[发明专利]一种多级场畸变气体火花开关

说明书

技术领域

本发明属于脉冲功率技术领域，涉及一种多级场畸变气体火花开关，能够以较高重复频率工作于MV级电压，不需要吹气系统。

背景技术

脉冲功率技术是一门研究在相对较长时间里储存能量，然后经过快速压缩、转换，最后释放给负载的新兴科学技术，研究的对象是，电压一般在10⁴～10⁷V，电流10³～10⁷安培，脉宽10^-5～10^-10秒，峰值功率大于10⁶W的高功率脉冲的产生与应用。近些年来，重复频率脉冲功率技术成为其中的重要发展方向之一。

气体火花开关是脉冲功率装置的关键器件之一，气体火花间隙开关根据不同的应用场合和使用要求，已经形成多种结构以适应于各种特殊应用场合。MV级重复频率脉冲功率装置一般以几Hz至百Hz重复频率工作，多采用气体火花开关作为主放电开关，而在重复频率大于10Hz以上时，气体绝缘介质的绝缘能力已无法完全恢复，一般都需要使用大功率吹气系统进行开关放电区域的气体循环，系统复杂，对于多级开关而言吹气范围较大且存在结构遮挡，吹气系统设计难度很大，并且由于位于开关高电压区域，带来绝缘安全隐患。

常规多级开关原理结构如图1所示，主要由开关阳极1、开关阴极2、触发间隙阴极3、触发电极4、串联电极盘5、绝缘支撑杆6等组成，该类型多级开关串联电极盘5为非均匀排布，从触发电极4开始第一级间隙为触发间隙，间隙长度远大于其它串联间隙，对触发电压要求很高，依靠开关第一级间隙触发击穿产生的过电压引发后续串联间隙击穿；触发电极4为针形，第一级间隙只能为单火花通道击穿，在不依靠吹气系统的前提下无法高重复频率工作；串联电极盘边缘为圆形，在开关击穿前后相邻串联电极盘之间均为准均匀电场，不能产生场畸变效应，击穿只能发生在相邻串联电极盘5之间的正对位置上，已发生击穿间隙的火花放电产物被串联电极盘5遮挡，无法对后续串联间隙产生有利影响。

为避免上述问题，本发明研制了一种多级场畸变气体火花开关，可以在无吹气条件下以高重复频率工作于MV级电压。

发明内容

本发明的目的是针对MV级重复频率脉冲功率系统中搞重复频率气体火花开关的应用需求，提供一种多级场畸变气体火花开关，可以在无吹气条件下以高重复频率工作于MV级以上电压，大大简化系统复杂性。

本发明的技术方案是：设计一种多级场畸变气体火花开关，包括开关阴极7、开关阳极8、绝缘支撑杆13，其特征在于，还包括若干串联电极盘9、若干串联绝缘子10和触发盘11；开关阴极7和开关阳极8均为金属件，绝缘支撑杆13两端分别与开关阴极7、开关阳极8相连接；在开关阴极7和开关阳极8之间，自开关阴极7起，串联绝缘子10和串联电极盘9依次同轴间隔分布；串联电极盘9为一金属盘状，边缘锋刃；串联绝缘子10为圆柱状；开关阳极8轴线上设有中心孔，且中心孔处设有触发盘11，且触发盘11顶住串联绝缘子10；中心孔、触发盘、串联绝缘子10和串联电极盘9的轴线重合。开关整体由绝缘支撑杆(13)和绝缘支撑杆紧固螺母(14)连接固定。

本发明的进一步技术方案为：串联电极盘9中间处设有圆形止口，串联绝缘子10卡在圆形止口处，且串联绝缘子10的外径与圆形止口的内径相同。

本发明的进一步技术方案为：所述触发盘11顶住串联绝缘子10的一侧设有圆形止口，且串联绝缘子10卡在圆形止口处。

本发明的进一步技术方案为：还包括触发盘绝缘支撑12，其位于开关阳极8断开处，用于固定触发盘11。

本发明的进一步技术方案为：所述开关阴极7上设有阴极安装孔15用于连接脉冲功率装置。

本发明的进一步技术方案为：所述开关阳极8上设有阳极安装孔16用于连接脉冲功率装置。

本发明与脉冲功率装置连接后，整体置于充有绝缘气体的密封容器内。

本发明的工作原理为：脉冲功率装置对开关充电至一定电压后，施加高压触发脉冲至触发盘，在触发脉冲作用下，最右侧串联电极盘刀刃型边缘产生强烈的场畸变作用，与开关阳极发生击穿，随后，从右至左，每一级串联电极盘与上一级串联电极盘因场畸变作用发生击穿，最后整个开关阴阳极之间击穿，开关工作过程结束。

发明效果