氣隙需要恢復時間)，體積較大，絕緣結構復雜等缺點。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種放電間隙可調的火花隙開關，解決目前火花隙開關存在的一些問題，如開關的工作參數(shù)不易調整，壽命短等。提供一種用于脈沖功率系統(tǒng)中的開關能力強，適用范圍廣的火花隙開關。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的本放電間隙可調的火花隙開關包括開關外殼、開關外殼側擋、陽極支撐、陽極、陰極和陽極接線端。
開關外殼為圓筒狀，開關外殼側擋與開關外殼通過粘接方式結合；陽極支撐通過螺絲與開關外殼側擋固定，并通過其中心通孔上的螺紋與陽極的螺柱結合，起到支持陽極和調整陽極位置的作用；陽極接線端通過兩個螺母固定導線；陽極位于開關筒體內部的一端為放電的球面部分，另一端為螺柱；螺柱在支撐陽極的同時還起到陽極接線的任務。
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)過觸發(fā)電極護套保護后放置于陰極內部，觸發(fā)電極的引線通過觸發(fā)電極接線端和滾花平頭螺釘引入；觸發(fā)電極護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)開關的放電氣隙可調，可以靈活地根據(jù)開關放電電壓的要求改變放電氣隙，使得開關工作的范圍更廣。同時，由于開關工作的環(huán)境(如氣壓、溫度、濕度等)改變，會導致開關工作特性發(fā)生改變，此時可以通過調整放電間隙適應環(huán)境的變化。
2)開關的陰極和陽極的放電面都采用球面結構，可以保證陰極和陽極上的放電面更為均勻，減小陰極和陽極軸線相對位置的差異對放電面的影響。另外，陰極和陽極采用大直徑的球面結構，能夠使得放電時空氣擊穿的通道更大，降低開關的導通電阻。
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)該結構的火花隙開關拆卸維修方便，提高了開關的實用性。


圖I為本發(fā)明實施例I的火花隙開關構造圖。圖中標記1_開關外殼；2_開關外殼側擋；3_陽極支撐；4-陽極；5-陰極；6-觸發(fā)電極護套；7_觸發(fā)電極；8_陽極接線端；9_觸發(fā)電極的接線端；10_滾花平頭螺釘。
圖2為本發(fā)明實施例I陰極側視圖。
圖3為本發(fā)明實施例I陰極剖面圖。
圖4為本發(fā)明實施例I觸發(fā)電極護套剖面圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明進一步說明。
實施例I :用于脈沖功率系統(tǒng)的間隙可調主控開關(適用于工作電壓在10 50 kV之間，過流能力要求高的場合)。見圖1，該開關包括開關外殼I、開關外殼側擋2、陽極支撐3、陽極4、陰極5、觸發(fā)電極護套6、觸發(fā)電極7、陽極接線端8、觸發(fā)電極的接線端9和滾花平頭螺釘10。
開關外殼I為圓筒狀有機玻璃材料，方便觀測開關內部情況，筒體的厚度應>10cm以保證足夠的強度，筒體的長度應大于陽極4和陰極5位于筒體內部的長度 +50kV/30kV · cm-1 (最高工作電壓下要保證的氣隙長度)；開關外殼側擋2同樣為有機玻璃材質，其直徑為開關外殼I外徑的I. 5倍；開關外殼側擋2與開關外殼I通過粘接方式結八口 ο
陽極支撐3和陽極4，陰極5 —樣為黃銅材質，性能穩(wěn)定，電導率高；陽極支撐3通過螺絲與開關外殼側擋2固定，并通過其中心通孔上的螺紋與陽極4的螺柱結合，起到支持陽極4和調整陽極4位置的作用；陽極接線端8通過兩個M8螺母固定導線。
陽極4位于開關筒體內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，螺柱在支撐陽極的同時還起到陽極接線的任務。
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 ;陰極接線直接通過其支撐體接入。
觸發(fā)電極7經(jīng)過觸發(fā)電極護套6保護后放置于陰極5內部，觸發(fā)電極7的引線通過觸發(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時應保持觸發(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，電路正極連接本開關的陽極4，電路的地連接本開關的陰極5，高壓脈沖觸發(fā)信號連接本開關的觸發(fā)電極7。調節(jié)陽極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，防止開關自擊穿。正常工作時，陽極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的觸發(fā)脈沖信號，首先在陰極5和觸發(fā)電極7之間電場畸變，引起放電現(xiàn)象，進而陽極4和陰極5之間的空氣間隙擊穿，開關導通。
實施例2 用于脈沖功率系統(tǒng)的自擊穿火花隙開關(適用于工作電壓在10 50 kV之間，過流能力要求高的場合)。本實施例不需要觸發(fā)電極7及其附件，陰極5因不需要放置觸發(fā)電極， 中心為實心結構。其余部件連接方式均與實施例I相同。
本實施例中，上述部件按照實施例I所述的方式連接完成后，電路正極連接本開關的陽極4，電路的地連接本開關的陰極5，調節(jié)陽極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， 施加于陽極4和陰極5之間電壓大于氣隙耐壓，氣隙擊穿，開關導通。
可通過調節(jié)陽極4的位置，調整此自擊穿火花隙開關的額定工作電壓。
權利要求
1.一種間隙可調的球面電極火花隙開關，包括開關外殼(I)、開關外殼側擋(2)、陽極支撐(3)、陽極(4)、陰極(5)和陽極接線端(8)，其特征在于開關外殼(I)為圓筒狀，開關外殼側擋(2)與開關外殼(I)通過粘接方式結合；陽極支撐(3)通過螺絲與開關外殼側擋(2)固定，并通過其中心通孔上的螺紋與陽極(4)的螺柱結合，起到支持陽極(4)和調整陽極(4)位置的作用；陽極接線端(8)通過兩個螺母固定導線；陽極(4)位于開關外殼(I)內部的一端為放電的球面部分，另一端為螺柱；螺柱在支撐陽極(4)的同時還起到陽極接線的任務； 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)過觸發(fā)電極護套(6)絕緣與保護后放置于陰極(5)內部，觸發(fā)電極(7)的引線通過觸發(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的球面電極火花隙開關。開關外殼為圓筒狀，開關外殼側擋與開關外殼通過粘接方式結合；陽極支撐通過螺絲與開關外殼側擋固定，并通過其中心通孔上的螺紋與陽極的螺柱結合；陽極接線端通過兩個螺母固定導線；陽極位于開關筒體內部的一端為放電的球面部分，另一端為螺柱；螺柱在支撐陽極的同時還起到陽極接線的任務。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)過觸發(fā)電極護套保護后放置于陰極內部，觸發(fā)電極的引線通過觸發(fā)電極接線端和滾花平頭螺釘引入。本發(fā)明放電氣隙長度可調，可以靈活地根據(jù)開關放電電壓的要求改變放電氣隙長度，使得開關工作的范圍更廣。
文檔編號H01T2/02GK102983501SQ20131000014
公開日2013年3月20日 申請日期2013年1月2日 優(yōu)先權日2013年1月2日
發(fā)明者楊家志, 蔣存波, 范興明 申請人:桂林理工大學