一种基于新结构开关的多路输出高压脉冲发生器的制作方法

本发明涉及脉冲功率技术领域，具体涉及一种基于新结构开关的多路输出高压脉冲发生器。

背景技术：

高压脉冲发生器是一种常用的仪器，在科学研究中具有广泛的应用，作为触发系统，在大型脉冲功率装置中更是有着重要作用，直接影响到整机的稳定性以及同步性。高压脉冲发生器主要由高压电源、储能部分、开关和控制电路组成。其中最为核心的器件是开关，可选用固态开关，真空开关、气体开关等。气体开关具有工作电压高、通流能力强等优势，是一种较为理想的选择。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于新结构开关的多路输出高压脉冲发生器，解决现有技术中高压脉冲发生器存在的结构松散、电感大的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于新结构开关的多路输出高压脉冲发生器，包括油箱，在油箱的油箱盖板上设置有透明窗口，在透明窗口上设置有正充电桩、负充电桩、以及外触发端，在所述的油箱内安装有气体触发开关，其包括两端开口呈圆筒状的主开关绝缘筒，在主开关绝缘筒的两端分别通过螺栓固定连接有主开关正电极、主开关负电极，主开关正电极与正充电桩连接，主开关负电极与负充电桩连接，在主开关正电极上固定有主开关上盖板，在主开关负电极上固定有主开关下盖板，其中主开关正电极与主开关负电极均向对侧凹陷，并在其底部均设置有一个圆形孔，主开关触发电极穿过该圆形孔，其两端分别固定在主开关上盖板、主开关下盖板上，并与外触发端连接，在主开关触发电极上设置有与圆形孔相匹配的环状凸起部。本发明的主要改进之处是采用了一个新的气体触发开关，通过设置新的气体触发开关结构，可以解决现有技术中的体积问题，在紧凑结构的同时，还减小了电感，通过将主开关正电极、主开关负电极固定，同时将其设置成凹陷结构，大大增加了导通点的距离，同时，利用圆形孔与主开关触发电极上设置的环状凸起部配合形成圆环状的辐射通道，在触发电压增加时，多级同轴辐射状气体开关，主开关正电极通过电缆连接在正充电柱上，主开关负电极通过电缆连接在负充电柱上，主开关正电极、主开关负电极由内六角螺钉分别把在绝缘筒的两端，主开关上盖板和主开关下盖板分别固定在主开关正电极、主开关负电极上，触发电极固定在上下盖板之间，触发电极通过触发隔离电容连接外触发端，触发隔离电容两端并联触发隔离电阻，触发隔离筒为绝缘材料，以防止稳压电阻与正电极之间放电，主开关进气孔和出气孔安装在下盖板上，由透明窗口上的进气孔和出气孔通过气管连接进入，主开关通过L型支架与正储能电容和负储能电容连接，这样的开关结构紧凑，放电稳定，输出脉冲可达百kV，上升时间为数ns，电压上升率数十kV/ns。

所述的主开关上盖板、主开关下盖板与主开关绝缘筒构成一个密闭腔室，在主开关下盖板上设置有该密闭腔室的主开关进气孔、主开关出气孔，其中主开关进气孔通过气管与透明窗口上的进气孔连接，主开关出气孔通过气管与透明窗口上的出气孔连接。具体的讲，通过设置密闭的空腔作为试验腔体，在其内部注入SF₆气体作为绝缘介质，气管作为SF₆气体的传输通路，可以较好地进行

所述的主开关绝缘筒的侧壁上设置有向内侧或外侧凸起的环状条。具有环状突起结构的主开关绝缘筒其在轴向上的伸缩量较大，可以增加绝缘筒在轴向上的弹性度，使得在试验过程中，气体压强增加的情况下，增加绝缘筒在轴向上的延伸性能，确保其密闭性，提高实验精度。

还包括一个触发隔离筒，触发隔离电阻固定在触发隔离筒内，触发隔离电阻与触发隔离筒内的触发隔离电容并联，外触发端通过触发隔离电阻连接至主开关触发电极。进一步讲，外触发端通过触发隔离电阻与触发隔离电容并联形成的滤除结构后，可以使得输入的触发电压更加稳定和精准。

