專利名稱：遙控油絕緣高壓脈沖納秒開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種遙控油絕緣高壓脈沖納秒開關(guān)，特別是一種用于高空核爆炸電磁脈沖(HEMP)模擬器的高壓脈沖源中的高速高壓無線遙控放電的油絕緣開關(guān)。
背景技術(shù)：
高壓放電開關(guān)是電磁脈沖源中的關(guān)鍵器件，現(xiàn)有高壓脈沖源中的高壓放電開關(guān)， 從開關(guān)內(nèi)部絕緣介質(zhì)上分有氣體開關(guān)和液體開關(guān)，從開關(guān)電極結(jié)構(gòu)上分有兩電極開關(guān)和三電極開關(guān)?，F(xiàn)有的氣體開關(guān)是在開關(guān)間隙內(nèi)充入一定壓強(qiáng)的氣體，如空氣、氮?dú)?、SF6等。其中SF6比較貴，其放電產(chǎn)物還有毒，不能隨意向大氣中排放?？諝忾_關(guān)需要配套使用氣路、 充放氣控制臺(tái)、空氣凈化器、壓縮空氣泵，系統(tǒng)構(gòu)成較為復(fù)雜，成本高，操作不方便，且空氣開關(guān)產(chǎn)生電弧較大，對(duì)電極的氧化燒蝕較嚴(yán)重。最大的問題是，氣體開關(guān)放電間隔較長，電感較大，很難快速放電。現(xiàn)有液體開關(guān)的介質(zhì)多為去離子水和絕緣油。去離子水即純凈水，在工作中與空氣接觸后，極易被空氣中的二氧化碳及灰塵所污染，去離子水對(duì)開關(guān)制作工藝及密閉性要求很高，維護(hù)成本高。現(xiàn)有液體開關(guān)中的絕緣油一般都是礦物絕緣油，礦物絕緣油雖然有良好的絕緣和冷卻性能及低廉的成本，但是其燃點(diǎn)低以及生物降解性能差，不能滿足高防火性能的環(huán)保型高壓放電開關(guān)的設(shè)計(jì)和制造?，F(xiàn)有兩電極開關(guān)是一種自擊穿開關(guān)，開關(guān)雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是這種開關(guān)的放電電壓一般固定不變，調(diào)節(jié)起來復(fù)雜繁瑣，不能滿足高壓放電電壓連續(xù)可調(diào)的要求。三電極開關(guān)是在兩電極開關(guān)基礎(chǔ)上增加觸發(fā)極發(fā)展而來的，由觸發(fā)極控制開關(guān)導(dǎo)通。現(xiàn)有的三電極開關(guān)包括陽極、陰極和觸發(fā)極，觸發(fā)極一般由外部觸發(fā)源提供的脈沖電壓、激光束或電子束來觸發(fā)開關(guān)導(dǎo)通，這類開關(guān)需要較高的觸發(fā)脈沖電壓，或者激光，或者電子束，造價(jià)高，使用不方便。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有高壓脈沖源放電開關(guān)所存在的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)緊湊，低電感，操作簡便，低成本，可遙控導(dǎo)通放電，并能夠產(chǎn)生極其陡峭電磁脈沖前沿的遙控油絕緣高壓脈沖納秒開關(guān)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種以精煉菜籽油為絕緣介質(zhì)，上升時(shí)間為納秒的高壓脈沖放電開關(guān)，包括有機(jī)玻璃外殼、開關(guān)內(nèi)部絕緣介質(zhì)、電極盤、陰極、陽極、觸發(fā)電極及遙控觸發(fā)控制系統(tǒng)，所述有機(jī)玻璃外殼由絕緣性能好、機(jī)械強(qiáng)度高的有機(jī)玻璃整體加工而成，所述開關(guān)的電極盤、陰極、陽極、觸發(fā)電極均為耐燒蝕的不銹鋼材質(zhì)，所述遙控觸發(fā)控制系統(tǒng)由遙控器、無線接收控制電路、蓄電池、電磁鐵等部件組成，電磁鐵鐵芯末端通過有機(jī)玻璃桿與觸發(fā)電極連接，電磁鐵外殼頭部有螺紋，與開關(guān)的有機(jī)玻璃外殼連接在一起，所述無線接收控制電路包括天線，以及封裝在金屬屏蔽殼中的微型高頻接收模塊、解碼IC、繼電器和蓄電池，所述開關(guān)絕緣介質(zhì)為精煉菜籽油。