專利名稱：具有快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)的激光觸發(fā)真空開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于脈沖功率系統(tǒng)閉合開關(guān)領(lǐng)域，尤其涉及一種既具有快速的觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)間和穩(wěn)定的觸發(fā)精度，又可減少大電流電弧對(duì)電極的損害，可有效地延長(zhǎng)開關(guān)使用壽命的具有快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)的激光觸發(fā)真空開關(guān)。
背景技術(shù)：
脈沖功率系統(tǒng)用以產(chǎn)生高電壓、強(qiáng)電流、大功率的脈沖，其工作電壓、電流、功率依次在kV、kA、MW水平以上，重復(fù)頻率小于每秒1000個(gè)脈沖。脈沖功率系統(tǒng)可用于強(qiáng)激光、電磁炮等國防領(lǐng)域，管道解垢、工業(yè)垃圾粉碎等工業(yè)生活領(lǐng)域和醫(yī)療領(lǐng)域。閉合開關(guān)是脈沖功率系統(tǒng)中極為重要的器件，起著連接儲(chǔ)能器件和負(fù)載的作用，用于導(dǎo)通和隔離電流回路，并影響脈沖波形的陡化程度，其特性直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。因此，閉合開關(guān)不但要承受高壓、強(qiáng)流、高功率，還要具有觸發(fā)延時(shí)小，觸發(fā)精度高，工作穩(wěn)定，滿足重復(fù)頻率要求等性能，同時(shí)還要具有足夠的使用壽命。目前，脈沖功率系統(tǒng)中常用的閉合開關(guān)可分為氣體開關(guān)、固體開關(guān)、液體開關(guān)、贗火花開關(guān)及觸發(fā)真空開關(guān)(Triggered Vacuum Switch, TVS)等。觸發(fā)真空開關(guān)是將真空開關(guān)技術(shù)和三極火花隙技術(shù)相結(jié)合的一種新型開關(guān)器件，觸發(fā)真空開關(guān)可通過觸發(fā)極進(jìn)行電觸發(fā)、借助外加注入的電子束流、激光束照射和X射線束照射觸發(fā)。通過激光束照射觸發(fā)的真空開關(guān)稱為激光觸發(fā)真空開關(guān)(Laser Triggered Vacuum Switch, LTVS),由于激光觸發(fā)真空開關(guān)的觸發(fā)延時(shí)短至幾十ns，觸發(fā)精度可達(dá)到5ns以內(nèi)，是近年來被認(rèn)為是最具發(fā)展與應(yīng)用前景的大功率快速控制開關(guān)?，F(xiàn)有激光觸發(fā)真空開關(guān)的結(jié)構(gòu)較多，其中一種結(jié)構(gòu)是有一密封殼體，在密封殼體的軸向一端固定有第一電極，在密封殼體的軸向另一端固定有第二電極，第一電極與第二電極的兩個(gè)相對(duì)的端面之間留有間隙，即激光觸發(fā)間隙，在第一電極內(nèi)設(shè)有沿軸向的通孔，通孔的一端與激光照射裝 置(激光照射窗等)相接，在第二電極與第一電極相對(duì)的端面上有凹槽，凹槽內(nèi)固定有靶電極，通孔與靶電極同軸。工作時(shí)，由脈沖功率系統(tǒng)控制器控制激光器產(chǎn)生激光脈沖，通過激光照射裝置及通孔照射到靶電極上，從而在激光觸發(fā)間隙處產(chǎn)生等離子蒸汽，在第一電極、第二電極的電壓作用下，產(chǎn)生帶電粒子，帶電粒子又在強(qiáng)電場(chǎng)作用下進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)，引起電離等過程，最后由間隙中的帶電粒子構(gòu)成電流傳輸通路，即開關(guān)閉合。一般情況下激光觸發(fā)真空開關(guān)電弧電壓低，電極燒蝕率亦較低，但是如果流過電極的電流波形周期大于5ms，峰值超過500kA時(shí)，就極易發(fā)生電極燒蝕，縮短了開關(guān)的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，提供一種既具有快速的觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)間和穩(wěn)定的觸發(fā)精度，又可減少大電流電弧對(duì)電極的損害，可有效地延長(zhǎng)開關(guān)使用壽命的具有快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)的激光觸發(fā)真空開關(guān)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種具有快