一种紧凑型结构的Marx发生器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种紧凑型结构的Marx发生器，将充电电源、前级触发源集成安装，并放置于与外筒连接的前端金属筒内，有效地缩小了发生器的体积和减少了操作复杂程度。利用绝缘体放置于电容间，在保证有效绝缘距离的基础上，压缩了电容间的空间，缩小了发生器体积。利用内筒、接地端绝缘板、输出端绝缘板、输出定位电极之间的配合将开关轨道以及电容固定在发生器中心。本发明从结构设计、电磁屏蔽着手，对小型Marx发生器各个部分进行集成设计，成功研制了一种集成发生器主体、充电电源、前级触发源的小型Marx发生器。
【专利说明】—种紧凑型结构的Marx发生器
【技术领域】
[0001]本发明属于脉冲功率装置，具体涉及一种紧凑型结构的Marx发生器。
【背景技术】
[0002]Marx发生器是典型的脉冲功率装置，目前有着广泛应用。GW级脉冲输出功率还是需要使用气体火花间隙开关的Marx发生器。与Tesla变压器等脉冲发生装置相比，Marx发生器有着更高的能量传输效率。同时Marx发生器还具有结构简单、成本较低的优点，适合作为各种大型脉冲功率源的初级储能装置。传统的Marx发生器体积庞大，近年来随着开关技术和高压脉冲电容器技术的进步，小型Marx发生器得到了迅猛发展。小型发生器因体积小巧、脉冲前沿快、脉宽窄的特点，能满足脉冲功率系统中高性能高压开关的触发需求，尤其是高性能的场畸变开关、多级多通道开关和轨道开关的触发；也可作为闪光X射线二极管高功率负载的直接驱动源，达到脉冲功率系统小型化设计。
[0003]常见的小型Marx发生器设计要求回路的串联电感尽可能小，主要遵循以下几个原则:
[0004]I)小型Marx发生器设计为同轴结构。储能电容器、充电电阻、各级气体开关及引线全部封装于金属筒内，形成同轴结构。采用同轴结构可以很大程度上减小回路电感，有利于结构的紧凑性。同时金属筒接地起到电磁屏蔽的作用，降低了电磁辐射对人体的危害。
[0005]2小型Marx发生器一般选用低电感的陶瓷电容器作为储能元件；高压引线尽可能短；高压气体开关间隙一般较小，通过气体气压来提高开关的耐压，从而降低回路电感。
[0006]3小型Marx发生器设计重点在于合理利用各级开关电极对地分布电容来锐化高压脉冲的输出。高压气体开关排成一排，前级开关导通，产生强烈的紫外光以预电离下一级火花开关，从而使放电过程保持空间一致的雪崩式发展，最终实现快前沿脉冲波形的建立。
[0007]典型的小型Marx发生器由发生器主体、充电电源、前级触发源、同步触发源部分构成。这四个部分分别是独立设备。发生器工作时需四个设备分别操作、配合使用，占地面积大，操作复杂。在实际使用时，接线繁多，操作复杂，不利于小型Marx发生器的推广使用。
【发明内容】
[0008]要解决的技术问题
[0009]为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种紧凑型结构的Marx发生器，集成了发生器主体、充电电源、前级触发源，只需220V单线供电，即可输出200kV范围内幅值连续可调的高压脉冲。
[0010]技术方案
[0011]一种紧凑型结构的Marx发生器，其特征在于包括充电电源1、前级触发源2、主体
3、电容间绝缘体5、开关轨道6、电容支撑板7、接地端绝缘板10、输出端绝缘板11、输出端定位电极12、电容13、电容开关连接板14和气体火花开关电极15 ;主体3包括金属筒4、内筒8和外筒9，内筒8套在外筒9内，一端连接金属筒4，另一端为输出端；充电电源1、前级触发源2置于金属筒4中；开关轨道6置于内筒中，并通过接地端绝缘板10与内筒8相连；多个电容13通过电容开关连接板14固定在电容支撑板7上，电容支撑板7固定在开关轨道6上，安装在开关轨道6的排列成一条直线的圆孔中，电容间绝缘体5置于多个电容13之间；多个电容13的输出端通过输出端绝缘板11与输出端定位电极12相连。
[0012]所述多个电容13为并联结构，相邻的电容两端连接有电阻，气体火花开关电极15的两个触点连接于并联电容的两个斜角。
[0013]所述金属筒4的外径与外筒9外径相一致。
[0014]所述金属筒采用硬铝材料。
[0015]所述电容间绝缘体5是尼龙,或聚乙烯绝缘材料。
[0016]所述电容支撑板7和开关轨道6采用MC尼龙等绝缘材料。
[0017]有益效果
[0018]本发明提出的一种紧凑型结构的Marx发生器，将充电电源、前级触发源集成安装，并放置于与外筒连接的前端金属筒内，有效地缩小了发生器的体积和减少了操作复杂程度。利用绝缘体放置于电容间，在保证有效绝缘距离的基础上，压缩了电容间的空间，缩小了发生器体积。利用内筒、接地端绝缘板、输出端绝缘板、输出定位电极之间的配合将开关轨道以及电容固定在发生器中心。