本發(fā)明的原理是高壓開關(guān)內(nèi)部絕緣介質(zhì)為精煉菜籽油，減小了開關(guān)導(dǎo)通放電時(shí)的電感，開關(guān)兩主電極——陰極、陽極位置固定不動(dòng)；在開關(guān)陰陽兩主電極加高電壓，觸發(fā)電極由遠(yuǎn)及近向陰、陽兩個(gè)主電極快速運(yùn)動(dòng)，這相當(dāng)于減小了兩主電極之間的間隙，觸發(fā)電極與兩主電極相接觸，開關(guān)導(dǎo)通放電；觸發(fā)電極的運(yùn)動(dòng)是由遙控觸發(fā)控制系統(tǒng)控制電磁鐵運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)；無線接收控制電路接收遙控器發(fā)出的信號(hào)控制蓄電池給電磁鐵供電，電磁鐵吸合帶動(dòng)觸發(fā)電極向主電極運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是1、開關(guān)外殼使用絕緣性好、機(jī)械強(qiáng)度高的有機(jī)玻璃，內(nèi)部挖成雙凹槽形狀，增加電極盤間沿開關(guān)內(nèi)壁的距離，進(jìn)一步提高了開關(guān)所承受的電壓，通過有機(jī)玻璃還可以清晰地觀察到開關(guān)放電過程。2、所采用的主電極和觸發(fā)電極均為不銹鋼材質(zhì)，價(jià)格低廉，耐燒蝕能力強(qiáng)。主電極與電極盤通過螺栓緊固在一起，可分離，這樣可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要更換不同長度的電極來調(diào)節(jié)兩電極的間距，也方便以后用新電極更換長期使用燒蝕后的電極而不用更換電極盤，節(jié)約成本。3、所采用的觸發(fā)電極及遙控觸發(fā)控制系統(tǒng)可以通過遙控器控制開關(guān)放電，操作安全方便。4、所采用的開關(guān)絕緣介質(zhì)為精煉菜籽油，減小了開關(guān)導(dǎo)通放電時(shí)放電回路的電感。菜籽油的絕緣強(qiáng)度大，擊穿電壓值比礦物絕緣油高，并且菜籽油閃點(diǎn)高于300°C，生物降解率高達(dá)97%，滿足電氣設(shè)備防火性能要求，無毒環(huán)保，成本低。5、本開關(guān)結(jié)合直流高壓源使用可產(chǎn)生前沿小于2. Ons,半峰值寬度為25ns，峰值電壓為50kV的雙指數(shù)電磁脈沖波形。
四


圖1是本發(fā)明的高壓脈沖開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的遙控觸發(fā)控制系統(tǒng)電路示意圖
五
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。結(jié)合圖1，本發(fā)明的開關(guān)外殼[2]選用絕緣性能好、機(jī)械強(qiáng)度高的有機(jī)玻璃材料， 將整塊有機(jī)玻璃內(nèi)部挖成雙凹槽形狀，增加電極盤間沿開關(guān)內(nèi)壁的距離，這樣可增加開關(guān)的耐高電壓能力，透過有機(jī)玻璃可以清晰地觀察開關(guān)放電過程。結(jié)合圖1，本發(fā)明的電極盤[1]與陽極[3]、陰極[4]通過螺栓[7、8]緊固在一起， 可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要更換不同長度的電極來調(diào)節(jié)兩電極的間距，也方便以后用新電極更換長期使用后燒蝕的電極。其中電極盤[1]、陽極[3]、陰極W]，觸發(fā)電極[9]都是不銹鋼材質(zhì)， 并且陽極[3]、陰極[4]和觸發(fā)電極[9]的邊緣倒角，磨成橢圓形，這樣可使電場(chǎng)分布盡量均勻。均勻電場(chǎng)可以承受更高的電壓。結(jié)合圖1，本發(fā)明的電極盤[1]與開關(guān)外殼[2]通過緊固螺釘[6]連接在一起，電極盤[1]與開關(guān)外殼[2]墊有密封圈[5]。
結(jié)合圖1，本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)觸發(fā)極包括觸發(fā)電極[9]、有機(jī)玻璃棒[12]，電磁鐵鐵芯。觸發(fā)電極[9]與有機(jī)玻璃棒[12]、有機(jī)玻璃棒[12]與電磁鐵鐵芯[15]分別通過螺栓[10、11]連接。其中電磁鐵由鐵芯[15]、繞線包[16]、彈簧[17]、導(dǎo)線[18]和電磁鐵外殼[19]組成。結(jié)合圖1，本發(fā)明的電磁鐵外殼[19]頭部有螺紋，墊上密封圈[14]后與開關(guān)外殼 [2]緊擰在一起。結(jié)合圖1，本發(fā)明的開關(guān)內(nèi)部絕緣介質(zhì)為精煉菜籽油[13]。