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)的激光觸發(fā)真空開關(guān)，有密封殼體，在密封殼體的軸向一端固定有第一電極，在密封殼體的軸向另一端固定有第二電極，在第一電極內(nèi)設(shè)有沿軸向的通孔，通孔的一端與激光照射裝置相接，通孔的另一端相對(duì)設(shè)置有靶電極，第一電極的端面與靶電極之間有激光觸發(fā)間隙，在所述密封殼體內(nèi)還設(shè)有快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)，快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出桿通過彈性連接件與動(dòng)導(dǎo)電桿相接，所述靶電極置于動(dòng)導(dǎo)電桿的前端面上，在動(dòng)導(dǎo)電桿外設(shè)有導(dǎo)電固定件，動(dòng)導(dǎo)電桿與導(dǎo)電固定件之間有滾動(dòng)連接件，動(dòng)導(dǎo)電桿通過導(dǎo)電固定件及導(dǎo)電連接件與第二電極相接，在密封殼體內(nèi)還設(shè)有感應(yīng)電流上升率值的線圈，線圈的輸出與控制電路相接，控制電路控制儲(chǔ)能器件為快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)勵(lì)磁。所述激光照射裝置是激光光纖耦合裝置，在所述的通孔有激光聚焦透鏡。本發(fā)明所采用的是激光觸發(fā)，具有快速的觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)間和穩(wěn)定的觸發(fā)精度，同時(shí)所設(shè)置的電源感應(yīng)線圈可自動(dòng)檢測(cè)流過電極的電流上升率值，當(dāng)檢測(cè)到電流上升率值小于設(shè)定的閾值時(shí)，即閉合電流周期較長(zhǎng)時(shí)，通過控制器驅(qū)動(dòng)快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使激光觸發(fā)間隙閉合，從而減少大電流電弧對(duì)電極的損害，有效地提聞開關(guān)的使用壽命。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所不與現(xiàn)有技術(shù)相同,有密封殼體1，在密封殼體I的軸向一端固定有第一電極2,在密封殼體I的軸向另一端固定有第二電極3,第一電極2為陽極(陰極),第二電極3為陰極(陽極)。在第一電極2內(nèi)設(shè)有沿軸向的通孔4，通孔4的一端與激光照射裝置5相接，通孔4的另一端相對(duì)設(shè)置有靶電極6，第一電極2的端面與靶電極6之間有激光觸發(fā)間隙7，與現(xiàn)有技術(shù)所不同的是在所述密封殼體I內(nèi)還設(shè)有快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)8 (可快速實(shí)現(xiàn)操動(dòng)的永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)、斥力機(jī)構(gòu)或其他快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)等)，快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)8的輸出桿9通過彈性連接件10與動(dòng)導(dǎo)電桿11相接，彈性連接件10可以是蝶形彈簧等，將靶電極6固定在動(dòng)導(dǎo)電桿11的前端面上，在動(dòng)導(dǎo)電桿11外設(shè)有導(dǎo)電固定件12，動(dòng)導(dǎo)電桿11與導(dǎo)電固定件12之間有滾動(dòng)連接件13，動(dòng)導(dǎo)電桿11通過導(dǎo)電固定件12及導(dǎo)電連接件14與第二電極3相接，在密封殼體I內(nèi)還設(shè)有感應(yīng)電流上升率值的線圈15，可以采用羅氏線圈，固定在導(dǎo)電固定件12的前端。線圈15的輸出與控制電路16相接，控制電路16控制儲(chǔ)能器件17為快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)8勵(lì)磁，儲(chǔ)能器件17可以是蓄電池、電容等。激光照射裝置5可以是激光光纖耦合裝置，在所述通孔4中有激光聚焦透鏡18。工作原理
1.本發(fā)明的激光觸發(fā)部分同現(xiàn)有技術(shù)；
