专利名称：具有快速操动机构的激光触发真空开关的制作方法
技术领域：
本发明属于脉冲功率系统闭合开关领域，尤其涉及一种既具有快速的触发导通时间和稳定的触发精度，又可减少大电流电弧对电极的损害，可有效地延长开关使用寿命的具有快速操动机构的激光触发真空开关。
背景技术：
脉冲功率系统用以产生高电压、强电流、大功率的脉冲，其工作电压、电流、功率依次在kV、kA、MW水平以上，重复频率小于每秒1000个脉冲。脉冲功率系统可用于强激光、电磁炮等国防领域，管道解垢、工业垃圾粉碎等工业生活领域和医疗领域。闭合开关是脉冲功率系统中极为重要的器件，起着连接储能器件和负载的作用，用于导通和隔离电流回路，并影响脉冲波形的陡化程度，其特性直接影响整个系统的性能。因此，闭合开关不但要承受高压、强流、高功率，还要具有触发延时小，触发精度高，工作稳定，满足重复频率要求等性能，同时还要具有足够的使用寿命。目前，脉冲功率系统中常用的闭合开关可分为气体开关、固体开关、液体开关、赝火花开关及触发真空开关(Triggered Vacuum Switch, TVS)等。触发真空开关是将真空开关技术和三极火花隙技术相结合的一种新型开关器件，触发真空开关可通过触发极进行电触发、借助外加注入的电子束流、激光束照射和X射线束照射触发。通过激光束照射触发的真空开关称为激光触发真空开关(Laser Triggered Vacuum Switch, LTVS),由于激光触发真空开关的触发延时短至几十ns，触发精度可达到5ns以内，是近年来被认为是最具发展与应用前景的大功率快速控制开关。现有激光触发真空开关的结构较多，其中一种结构是有一密封壳体，在密封壳体的轴向一端固定有第一电极，在密封壳体的轴向另一端固定有第二电极，第一电极与第二电极的两个相对的端面之间留有间隙，即激光触发间隙，在第一电极内设有沿轴向的通孔，通孔的一端与激光照射装 置(激光照射窗等)相接，在第二电极与第一电极相对的端面上有凹槽，凹槽内固定有靶电极，通孔与靶电极同轴。工作时，由脉冲功率系统控制器控制激光器产生激光脉冲，通过激光照射装置及通孔照射到靶电极上，从而在激光触发间隙处产生等离子蒸汽，在第一电极、第二电极的电压作用下，产生带电粒子，带电粒子又在强电场作用下进一步运动，引起电离等过程，最后由间隙中的带电粒子构成电流传输通路，即开关闭合。一般情况下激光触发真空开关电弧电压低，电极烧蚀率亦较低，但是如果流过电极的电流波形周期大于5ms，峰值超过500kA时，就极易发生电极烧蚀，缩短了开关的使用寿命。
发明内容
本发明是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，提供一种既具有快速的触发导通时间和稳定的触发精度，又可减少大电流电弧对电极的损害，可有效地延长开关使用寿命的具有快速操动机构的激光触发真空开关。本发明的技术解决方案是一种具有快速操动机构的激光触发真空开关，有密封壳体，在密封壳体的轴向一端固定有第一电极，在密封壳体的轴向另一端固定有第二电极，在第一电极内设有沿轴向的通孔，通孔的一端与激光照射装置相接，通孔的另一端相对设置有靶电极，第一电极的端面与靶电极之间有激光触发间隙，在所述密封壳体内还设有快速操动机构，快速操动机构的输出杆通过弹性连接件与动导电杆相接，所述靶电极置于动导电杆的前端面上，在动导电杆外设有导电固定件，动导电杆与导电固定件之间有滚动连接件，动导电杆通过导电固定件及导电连接件与第二电极相接，在密封壳体内还设有感应电流上升率值的线圈，线圈的输出与控制电路相接，控制电路控制储能器件为快速操动机构励磁。所述激光照射装置是激光光纤耦合装置，在所述的通孔有激光聚焦透镜。本发明所采用的是激光触发，具有快速的触发导通时间和稳定的触发精度，同时所设置的电源感应线圈可自动检测流过电极的电流上升率值，当检测到电流上升率值小于设定的阈值时，即闭合电流周期较长时，通过控制器驱动快速操动机构动作，使激光触发间隙闭合，从而减少大电流电弧对电极的损害，有效地提闻开关的使用寿命。
图1是本发明实施例的结构示意图。
