本發(fā)明涉及脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于快脈沖直線變壓器(fltd)的初級(jí)放電單元及其制作方法及具有該初級(jí)放電單元的快脈沖直線變壓器，主要特點(diǎn)是開(kāi)關(guān)與電容器形成一體化組合方式和同軸型放電回路，能夠用于fltd的部件組成結(jié)構(gòu)改進(jìn)和放電回路參數(shù)優(yōu)化。

背景技術(shù)：

脈沖功率技術(shù)是一種以較低的功率儲(chǔ)存電場(chǎng)(磁場(chǎng))能量，再以高功率脈沖電磁能量釋放到特定負(fù)載的電物理技術(shù)。脈沖功率裝置在可控慣性約束聚變、高功率激光、高功率微波等領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用，而根據(jù)這些應(yīng)用的要求，又推動(dòng)了脈沖功率技術(shù)向極快速、高功率、緊湊化、小型化等方向發(fā)展。

fltd是一種新型脈沖功率裝置，具有結(jié)構(gòu)緊湊、模塊化設(shè)計(jì)、串并聯(lián)方便等特點(diǎn)，能夠直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，相對(duì)于傳統(tǒng)裝置技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯、發(fā)展?jié)摿薮?。fltd工作原理：?jiǎn)渭?jí)模塊內(nèi)變壓器的多個(gè)初級(jí)放電支路并聯(lián)勵(lì)磁，實(shí)現(xiàn)大電流輸出；若干個(gè)模塊次級(jí)回路共用、串聯(lián)放電，實(shí)現(xiàn)高電壓輸出。

fltd是將放電回路化整為零，這樣使得輸出脈沖波形和組成結(jié)構(gòu)主要由單元電路參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸決定。初級(jí)放電單元主要由開(kāi)關(guān)和電容器組成，它們之間合理的組合裝配方式與放電回路結(jié)構(gòu)，不但能夠減小初級(jí)單元外形尺寸，而且可以降低回路電感，進(jìn)而減小放電時(shí)間、增大放電電流，有利于實(shí)現(xiàn)fltd的小型化和快脈沖、大電流輸出。

當(dāng)前，fltd采用的初級(jí)放電單元結(jié)構(gòu)如圖4：電容器17和18為100kv、方塊狀、雙端引出、絕緣外殼的高壓脈沖電容器，電容器17和18平行放置，分別正負(fù)充電；放電開(kāi)關(guān)19采用正負(fù)加電的200kv高壓氣體火花開(kāi)關(guān)，在電容器17和18一側(cè)，開(kāi)關(guān)19分別與電容器17和18的高壓端相接、串聯(lián)放電。這種獨(dú)立器件組合結(jié)構(gòu)和“u”型放電回路，還存在較大的電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)優(yōu)化空間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有fltd初級(jí)單元器件獨(dú)立布放、結(jié)構(gòu)不緊湊的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種開(kāi)關(guān)與電容一體化、同軸型布置的初級(jí)放電單元，該單元可形成緊湊的電路結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種初級(jí)放電單元，包括兩個(gè)電容器及氣體火花開(kāi)關(guān)，其特殊之處在于：

還包括支撐殼體與開(kāi)關(guān)電容連接部件，上述支撐殼體包括中心套筒、設(shè)置在中心套筒外壁的絕緣隔板及設(shè)置在中心套筒上的充氣嘴和觸發(fā)針；上述開(kāi)關(guān)電容連接部件與中心套筒形成密封腔室；

上述電容器為環(huán)形電容器，包括外殼、電容芯子、位于電容芯子頂端的電容高壓引出端與位于電容芯子底端的電容低壓引出端；(定義靠近絕緣隔板的一端為電容芯子的底端，其相對(duì)端即為頂端)

電容器的外殼與支撐殼體中心套筒的側(cè)壁及絕緣隔板共同形成環(huán)形密封腔體；電容芯子、電容高壓引出端與電容低壓引出端均位于環(huán)形密封腔體內(nèi)；

