一種一體化多級(jí)高壓脈沖隔離電感的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種一體化高耐電壓隔離電感。技術(shù)背景
[0002]作為脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域中脈沖產(chǎn)生及成形的主要部件，脈沖功率源的發(fā)展一直備受矚目。Marx發(fā)生器是最為常用的一種電容式脈沖功率源裝置。由于其并聯(lián)充電、串聯(lián)放電的工作特性，為保護(hù)電路，同時(shí)防止脈沖從電容對(duì)地端泄放，通常用電阻作為電容器間的隔離元件。但電阻隔離時(shí)，恒壓充電條件下充電效率最高僅為50%，且有充電時(shí)間較長(zhǎng)，無法工作于高重復(fù)頻率模式等缺陷。采用電感隔離方式可顯著降低脈沖功率源的充電時(shí)間，提升其充電效率和重復(fù)運(yùn)行頻率，且體積和重量相比電阻隔離方式均有減小。因此，隔離電感的引入符合Marx發(fā)生器小型化、實(shí)用化的發(fā)展要求。
[0003]目前，高功率、高能量的Marx發(fā)生器采用的隔離電感一般都為帶有磁芯的線圈，這樣可以有效增大電感量并提高其品質(zhì)因數(shù)。但由于將線圈內(nèi)部絕緣介質(zhì)替換成了等電位的磁芯，使得表面線圈與磁芯之間，及電感線圈兩端之間的絕緣強(qiáng)度大幅降低，從而導(dǎo)致隔離電感系統(tǒng)耐電壓強(qiáng)度大幅降低，容易被擊穿而損壞；此外，即使忽略電感量的影響，使用無內(nèi)置磁芯的塊體絕緣介質(zhì)，對(duì)于數(shù)十級(jí)以上的高壓Marx系統(tǒng)而言，單節(jié)電感的耐電壓強(qiáng)度仍然顯得不足，系統(tǒng)高壓端經(jīng)常會(huì)發(fā)生沿面閃絡(luò)，甚至擊穿損壞；且多級(jí)Marx發(fā)生器的隔離電感數(shù)量至少與Marx發(fā)生器級(jí)數(shù)相當(dāng)，各個(gè)獨(dú)立的隔離電感的引入使得電感分布及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等成為必須考慮的因素，并引入更為復(fù)雜的空間分布參數(shù)；較多電感線圈的引入同時(shí)也會(huì)增加系統(tǒng)的接觸點(diǎn)，接觸點(diǎn)的增多不但可能引入更多的接觸電阻，而且增加了接觸點(diǎn)發(fā)生尖端放電等不良現(xiàn)象的幾率，從而在較大程度上降低電路的穩(wěn)定性和可靠性。
[0004]調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前國(guó)內(nèi)對(duì)多級(jí)Marx發(fā)生器中的隔離電感的研宄并不多見。實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，隔離電感對(duì)Marx發(fā)生器最終輸出波形的脈寬及平頂段的平滑度均有重要影響，且一體化的隔離電感設(shè)計(jì)可在高壓條件下顯著減少尖端放電等有害現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)簡(jiǎn)化Marx發(fā)生器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。因此，設(shè)計(jì)并制備一種絕緣及耐電壓強(qiáng)度高、一體化程度高、體積重量小，可靠性高的隔離電感對(duì)高功率、高能量的緊湊型脈沖功率源系統(tǒng)的發(fā)展具有重要的意義。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種與現(xiàn)有技術(shù)有較大區(qū)別的隔離電感，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊、耐電壓強(qiáng)度高、接觸電阻小等功能。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種一體化多級(jí)高壓脈沖隔離電感，包括若干個(gè)依次連接的絕緣連接節(jié)，每相鄰的兩個(gè)絕緣連接節(jié)之間夾一個(gè)銅圓環(huán)電極，每個(gè)銅圓環(huán)電極外同軸的套接一個(gè)管狀均壓電極，均壓電極與銅圓環(huán)電極之間通過螺栓連接為一體；所述多級(jí)高壓脈沖隔離電感還包括一根導(dǎo)線，導(dǎo)線均勻的螺旋纏繞在連接為一體的絕緣連接節(jié)的外表面，導(dǎo)線與每一個(gè)銅圓環(huán)電極通過螺栓壓接。
[0008]在上述技術(shù)方案中，所述若干個(gè)絕緣連接節(jié)包括一個(gè)頂端絕緣連接節(jié)、一個(gè)底端絕緣連接節(jié)和中間的若干個(gè)絕緣連接節(jié)；所述頂端絕緣連接節(jié)其中一端的中心為凸起狀；所述底端絕緣連接節(jié)其中一端的中心為內(nèi)凹狀；所述中間的若干個(gè)絕緣連接節(jié)由相同結(jié)構(gòu)的單節(jié)首尾依次連接而成，一端的中心為凸起狀，另一端中心為內(nèi)凹狀。
[0009]在上述技術(shù)方案中，所有絕緣連接節(jié)的凸起的尺寸與內(nèi)凹的尺寸相匹配。