[0019]本发明从结构设计、电磁屏蔽着手，对小型Marx发生器各个部分进行集成设计，成功研制了一种集成发生器主体、充电电源、前级触发源的小型Marx发生器。
[0020]本发明集成了发生器主体、充电电源、前级触发源，只需220V单线供电，即可输出200kV范围内幅值连续可调的高压脉冲。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图l、Marx发生器电路原理图
[0022]图2、Marx发生器整体结构示意图
[0023]图3、Marx发生器内部结构示意图
[0024]附图标记如下:1_充电电源，2-前级触发源，3-高压引入，4-金属筒，5-电容间绝缘体，6-开关轨道，7-电容支撑板，8-内筒，9-外筒，10-接地端绝缘板，11-输出端绝缘板，12-输出端定位电极，13-电容，14-电容开关连接板，15-气体开关电极。
【具体实施方式】
[0025]现结合实施例、附图对本发明作进一步描述:
[0026]实施例所提出的紧凑型的Marx发生器，Marx发生器的电路原理见图1。充电电源1、前级触发源2置于与外筒9前端相连的金属筒4中，电容间绝缘体5置于电容13间，气体火花开关电极15安装在开关轨道6的排列成一条直线的圆孔中，电容13通过电容开关连接板14固定在电容支撑板7上。内筒8通过接地端绝缘板10与开关轨道6相连，并通过输出端绝缘板11与输出端定位电极12相连。
[0027]充电电源1、前级触发源2集成安装于与外筒9相连的金属筒4中，金属筒一般采用硬铝材料制作。
[0028]充电电源1、前级触发源2通过高压引入3与充电电阻和第一、二级开关触发电极相连。
[0029]电容间绝缘体5放置于相邻电容13之间，以保证电容间的绝缘强度，绝缘体可以是尼龙，聚乙烯等绝缘材料。
[0030]电容支撑板7和开关轨道6采用MC尼龙等绝缘材料。
[0031]图2为小型Marx发生器整体结构示意图，前级触发源2和充电电源I的大小尺寸根据Marx发生器输出脉冲的指标参数所需电源功率大小而确定。放置二者的金属筒4的尺寸须与之匹配，设计的原则是金属筒4的外径与外筒9外径相一致。长度根据实际情况确定。同理，电容13的尺寸根据Marx发生器输出脉冲的指标参数所需电容量大小而确定，电容13的尺寸与开关轨道6的配合尺寸最终决定了内筒8和外筒9的外径。
[0032]因此Marx发生器材料及尺寸组合并不唯一，作为实施例，电容和开关只是5级，电容外径为74mm,因此Marx发生器外径为120mm,最大外径为180mm,总长度715mm。
[0033]图3为Marx发生器内部结构示意图，气体火花开关电极15定位安装于开关轨道6两边各个圆孔中，以此保证开关呈直线排列，前级开关导通过程产生的紫外线能有效地影响下一级开关的导通，有利于Marx的建立。
【权利要求】
1.一种紧凑型结构的Marx发生器，其特征在于包括充电电源(I)、前级触发源(2)、主体(3)、电容间绝缘体(5)、开关轨道(6)、电容支撑板(7)、接地端绝缘板(10)、输出端绝缘板(11)、输出端定位电极(12)、电容(13)、电容开关连接板(14)和气体火花开关电极(15);主体(3)包括金属筒(4)、内筒(8)和外筒(9)，内筒(8)套在外筒(9)内，一端连接金属筒(4)，另一端为输出端；充电电源(I)、前级触发源(2)置于金属筒(4)中；开关轨道(6)置于内筒中，并通过接地端绝缘板(10)与内筒(8)相连；多个电容(13)通过电容开关连接板(14)固定在电容支撑板(7)上，电容支撑板(7)固定在开关轨道(6)上，安装在开关轨道(6)的排列成一条直线的圆孔中，电容间绝缘体(5)置于多个电容(13)之间；多个电容(13)的输出端通过输出端绝缘板(11)与输出端定位电极(12)相连。
2.根据权利要求1所述紧凑型结构的Marx发生器，其特征在于:所述多个电容(13)为并联结构，相邻的电容两端连接有电阻，气体火花开关电极(15)的两个触点连接于并联电容的两个斜角。
3.根据权利要求1所述紧凑型结构的Marx发生器，其特征在于:所述金属筒(4)的外径与外筒(9)外径相一致。
4.根据权利要求1所述紧凑型结构的Marx发生器，其特征在于:所述金属筒采用硬铝材料。
5.根据权利要求1所述紧凑型结构的Marx发生器，其特征在于:所述电容间绝缘体(5)是尼龙，或聚乙烯绝缘材料。
6.根据权利要求1所述紧凑型结构的Marx发生器，其特征在于:所述电容支撑板(7)和开关轨道(6)采用MC尼龙等绝缘材料。
【文档编号】H02M9/04GK103475255SQ201310334406
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月2日 优先权日:2013年8月2日
【发明者】贾伟, 谢霖燊, 郭帆, 王海洋, 何小平, 张国伟, 陈维青, 陈志强, 李俊娜, 汤俊萍, 孙凤荣 申请人:西北核技术研究所