兩個(gè)電容器的電容低壓引出端分別固定在絕緣隔板的上表面與下表面；

上述氣體火花開(kāi)關(guān)設(shè)置于中心套筒與開(kāi)關(guān)電容連接部件形成的密封腔室內(nèi)；

上述氣體火花開(kāi)關(guān)的電極與電容器的電容高壓引出端通過(guò)開(kāi)關(guān)電容連接部件連接。

將兩只電容器設(shè)計(jì)成套筒結(jié)構(gòu)，開(kāi)關(guān)嵌套放入兩個(gè)套筒內(nèi)部，電容高壓引出端與開(kāi)關(guān)電極在兩端相接，低壓輸出電極在中路匯聚，形成緊湊的同軸型放電回路；開(kāi)關(guān)與電容三個(gè)器件之間所有的高壓部位采用體絕緣方式，避免出現(xiàn)沿面絕緣。

優(yōu)選地，上述電容芯子包括高壓儲(chǔ)能電容芯子與設(shè)置在高壓儲(chǔ)能電容芯子內(nèi)側(cè)的均壓電容芯子。

優(yōu)選地，上述氣體火花開(kāi)關(guān)為多間隙氣體火花開(kāi)關(guān)；上述均壓電容芯子包括多個(gè)環(huán)形極板，各極板與電容高壓引出端之間的垂直距離各不相同，與電容高壓引出端相鄰的極板與電容高壓引出端相連，與電容低壓引出端相鄰的極板與電容低壓引出端相連，多個(gè)環(huán)形極板形成多個(gè)串聯(lián)的電容，環(huán)形極板的位置與開(kāi)關(guān)間隙呈對(duì)應(yīng)關(guān)系。電容與開(kāi)關(guān)多個(gè)電極間的電場(chǎng)分布相互配合，保證多間隙開(kāi)關(guān)各個(gè)間隙的電壓均勻分布。

優(yōu)選地，為了與電容低壓引出端形成均壓電容，與電容低壓引出端相鄰的極板的橫截面呈“l(fā)”型。

優(yōu)選地，為了增加初級(jí)放電單元的沿面絕緣能力，上述外殼上設(shè)置波浪結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，為了形成良好的體絕緣，利用熔接技術(shù)將外殼與支撐殼體連接。

本發(fā)明還提供一種上述初級(jí)放電單元的制作方法，包括以下步驟：

1)、將兩個(gè)電容器的電容低壓引出端固定于支撐殼體的絕緣隔板上；

2)、將兩個(gè)電容器的電容芯子壓接到電容低壓引出端；

3)、通過(guò)外殼將電容高壓引出端壓接在電容芯子的頂端；將外殼與支撐殼體的中心套筒及絕緣隔板連接；

4)、將氣體火花開(kāi)關(guān)置于中心套筒中，利用螺釘穿過(guò)開(kāi)關(guān)電容連接部件及外殼后與電容高壓引出端相連。

優(yōu)選地，上述步驟2)具體為，首先將高壓儲(chǔ)能電容芯子同軸嵌套在均壓電容芯子外側(cè)，形成電容芯子，然后將電容芯子同軸嵌套在支撐殼體的中心套筒外側(cè)，并壓接到電容低壓引出端；步驟3)具體通過(guò)熔接技術(shù)將外殼與支撐殼體的中心套筒及絕緣隔板連接。

本發(fā)明還提供一種包括上述初級(jí)放電單元的快脈沖直線變壓器。

本發(fā)明的有益效果是：

1、多間隙氣體火花開(kāi)關(guān)與高壓脈沖電容器形成一體化模塊，減小了初級(jí)放電單元的外形尺寸，有利于fltd模塊的小型化設(shè)計(jì)；

2、氣體火花開(kāi)關(guān)和高壓脈沖電容器采用內(nèi)外同軸型布放方式，緊湊的同軸型放電回路，降低初級(jí)放電支路電感，優(yōu)化放電回路參數(shù)，提高fltd輸出性能；

3、氣體火花開(kāi)關(guān)與電容器形成一個(gè)整體，降低了初級(jí)放電單元在fltd模塊中安裝與拆卸的難度；

4、均壓電容與多間隙氣體火花開(kāi)關(guān)形成均勻的間隙電場(chǎng)分布，為多間隙氣體火花開(kāi)關(guān)提供了穩(wěn)定的工作環(huán)境，無(wú)論在何種場(chǎng)合使用初級(jí)放電單元，放置在電容內(nèi)部的氣體火花開(kāi)關(guān)工作環(huán)境不變，提高氣體火花開(kāi)關(guān)的工作穩(wěn)定性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明初級(jí)放電單元的整體縱剖面結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明初級(jí)放電單元的俯視圖；