[0010]在上述技術(shù)方案中，所述銅圓環(huán)電極的圓環(huán)內(nèi)徑與所述絕緣連接件的凸起部分的外徑相適應(yīng)，且銅圓環(huán)電極可套入絕緣連接件的凸起部分。
[0011 ] 在上述技術(shù)方案中，所述銅圓環(huán)電極的外側(cè)面及均壓電極上均設(shè)置有等距的螺紋孔，均壓電極與銅圓環(huán)電極通過螺栓連接在一起。
[0012]在上述技術(shù)方案中，所述均壓電極為圓筒形狀，所述均壓電極套在兩個(gè)絕緣連接節(jié)靠近連接處的外部并與兩個(gè)絕緣連接節(jié)之間的銅圓環(huán)電極同軸連接。
[0013]在上述技術(shù)方案中，所述每一個(gè)絕緣連接節(jié)的中心設(shè)置有通孔。
[0014]在上述技術(shù)方案中，所述每一個(gè)絕緣連接節(jié)、銅圓環(huán)電極、均壓電極均為同軸心連接結(jié)構(gòu)。
[0015]在上述技術(shù)方案中，所述每一個(gè)絕緣連接節(jié)中心的通孔連接為一體形成一個(gè)內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)。
[0016]在上述技術(shù)方案中，所述絕緣連接節(jié)為圓柱形，其圓柱形表面設(shè)置有螺紋，所述單根導(dǎo)線均勻的嵌入螺紋間隙之間。
[0017]本實(shí)用新型的工作原理:
[0018]電容式Marx脈沖功率源裝置由于采用并聯(lián)充電、串聯(lián)放電的倍壓原理來實(shí)現(xiàn)高壓輸出特性，故要求前級(jí)充電電路須具有如下特性:該電路在直流電通過時(shí)，呈無阻抗短路狀態(tài)；而當(dāng)交流電通過時(shí)，呈高阻斷路狀態(tài)。本實(shí)用新型中所提及的一種一體化多級(jí)高壓脈沖隔離電感的引入正好符合這一特殊要求:當(dāng)直流電通過時(shí)，電感線圈相當(dāng)于一段導(dǎo)線，阻值很小，可通過電感線圈為各級(jí)電容充電；而當(dāng)交流電通過時(shí)，電流的變化會(huì)引發(fā)電感線圈產(chǎn)生一個(gè)反向的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)阻礙其變化，呈現(xiàn)高阻斷開狀態(tài)。這樣既可以保護(hù)前級(jí)充電電路不受放電產(chǎn)生的高壓的影響，又可防止能量的非必要耗散，從而得到較高的輸出能量。
[0019]本實(shí)用新型的技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比其優(yōu)點(diǎn)在于:本實(shí)用新型所述一體化多級(jí)高壓脈沖隔離電感具有更高的耐電壓強(qiáng)度，且接觸電阻小、結(jié)構(gòu)緊湊。所述一種一體化多級(jí)高壓脈沖隔離電感系統(tǒng)在各級(jí)電感間引入了具有較大截面積的銅圓環(huán)電極，可將高壓均勻分布在較大的導(dǎo)電平面上，從而有效減小電感線圈內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度。此外，電容的正負(fù)充電端亦可通過螺栓壓接在銅圓環(huán)的外側(cè)面，使接觸點(diǎn)不出現(xiàn)裸露的線頭及尖端等，有效防止了尖端放電及沿面閃絡(luò)等有害現(xiàn)象的發(fā)生；管狀不銹鋼均壓電極與銅圓環(huán)電極通過導(dǎo)電的固定螺栓同軸連接，可顯著增大各高壓端的電場(chǎng)分布區(qū)域，進(jìn)一步減小電感線圈內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度及電場(chǎng)梯度，從而大幅提升其耐電壓強(qiáng)度；圓柱形連接節(jié)表面為緊密的螺紋狀，可將繞線牢固的固定在螺紋縫隙之間，防止導(dǎo)線松動(dòng)脫落；絕緣連接節(jié)通過螺紋形式套接在一起，便于安裝和維護(hù)，結(jié)構(gòu)牢固，外形緊湊；整個(gè)隔離電感的線圈由單根導(dǎo)線繞成，極大減少了電接觸點(diǎn)；電感系統(tǒng)的所有電接觸點(diǎn)均采用壓接形式，不出現(xiàn)任何尖銳的結(jié)構(gòu)，極大降低了尖端放電等有害現(xiàn)象的發(fā)生。本實(shí)用新型可減少M(fèi)arx發(fā)生器系統(tǒng)的體積和重量，并有效滿足高能量、高功率的Marx脈沖功率源小型化發(fā)展的技術(shù)要求。
【附圖說明】
[0020]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)果示意圖；
[0021]圖2是圖1的剖視示意圖；
[0022]圖3是絕緣連接節(jié)的結(jié)構(gòu)剖視示意圖；
[0023]圖4是頂端絕緣連接節(jié)結(jié)果剖視示意圖；
[0024]圖5是底端絕緣連接節(jié)結(jié)果剖視示意圖；
[0025]其中:I是底端絕緣連接節(jié)，2是銅圓環(huán)電極，3是緊固螺栓，4是管狀不銹鋼均壓電極，5是絕緣連接節(jié)，6是頂端絕緣連接節(jié)，5-1是內(nèi)凹部分，5-2是凸起，5-3是通孔。
【具體實(shí)施方式】
[0026]如圖1所示，本實(shí)用新型主體部分