在所述油箱盖板下方通过支撑杆连接有支撑底板，在支撑底板上设置有绝缘底座，在绝缘底座上设置有叠放的正储能电容、负储能电容，主开关正电极与主开关负电极分别连接在正储能电容、负储能电容上，正储能电容与负储能电容分别连接在大电阻的两端；大电阻通过输出隔离电阻连接至输出电缆，在输出隔离电阻两端并联一个输出隔离电容。进一步讲，通过支撑底板固定绝缘底座，在绝缘底座上安装叠放的正储能电容、负储能电容，由隔离电容和隔离电阻组成，正储能电容一端连接开关的正电极，另一端由L型支架连接大电阻的一端，并通过隔离电容和隔离电阻连接输出电缆，负储能电容一端连接开关的负电极，另一端由L型支架连接输出电阻的另一端，并连接在支撑底板上，支撑底板由支撑杆把接在油箱盖板上，如此，结构紧凑空间分布合理。

1、本发明一种基于新结构开关的多路输出高压脉冲发生器，利用圆形孔与主开关触发电极上设置的环状凸起部配合形成圆环状的辐射通道，在触发电压增加时，多级同轴辐射状气体开关，主开关正电极通过电缆连接在正充电柱上，主开关负电极通过电缆连接在负充电柱上，主开关正电极、主开关负电极由内六角螺钉分别把在绝缘筒的两端，主开关上盖板和主开关下盖板分别固定在主开关正电极、主开关负电极上，触发电极固定在上下盖板之间，触发电极通过触发隔离电容连接外触发端，触发隔离电容两端并联触发隔离电阻，触发隔离筒为绝缘材料，以防止稳压电阻与正电极之间放电，主开关进气孔和出气孔安装在下盖板上，由透明窗口上的进气孔和出气孔通过气管连接进入，主开关通过L型支架与正储能电容和负储能电容连接，这样的开关结构紧凑，放电稳定，输出脉冲可达百kV，上升时间为数ns，电压上升率数十kV/ns；

2、本发明一种基于新结构开关的多路输出高压脉冲发生器，具有环状突起结构的主开关绝缘筒其在轴向上的伸缩量较大，可以增加绝缘筒在轴向上的弹性度，使得在试验过程中，气体压强增加的情况下，增加绝缘筒在轴向上的延伸性能，确保其密闭性，提高实验精度；

3、本发明一种基于新结构开关的多路输出高压脉冲发生器，采用新型的空气触发开关，其双电极气体触发开关结构，使得运行更加稳定，结构更为紧凑；输出脉冲上升率快，可达到50kV/ns；容易扩展到数十路输出，多路共同使用一个主开关，多路输出同步性好。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明高压脉冲发生器等效电路图；

图2为本发明高压脉冲发生器结构示意图；

图3为本发明高压脉冲发生器新结构开关结构示意图；

图4为本发明高压脉冲发生器放电输出曲线。

附图中标记及相应的零部件名称：

1-油箱盖板，2-进气孔，3-透明窗口，4-正充电柱，5-外触发端，6-负充电柱，7-出气孔，8-输出电缆，9-触发隔离电容，10-触发隔离电阻，11-触发隔离筒，12-输出隔离电容，13-输出隔离电阻，14-正储能电容，15-负储能电容，16-L型支架，17-支撑杆，18-油箱，19-输出电阻，20-主开关，21-气管，22-主开关支架，23-绝缘底座，24-支撑底板，25-主开关上盖板，26-主开关正电极，27-主开关触发电极，28-主开关负电极，29-主开关绝缘筒，30-主开关进气孔，31-主开关出气孔，32-主开关下盖板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