圖3是本發(fā)明多間隙氣體火花開(kāi)關(guān)與均壓電容的電極位置分布局部剖面圖；

圖4是現(xiàn)有的fltd初級(jí)放電單元電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中附圖標(biāo)記為：1-上高壓儲(chǔ)能電容芯子，2-下高壓儲(chǔ)能電容芯子，3-上均壓電容芯子，31、32、33、34、35、36-均壓電容芯子的環(huán)形電容極板，4-下均壓電容芯子，5-上外殼，6-下外殼，7-上電容高壓引出端，8-下電容高壓引出端，9-上電容低壓引出端，10-下電容低壓引出端，11-上開(kāi)關(guān)電容連接部件，12-下開(kāi)關(guān)電容連接部件，13-支撐殼體，131-中心套筒，132-絕緣隔板，14-多間隙氣體火花開(kāi)關(guān)，141、142、143、144-開(kāi)關(guān)電極，15-充氣嘴，16-觸發(fā)針，17-+100kv電容器，18--100kv電容器，19-正負(fù)加電的200kv高壓氣體火花開(kāi)關(guān)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。

本實(shí)施例初級(jí)放電單元包括支撐殼體13、上環(huán)形電容器、下環(huán)形電容器及多間隙氣體火花開(kāi)關(guān)14；支撐殼體13包括中心套筒131、設(shè)置在中心套筒外壁的環(huán)形絕緣隔板132及設(shè)置在中心套筒上的充氣嘴15和觸發(fā)針16；上環(huán)形電容器包括上高壓儲(chǔ)能電容芯子1與設(shè)置在上高壓儲(chǔ)能電容芯子1內(nèi)側(cè)的上均壓電容芯子3；下環(huán)形電容器包括下高壓儲(chǔ)能電容芯子2與設(shè)置在下高壓儲(chǔ)能電容芯子2內(nèi)側(cè)的下均壓電容芯子4；上高壓儲(chǔ)能電容芯子1與上均壓電容芯子3的頂端為上電容高壓引出端7，底端為上電容低壓引出端9；下高壓儲(chǔ)能電容芯子2與下均壓電容芯子4的頂端均為下電容高壓引出端8，底端為下電容低壓引出端10，定義靠近絕緣隔板的一端為電容芯子的底端，其相對(duì)端即為頂端，上電容低壓引出端9固定于環(huán)形絕緣隔板132上表面，下電容低壓引出端10固定于環(huán)形絕緣隔板132下表面。

上均壓電容芯子3與下均壓電容芯子4均包括由六個(gè)環(huán)形極板構(gòu)成串聯(lián)電容，環(huán)形極板的位置與開(kāi)關(guān)間隙呈對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖3所示，由于多間隙氣體火花開(kāi)關(guān)14和兩個(gè)環(huán)形電容器的結(jié)構(gòu)呈軸對(duì)稱(chēng)和上、下對(duì)稱(chēng)，因此圖3僅給出了對(duì)稱(chēng)部分的初級(jí)放電單元局部示意圖。極板36(即與電容低壓引出端相鄰的極板)的橫截面呈“l(fā)”型，目的是可以與電容低壓引出端形成均壓電容；極板31和極板32、極板32和極板33、極板33和極板34、極板34和35、極板35和36、極板36和電容低壓引出端形成6個(gè)電容量相同的串聯(lián)均壓電容。各極板與電容高壓引出端之間的垂直距離各不相同，極板31(即與電容高壓引出端相鄰的極板)與電容高壓引出端相連；6個(gè)極板之間采用介質(zhì)薄膜絕緣(與電容芯子的卷繞方式一樣)，6個(gè)極板的位置和尺寸與開(kāi)關(guān)各個(gè)電極(141、142、143、144)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系需要利用電場(chǎng)仿真軟件計(jì)算給出，不同間距、尺寸的開(kāi)關(guān)電極，其均壓電容極板的位置和尺寸也不相同。

