带刀口紫外线预电离的轨道开关及其触发电路

摘要

本发明公开了一种带刀口紫外线预电离的轨道开关及其触发电路，包括上电极、下电极、触发电极、绝缘固定腔以及绝缘盖板，上、下电极呈对称设置，中间的触发电极采用两块刀口电极，所有电极通过不锈钢螺丝固定在绝缘固定腔和绝缘盖板上，绝缘固定腔和绝缘盖板通过尼龙螺丝固定在一起。本发明所述轨道开关能够稳定地形成多通道，可在降低开关电感的同时提高开关的通流能力、延长开关的寿命以及减小开关的抖动。

说明书

技术领域

本发明涉及气体放电开关及其触发电路，特别涉及一种可用于快前沿直线脉冲变压器 驱动源(FLTD)、X-Pinch等脉冲功率装置的带刀口紫外线预电离的轨道开关及其触发电 路。

背景技术

气体开关作为一种常用的脉冲功率开关，具有工作电压高、传导电流大、触发抖动低、 造价低等优点，因此在高电压电工技术领域和脉冲功率技术领域中得到了广泛的应用。

作为高功率脉冲源的典型代表，快前沿直线脉冲变压器驱动源(FLTD)、X-Pinch等 装置对气体开关的电感、触发抖动、通流能力、寿命提出了更高的要求。然而，目前使用 的气体开关很难同时实现开关的低电感、低抖动、大通流能力和长寿命。尤其是在大电流 下，随着开关放电次数的增加，开关的电感、抖动会逐渐增大，直至不能满足脉冲功率源 的要求。

轨道开关由于能够实现多通道放电，因此减小了单个通道的电流密度，能够有效地降 低开关电感、提高开关寿命，并能够将开关的抖动控制在较理想的范围内。

紫外线预电离技术能够降低开关的击穿电压，减小开关击穿电压的分散性，有助于减 小开关的击穿抖动，因此被广泛的应用于脉冲功率的开关中。

刃-刃电极、刃-棒电极在击穿的过程中能够较早的产生电晕，为间隙击穿提供充足的 有效电子，因此能够有效地降低开关的击穿延时、击穿抖动，并且在一定条件下能够形成 较多的放电通道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带刀口紫外线预电离的轨道开关及其触发电路。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种带刀口紫外线预电离的轨道开关，该轨道开关包括上电极、下电极以及触发电极， 上、下电极对称设置于触发电极的两侧，触发电极包括两个相对设置的刀口电极，两个刀 口电极的截面为刀刃形，刀刃形的刀口部分为顶角小于45度的等腰三角形，两个刀口电 极间留有0.5mm～2mm的间隙，上、下电极分别与所述间隙相对。

所述轨道开关还包括带有开口的绝缘固定腔以及用于封闭所述开口的绝缘盖板，两个 刀口电极以及上电极和下电极均设置于绝缘固定腔内，两个刀口电极以及下电极通过导电 螺丝固定在绝缘固定腔内壁上，上电极通过导电螺丝固定在绝缘盖板上，绝缘盖板通过绝 缘螺丝与绝缘固定腔相连。

所述上电极与下电极间留有0.5cm～3cm的间隙。

所述上电极、下电极和两个刀口电极均由不锈钢材料制成。

所述上电极以及下电极的截面为半圆形，上电极以及下电极沿长度方向的两端通过半 锥形过渡，两个刀口电极沿长度方向的两端倒圆角。

上述带刀口紫外线预电离的轨道开关的触发电路，该触发电路包括均压电阻，所述轨 道开关的一个刀口电极分别通过对应的均压电阻与上电极以及下电极相连，触发脉冲通过 该刀口电极送入所述触发电路，该刀口电极与所述轨道开关的另一个刀口电极通过照明间 隙并联电阻相连。

所述照明间隙并联电阻采用20kΩ～2MΩ电阻。

所述触发电路还包括直流高压源、充电电阻、放电电容器以及负载电阻，充电电阻的 一端与直流高压源相连，充电电阻的另一端与上电极相连，放电电容器与负载电阻串联后 接于上电极与下电极之间，下电极接地。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明中触发电极采用两片刀口电极，刀口部分夹角较小且为三角形，因此，触 发前，两片刀口电极可近似看作一大块平板电极，使得主电极间的电场为稍不均匀场，可 减小电场畸变。

2、本发明中当刀口电极间距在0.5mm～2mm范围内时，单独在刀口电极施加触发电压 脉冲时，两片刀口电极之间能随机形成多通道。在触发电压脉冲在刀口电极上达到一定幅 值后，刀口电极间形成多通道、放出紫外线，可以有效照射开关主电极间的区域，紫外线 产生于间隙击穿前，因而能够有效地减小开关的延时、抖动。

3、本发明中刀口电极间形成多通道、放出紫外线可以产生空间电离，产生空间电荷， 使得刀口电极尖端附近的电场严重畸变，降低开关击穿电压的幅值。

4、本发明中刀口电极间形成多通道，产生多个紫外线照射源，这些紫外线照射源能 够引导主电极间形成多通道，从而有效减小开关的电感，降低单个通道承载的电流，提高 开关的通流能力，延长开关的寿命。