如图1至3所示，本发明一种基于新结构开关的多路输出高压脉冲发生器，包括油箱18，在油箱18的油箱盖板1上设置有透明窗口3，在透明窗口3上设置有正充电桩4、负充电桩6、以及外触发端5，在油箱18内安装有气体触发开关，其包括两端开口呈圆筒状的主开关绝缘筒29，主开关绝缘筒29的侧壁上设置有向内侧或外侧凸起的环状条，该结构在绝缘筒收到轴向上作用力的时候，使得其具备部分弹性延伸能力，在主开关绝缘筒29的两端分别通过螺栓固定连接有主开关正电极26、主开关负电极28，主开关正电极26与正充电桩4连接，主开关负电极28与负充电桩6连接，在主开关正电极26上固定有主开关上盖板25，在主开关负电极28上固定有主开关下盖板32，其中主开关正电极26与主开关负电极28均向对侧凹陷，并在其底部均设置有一个圆形孔，主开关触发电极27穿过该圆形孔，其两端分别固定在主开关上盖板25、主开关下盖板32上，并与外触发端5连接，在主开关触发电极27上设置有与圆形孔相匹配的环状凸起部；主开关上盖板25、主开关下盖板32与主开关绝缘筒29构成一个密闭腔室，在主开关下盖板32上设置有该密闭腔室的主开关进气孔30、主开关出气孔31，其中主开关进气孔30通过气管21与透明窗口3上的进气孔2连接，主开关出气孔31通过气管21与透明窗口3上的出气孔7连接；还包括一个触发隔离筒11，触发隔离电阻10固定在触发隔离筒11内，触发隔离电阻10与触发隔离筒11内的触发隔离电容9并联，外触发端5通过触发隔离电阻10连接至主开关触发电极27；在油箱盖板1下方通过支撑杆17连接有支撑底板24，在支撑底板24上设置有绝缘底座23，在绝缘底座23上设置有叠放的正储能电容14、负储能电容15，主开关正电极26与主开关负电极28分别连接在正储能电容14、负储能电容15上，正储能电容14与负储能电容15分别连接在大电阻19的两端；大电阻19通过输出隔离电阻13连接至输出电缆8，在输出隔离电阻13两端并联一个输出隔离电容12；正负电极由内6角螺钉分别把在绝缘筒29的两端，以保证正负电极之间的距离为20mm，上盖板25和下盖板32分别固定在正负电极上，触发电极固定在上下盖板之间，以保证触发电极与正负电极之间的距离为4.5mm，触发电极通过触发隔离电容9连接外触发端5，触发隔离电容两端并联触发隔离电阻10，触发隔离筒11为绝缘材料，以防止稳压电阻与正电极之间放电，主开关进气孔27和出气孔28安装在下盖板29上，由透明窗口3上的进气孔2和出气孔7通过气管21连接进入，主开关通过L型支架22与正储能电容14和负储能电容15连接。

输出部分包括正储能电容14，正储能电容14一端连接主开关的正电极，另一端由电容支架16连接输出电阻19的一端，并通过输出隔离电容12和输出隔离电阻13连接输出电缆8，负储能电容一端连接主开关的负电极，另一端由电容支架连接输出电阻的另一端，并连接在支撑底板24上，支撑底板由支撑杆17把接在油箱盖板1上，支撑底板和支撑杆为导体，使其保持零电位，透明窗口把接在油箱盖板上，透明窗口为绝缘材料，以防止正负充电柱与盖板零电位放电。工作原理为：主开关内充SF₆气体作为绝缘介质，正储能电容充电+40kV，负储能电容充电-40kV。为施加外触发电压时，外触发端连接到地，通过隔离电阻使主开关触发极保持在零电位。当外触发幅值约-55kV时，通过隔离电容施加在触发极上，由于触发极和正电极之间极性相反，超过SF₆气体的击穿电压，使触发极和正电极导通放电，从而整个开关导通，储能电容两端的电势差不能发生突变，正储能电容与大电阻连接端电压突变为+80kV，电压波经隔离电容，由输出电缆向输出端传播，增加隔离电阻可使输出电缆电压初始处于零电位。

输出脉宽：T＝2L/v

上式中L为输出电缆的总长度，在实施例中输出电缆长5m，v为电压波在电缆中的传播速度，约为0.2m/ns，理论上脉宽约为50ns。

图4为充40kV条件下多次放电的输出结果，输出脉冲幅值与脉宽均与理论结果符合较好，输出的高压脉冲上升率达到50kV/ns。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。