具体实施例方式如图1所不与现有技术相同,有密封壳体1，在密封壳体I的轴向一端固定有第一电极2,在密封壳体I的轴向另一端固定有第二电极3,第一电极2为阳极(阴极),第二电极3为阴极(阳极)。在第一电极2内设有沿轴向的通孔4，通孔4的一端与激光照射装置5相接，通孔4的另一端相对设置有靶电极6，第一电极2的端面与靶电极6之间有激光触发间隙7，与现有技术所不同的是在所述密封壳体I内还设有快速操动机构8 (可快速实现操动的永磁操动机构、斥力机构或其他快速操动机构等)，快速操动机构8的输出杆9通过弹性连接件10与动导电杆11相接，弹性连接件10可以是蝶形弹簧等，将靶电极6固定在动导电杆11的前端面上，在动导电杆11外设有导电固定件12，动导电杆11与导电固定件12之间有滚动连接件13，动导电杆11通过导电固定件12及导电连接件14与第二电极3相接，在密封壳体I内还设有感应电流上升率值的线圈15，可以采用罗氏线圈，固定在导电固定件12的前端。线圈15的输出与控制电路16相接，控制电路16控制储能器件17为快速操动机构8励磁，储能器件17可以是蓄电池、电容等。激光照射装置5可以是激光光纤耦合装置，在所述通孔4中有激光聚焦透镜18。工作原理
1.本发明的激光触发部分同现有技术；
2.罗氏线圈15实时检测电流上升率值，当电流上升率值超过设定阈值时，说明导通电流是波形周期小于5ms的电流波，此 时快速操动机构8不动作，待脉冲电流波衰减完毕时整个开关断开；若由罗氏线圈15检测到的电流上升率值小于设定阈值时，说明导通电流是波形周期为大于5ms的电流波,此时控制电路16输出信号控制储能器件17对永磁力操动机构8的合闸励磁线圈放电,使快速操动机构8动作,其输出杆9带动动导电杆11与第一电极2相接，使激光触发间隙7闭合；当罗氏线圈15检测到电流衰减结束后，控制器16输出信号控制储能器件17对永磁力操动机构8的分闸励磁线圈放电，从而使输出杆9带动动导电杆11与第一电极2分开， 为下一次开关工作做好准备。
权利要求
1.一种具有快速操动机构的激光触发真空开关，有密封壳体(I)，在密封壳体(I)的轴向一端固定有第一电极(2),在密封壳体(I)的轴向另一端固定有第二电极(3),在第一电极(2)内设有沿轴向的通孔(4)，通孔(4)的一端与激光照射装置(5)相接，通孔(4)的另一端相对设置有靶电极(6)，第一电极(2)的端面与靶电极(6)之间有激光触发间隙(7)，其特征在于在所述密封壳体(I)内还设有快速操动机构(8)，快速操动机构(8)的输出杆(9)通过弹性连接件(10)与动导电杆(11)相接，所述靶电极(6)置于动导电杆(11)的前端面上，在动导电杆(11)外设有导电固定件(12)，动导电杆(11)与导电固定件(12)之间有滚动连接件(13)，动导电杆(11)通过导电固定件(12)及导电连接件(14)与第二电极(3)相接，在密封壳体(I)内还设有感应电流上升率值的线圈(15 )，线圈(15 )的输出与控制电路(16 )相接，控制电路(16 )控制储能器件(17 )为快速操动机构(8 )励磁。
2.根据权利要求1所述的具有快速操动机构的激光触发真空开关，其特征在于所述激光照射装置(5 )是激光光纤耦合装置，在所述的通孔(4 )有激光聚焦透镜(18 )。
全文摘要
本发明公开一种既具有快速的触发导通时间和稳定的触发精度，又可减少大电流电弧对电极的损害，可有效地延长开关使用寿命的具有快速操动机构的激光触发真空开关，在所述密封壳体内还设有快速操动机构，快速操动机构的输出杆通过弹性连接件与动导电杆相接，所述靶电极置于动导电杆的前端面上，在动导电杆外设有导电固定件，动导电杆与导电固定件之间有滚动连接件，动导电杆通过导电固定件及导电连接件与第二电极相接，在密封壳体内还设有感应电流上升率值的线圈，线圈的输出与控制电路相接，控制电路控制储能器件为快速操动机构励磁。
文档编号H01T2/00GK103066497SQ20121054630
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月17日 优先权日2012年12月17日
发明者段雄英, 廖敏夫, 邹积岩, 杜林 , 李文浩 申请人:大连理工大学