附图说明

图1是本发明所述带刀口紫外线预电离的轨道开关的纵剖面结构图；

图2是本发明所述带刀口紫外线预电离的轨道开关的横剖面结构图；

图3是本发明所述带刀口紫外线预电离的轨道开关的侧剖面结构图；

图4是本发明所述带刀口紫外线预电离的轨道开关的上、下电极结构图；

图5是本发明所述带刀口紫外线预电离的轨道开关的刀口电极结构图；

图6是本发明所述带刀口紫外线预电离的轨道开关放电回路的电路图；

图7是不带刀口预电离的轨道开关放电回路的电路图；

图中：上电极1、下电极2、第一刀口电极3、第二刀口电极4、绝缘固定腔5、绝缘 盖板6、直流高压源7、充电电阻8、放电电容器9、负载电阻10、照明间隙并联电阻11、 均压电阻12、隔直电容器13、触发脉冲14，虚线框部分为脉冲器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做详细说明。

参见图1～图5，本发明所述带刀口紫外线预电离的轨道开关包括：上电极1、下电极 2、触发电极(第一刀口电极3、第二刀口电极4)、绝缘固定腔5、绝缘盖板6，其中，上、 下电极相对触发电极呈对称设置，上、下电极的截面为半圆形，且沿长度方向的两端通过 半锥形过渡，上、下电极中间的触发电极采用两块刀口电极，刀口电极截面为刀刃形，刀 口部分为顶角为小角度的(小于45°)等腰三角形，刀口电极间距在0.5mm～2mm，刀口电 极沿长度方向的两端倒圆角，所有电极通过不锈钢螺丝对应固定在绝缘固定腔5和绝缘盖 板6上，绝缘固定腔5和绝缘盖板6通过尼龙螺丝固定在一起，绝缘盖板将绝缘固定腔封 闭起来，所有电极均由不锈钢材料制成。

上述带刀口紫外线预电离的轨道开关正常放电时的电路如图6所示，上电极1与第一 刀口电极3之间、第一刀口电极3与下电极2之间分别用均压电阻12连接(均压电阻为 阻值200MΩ的玻璃釉电阻)，两块刀口电极间用照明间隙并联电阻11连接(照明间隙并 联电阻为阻值100kΩ的玻璃釉电阻)，放电电容器9的一端与上电极1相连，放电电容器 9的另一端通过负载电阻10与下电极2相连，直流高压源7通过充电电阻8给放电电容器 9充电，触发器分别与第一刀口电极3以及地连接，触发器产生的触发脉冲14通过隔直电 容器13与第一刀口电极3连接，第二刀口电极4接地。

在一定的条件下，轨道开关的触发电极能够稳定地形成多通道，触发电极的多通道可 以引燃主间隙(指上下电极间隙)放电形成多通道，可在降低开关电感的同时提高开关的 通流能力、延长开关的寿命。

实施例1

本实施例为带刀口紫外线预电离的轨道开关，其主电极形状和刀口电极形状如图4、 图5所示，其放电回路如图6所示。开关主电极(指上、下电极)间距为1.2cm，刀口电 极间距为1mm，其自击穿电压均值为32kV，触发电压幅值为81kV、前沿为30ns，充电电 阻为40MΩ，负载电阻100mΩ，放电电容器大小为80nF。当开关主电极施加电压分别为 10kV、15kV、20kV、25kV时，其抖动分别为1.9ns、1.2ns、0.5ns、0.5ns，其形成的平均 通道数为4.9、5.2、5.7、6.0。

实施例2

本实施例为带刀口紫外线预电离的轨道开关，其主电极形状和刀口电极形状如图4、 图5所示，其放电回路如图6所示。开关主电极间距为2.2cm，刀口电极间距为1mm，其 自击穿电压均值为62.6kV，触发电压幅值为81kV、前沿为30ns，充电电阻为40MΩ，负 载电阻100mΩ，放电电容器大小为80nF。当开关主电极施加电压分别为18kV、36kV、48kV 时，其抖动分别为64ns、4.5ns、1.4ns，其形成的平均通道数为4.6、5.3、5.7。

实施例3

本实施例为不带刀口预电离的轨道开关，其主电极形状和刀口电极形状如图4、图5 所示，其放电回路如图7所示。开关主电极间距为2.2cm，刀口电极间距为1mm，其自击 穿电压均值为62.6kV，触发电压幅值为81kV、前沿为30ns，充电电阻为40MΩ，负载电 阻100mΩ，放电电容器大小为80nF。当开关主电极施加电压分别为18kV、36kV、48kV 时，其抖动分别为170ns、9ns、1.5ns。由于未使用照明间隙并联电阻11，不存在刀口电极 紫外线预电离，与实施例1、2相比，在低欠压比下的抖动明显偏大。