2.羅氏線圈15實(shí)時(shí)檢測(cè)電流上升率值，當(dāng)電流上升率值超過設(shè)定閾值時(shí)，說明導(dǎo)通電流是波形周期小于5ms的電流波，此 時(shí)快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)8不動(dòng)作，待脈沖電流波衰減完畢時(shí)整個(gè)開關(guān)斷開；若由羅氏線圈15檢測(cè)到的電流上升率值小于設(shè)定閾值時(shí)，說明導(dǎo)通電流是波形周期為大于5ms的電流波,此時(shí)控制電路16輸出信號(hào)控制儲(chǔ)能器件17對(duì)永磁力操動(dòng)機(jī)構(gòu)8的合閘勵(lì)磁線圈放電,使快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)8動(dòng)作,其輸出桿9帶動(dòng)動(dòng)導(dǎo)電桿11與第一電極2相接，使激光觸發(fā)間隙7閉合；當(dāng)羅氏線圈15檢測(cè)到電流衰減結(jié)束后，控制器16輸出信號(hào)控制儲(chǔ)能器件17對(duì)永磁力操動(dòng)機(jī)構(gòu)8的分閘勵(lì)磁線圈放電，從而使輸出桿9帶動(dòng)動(dòng)導(dǎo)電桿11與第一電極2分開， 為下一次開關(guān)工作做好準(zhǔn)備。
權(quán)利要求
1.一種具有快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)的激光觸發(fā)真空開關(guān)，有密封殼體(I)，在密封殼體(I)的軸向一端固定有第一電極(2),在密封殼體(I)的軸向另一端固定有第二電極(3),在第一電極(2)內(nèi)設(shè)有沿軸向的通孔(4)，通孔(4)的一端與激光照射裝置(5)相接，通孔(4)的另一端相對(duì)設(shè)置有靶電極(6)，第一電極(2)的端面與靶電極(6)之間有激光觸發(fā)間隙(7)，其特征在于在所述密封殼體(I)內(nèi)還設(shè)有快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)(8)，快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)(8)的輸出桿(9)通過彈性連接件(10)與動(dòng)導(dǎo)電桿(11)相接，所述靶電極(6)置于動(dòng)導(dǎo)電桿(11)的前端面上，在動(dòng)導(dǎo)電桿(11)外設(shè)有導(dǎo)電固定件(12)，動(dòng)導(dǎo)電桿(11)與導(dǎo)電固定件(12)之間有滾動(dòng)連接件(13)，動(dòng)導(dǎo)電桿(11)通過導(dǎo)電固定件(12)及導(dǎo)電連接件(14)與第二電極(3)相接，在密封殼體(I)內(nèi)還設(shè)有感應(yīng)電流上升率值的線圈(15 )，線圈(15 )的輸出與控制電路(16 )相接，控制電路(16 )控制儲(chǔ)能器件(17 )為快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)(8 )勵(lì)磁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)的激光觸發(fā)真空開關(guān)，其特征在于所述激光照射裝置(5 )是激光光纖耦合裝置，在所述的通孔(4 )有激光聚焦透鏡(18 )。
全文摘要
本發(fā)明公開一種既具有快速的觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)間和穩(wěn)定的觸發(fā)精度，又可減少大電流電弧對(duì)電極的損害，可有效地延長(zhǎng)開關(guān)使用壽命的具有快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)的激光觸發(fā)真空開關(guān)，在所述密封殼體內(nèi)還設(shè)有快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)，快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出桿通過彈性連接件與動(dòng)導(dǎo)電桿相接，所述靶電極置于動(dòng)導(dǎo)電桿的前端面上，在動(dòng)導(dǎo)電桿外設(shè)有導(dǎo)電固定件，動(dòng)導(dǎo)電桿與導(dǎo)電固定件之間有滾動(dòng)連接件，動(dòng)導(dǎo)電桿通過導(dǎo)電固定件及導(dǎo)電連接件與第二電極相接，在密封殼體內(nèi)還設(shè)有感應(yīng)電流上升率值的線圈，線圈的輸出與控制電路相接，控制電路控制儲(chǔ)能器件為快速操動(dòng)機(jī)構(gòu)勵(lì)磁。
文檔編號(hào)H01T2/00GK103066497SQ20121054630
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者段雄英, 廖敏夫, 鄒積巖, 杜林 , 李文浩 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)