結(jié)合圖1，本發(fā)明的開關(guān)，開關(guān)外殼[2]、電磁鐵外殼[19]、氣管[21]、氣管連接器 [20]為開關(guān)內(nèi)精煉菜籽油[13]構(gòu)成閉環(huán)連通，大大減小電磁鐵鐵芯[15]的運(yùn)動(dòng)阻力。結(jié)合圖2，本發(fā)明的觸發(fā)電極控制系統(tǒng)由無線遙控器、接收天線，以及封裝在金屬屏蔽殼[22]內(nèi)的高頻接收模塊、解碼IC、驅(qū)動(dòng)電路、繼電器、12V蓄電池組成。當(dāng)按下遙控器按鈕，遙控器發(fā)出的無線電信號(hào)被天線接收后傳給高頻接收模塊，再經(jīng)過解碼IC解碼后由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)繼電器，使繼電器動(dòng)點(diǎn)閉合，由導(dǎo)線[18]接通蓄電池和電磁鐵的繞線包，電磁鐵鐵芯[15]吸合推動(dòng)觸發(fā)電極[9]向主電極運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)開關(guān)導(dǎo)通放電；松開遙控器按鈕后，電磁鐵鐵芯[15]在彈簧[17]彈力作用下恢復(fù)到原來位置，等待下次觸發(fā)放電。
權(quán)利要求
1.一種遙控油絕緣高壓脈沖納秒開關(guān)，包括有機(jī)玻璃外殼、電極盤、陰極、陽極、運(yùn)動(dòng)觸發(fā)電極、遙控觸發(fā)控制系統(tǒng)和開關(guān)內(nèi)部油絕緣介質(zhì)，其特征在于所述遙控觸發(fā)控制系統(tǒng)由電磁鐵、無線接收控制電路、遙控器組成，電磁鐵外殼頭部螺紋與開關(guān)外殼緊擰在一起，所述無線接收控制電路包括天線、高頻接收模塊、解碼IC、驅(qū)動(dòng)電路、繼電器和蓄電池。
2.如權(quán)利要求1所述的高壓開關(guān)，其特征在于所述電磁鐵鐵芯末端通過有機(jī)玻璃桿與觸發(fā)電極連接，通過遙控器遠(yuǎn)距離控制遙控觸發(fā)控制系統(tǒng)給電磁鐵通電，電磁鐵鐵芯帶動(dòng)觸發(fā)電極向主電極運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)開關(guān)導(dǎo)通放電。
3.如權(quán)利要求1所述的高壓開關(guān)，其特征在于所述開關(guān)外殼用絕緣性能好、有機(jī)械強(qiáng)度高的機(jī)玻璃整體加工而成，內(nèi)部挖成雙凹槽形狀。
4.如權(quán)利要求1所述的高壓開關(guān)，其特征在于所述陰極、陽極和觸發(fā)電極均為不銹鋼材質(zhì)，陽極、陰極與電極盤通過螺栓緊固在一起，可以根據(jù)需要更換不同長度的電極來調(diào)節(jié)兩電極的間距，也方便以后更換新電極。
5.如權(quán)利要求1所述的高壓開關(guān)，其特征在于所采用的開關(guān)內(nèi)部絕緣介質(zhì)為精煉菜籽油，減小了開關(guān)導(dǎo)通放電時(shí)的電感，產(chǎn)生上升沿小于2ns放電波形。
全文摘要
一種遙控油絕緣高壓脈沖納秒開關(guān)，包括有機(jī)玻璃外殼、電極盤、陰極、陽極、觸發(fā)電極、電磁鐵、精煉菜籽油絕緣介質(zhì)和遙控觸發(fā)控制系統(tǒng)。陽極、陰極與電極盤通過螺栓緊固在一起。電磁鐵外殼頭部有螺紋，與開關(guān)有機(jī)玻璃外殼連接在一起。電磁鐵鐵芯末端通過有機(jī)玻璃桿與觸發(fā)電極連接。遙控觸發(fā)控制系統(tǒng)由無線遙控器、接收天線，以及封裝在金屬屏蔽殼內(nèi)的高頻接收模塊、解碼IC、驅(qū)動(dòng)電路、繼電器以及蓄電池組成。遙控器發(fā)出的無線電信號(hào)被天線接收后傳給高頻接收模塊，再經(jīng)過解碼IC解碼后由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)繼電器，給電磁鐵通電，推動(dòng)觸發(fā)電極向主電極運(yùn)動(dòng)，安全、可靠、便捷地實(shí)現(xiàn)高電壓快速放電，形成上升沿為納秒級(jí)的脈沖波形。
文檔編號(hào)H01T2/02GK102163805SQ201010601088
公開日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者周璧華, 李炎新, 王啟武, 石立華, 蘇麗媛, 陸峰, 高成 申請(qǐng)人:中國人民解放軍理工大學(xué)