上環(huán)形電容器還包括上外殼5，該外殼與支撐殼體13的中心套筒131及環(huán)形絕緣隔板132構(gòu)成密封腔體，上高壓儲(chǔ)能電容芯子1、上均壓電容芯子3、上電容高壓引出端7及上電容低壓引出端9均位于該密封腔體內(nèi)部；下環(huán)形電容器還包括下外殼6，該外殼與支撐殼體13的中心套筒131及環(huán)形絕緣隔板132構(gòu)成密封腔體，下高壓儲(chǔ)能電容芯子2、下均壓電容芯子4、下電容高壓引出端8及下電容低壓引出端10均位于該密封腔體內(nèi)部；上開(kāi)關(guān)電容連接部件11、下開(kāi)關(guān)電容連接部件12與中心套筒131形成密封腔室。

多間隙氣體火花開(kāi)關(guān)14設(shè)置于支撐殼體13的中心套筒131與開(kāi)關(guān)電容連接部件形成的密封腔室內(nèi)，多間隙氣體火花開(kāi)關(guān)14的電極通過(guò)開(kāi)關(guān)電容連接部件與電容高壓引出端連接，具體的開(kāi)關(guān)電容連接部件的中段與氣體火花開(kāi)關(guān)的電極連接，開(kāi)關(guān)電容連接部件的四周利用螺釘穿過(guò)外殼后與電容器的電容高壓引出端相連。

本發(fā)明的裝配過(guò)程是，上電容低壓引出端9和下電容低壓引出端10分別采用模具澆筑的方法固定于支撐殼體13的絕緣隔板132上，上高壓儲(chǔ)能電容芯子1同軸嵌套在上均壓電容芯子3外側(cè)，形成上電容芯子，上電容芯子同軸嵌套在支撐殼體13的中心套筒外側(cè)，并與上電容低壓引出端9壓接在一起，采用相同的方法，形成下電容芯子，并將其與下電容引出端10壓接在一起。上均壓電容3和下均壓電容4分別由6個(gè)環(huán)形極板形成的串聯(lián)電容構(gòu)成，環(huán)形極板的位置與開(kāi)關(guān)間隙呈對(duì)應(yīng)關(guān)系。上電容高壓引出端7和下電容高壓引出端8通過(guò)上外殼5和下外殼6分別壓接在上均壓電容3、上高壓儲(chǔ)能電容芯子1和下均壓電容4、下高壓儲(chǔ)能電容芯子2頂端，同時(shí)，上外殼5與下外殼6分別利用熔接技術(shù)與支撐殼體13形成良好的體絕緣連接。多間隙氣體火花開(kāi)關(guān)14置于支撐殼體13的中心套筒中，上開(kāi)關(guān)電容連接部件11和下開(kāi)關(guān)電容連接部件12利用螺釘穿過(guò)上外殼5和下外殼6后分別與上電容高壓引出端7和下電容高壓引出端8相連。充氣嘴15和觸發(fā)針16從支撐殼體13的側(cè)面中部位置引入到支撐殼體13的中心套筒中，為多間隙氣體火花開(kāi)關(guān)14進(jìn)行充氣及觸發(fā)。充氣嘴15和觸發(fā)針16在同一平面，呈120°夾角放置(如圖2)。

合理選取初級(jí)放電單元各部件的參數(shù)，上高壓儲(chǔ)能電容芯子1和下高壓儲(chǔ)能電容芯子2均選取容量為40nf，結(jié)構(gòu)為環(huán)形圓柱型，多間隙氣體火花開(kāi)關(guān)14的最高工作電壓為200kv，為增加初級(jí)放電單元的沿面絕緣能力，上外殼5和下外殼6均設(shè)計(jì)了波浪結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)已經(jīng)對(duì)發(fā)明內(nèi)容給出了充分的說(shuō)明，各組件的具體參數(shù)可以根據(jù)實(shí)際需求設(shè)定，普通技術(shù)人員足以通過(guò)本發(fā)明說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容加以實(shí)施。在權(quán)利要求的框架下，任何基于本發(fā)明思路的改進(jìn)都屬于本發(fā)明的權(quán)利范圍。