專利名稱：感應式高壓多回路同步觸發(fā)脈沖放電裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明提出的感應式高壓多回路同步觸發(fā)脈沖放電裝置，屬于高壓電氣裝置。用一套本裝置可以代替幾個至百余個各自獨立的高壓脈沖放電回路，特別適用于代替幾十個中等或低等能量的獨立放電回路。
為了實現(xiàn)各自獨立的高壓脈沖放電回路的同步放電，國內(nèi)外歷來采用的方式是，每個回路都有一個主間隙(或稱主開關，以下同)，由一套復雜的同步觸發(fā)系統(tǒng)分別觸發(fā)各個主間隙，實現(xiàn)多回路的同步觸發(fā)導通。例如，電纜貯能二倍壓、四倍壓等多路觸發(fā)器，就屬于這樣的系統(tǒng)。日本電氣試驗所于60年代用這種方法實現(xiàn)25路獨立回路的同步放電。我國核工業(yè)部的五八五所于70年代也研制成這種多路觸發(fā)器系統(tǒng)。這種系統(tǒng)中除有觸發(fā)脈沖發(fā)生器外，還有貯能電纜、觸發(fā)開關、銳化開關等。它們將單一的觸發(fā)脈沖升壓、整形、轉(zhuǎn)化成多個觸發(fā)脈沖。由于每個脈沖只能觸發(fā)一個主間隙，有多少個主間隙，就需要相應數(shù)量的觸發(fā)脈沖。由此組成的多回路同步放電系統(tǒng)，還必須配有一整套復雜的控制系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的是用一個感應式高壓多回路同步觸發(fā)開關(以下簡稱感應開關)，取代現(xiàn)有技術中各回路中獨自的主間隙，直接利用觸發(fā)脈沖發(fā)生器發(fā)出的一個脈沖，實現(xiàn)多回路(從數(shù)個到百余個回路)的同步導通放電，省去觸發(fā)脈沖的倍壓、整形、轉(zhuǎn)化及相應的控制系統(tǒng)，使裝置簡化、體積縮小、造價降低。
本發(fā)明感應式高壓多回路同步觸發(fā)脈沖放電裝置是這樣構(gòu)成的，由直流高壓充電電源對多個并聯(lián)的放電回路供電，多個并聯(lián)的放電回路分別接入同一個感應開關的各組輸入電極和輸出電極。感應開關的結(jié)構(gòu)是這樣的在封閉的金屬外殼包圍的空間內(nèi)，有一根或者并列數(shù)根被稱作觸發(fā)棒的金屬管或金屬棒，它們彼此并且與殼體絕緣。一根或者平行的數(shù)根觸發(fā)棒，只有一個引出端，用同軸電纜引出與高壓脈沖發(fā)生器相聯(lián)，高壓脈沖發(fā)生器可以是高壓閘流管電路式的或其它形式的。每根觸發(fā)棒外有絕緣層，絕緣層外再套裝多個環(huán)形電極，相鄰兩環(huán)形電極之間用絕隙環(huán)絕緣，對應于每個環(huán)形電極有輸入電極和輸出電極共同組成一個獨立的主間隙，每個主間隙用于導通一個高壓放電回路。所有如此構(gòu)成的多個主間隙并聯(lián)聯(lián)結(jié)，組成一個多回路同步觸發(fā)開關系統(tǒng)。各個回路相互之間用高壓硅堆作為電隔離，環(huán)形電極與輸入電極和輸出電極之間的間隙可以調(diào)節(jié)，充放電回路中各元器件之間都用同軸電纜聯(lián)結(jié)。
根據(jù)使用的回路放電能量的大小及電壓的高低不同，感應開關體積的大小及相鄰環(huán)形電極之間的距離有所不同。本發(fā)明按照每個回路脈沖放電能量的大小，劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三種類型，相應的感應開關也劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三種型式。Ⅰ型適用于每個回路30焦耳以下能量;Ⅱ型適用于30焦耳～100焦耳能量;Ⅲ型適用于100焦耳以上能量。
下面以用Ⅰ型感應開關構(gòu)成的多回路同步觸發(fā)脈沖放電裝置為例，結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的內(nèi)容。


圖1是采用Ⅰ型感應開關組成的感應式高壓多回路同步觸發(fā)脈沖放電裝置的電原理圖。用高壓電纜從充電電源〔1〕引出電流并聯(lián)連結(jié)到多個隔離硅堆〔2〕，每個硅堆連結(jié)著一個儲能電容器〔3〕。儲能電容器的高壓端又與感應開關的高壓輸入電極〔4〕相連，感應開關的輸出電極〔8〕連結(jié)到負載〔7〕的一端，負載〔7〕的另一端與電容器〔3〕的接地端連結(jié)，組成一個放電回路。其運行原理是直流充電電源〔1〕輸出負高壓給儲能電容器〔3〕充電，當充到所需電壓時，由觸發(fā)脈沖發(fā)生器〔10〕輸出一個正脈沖給感應開關〔11〕中的觸發(fā)棒〔5〕，觸發(fā)棒〔5〕與環(huán)形電極〔6〕絕緣。于是在環(huán)形電極〔6〕上產(chǎn)生一個高壓感應信號，這個感應信號在環(huán)形電極〔6〕與輸入電極〔4〕和輸出電極〔8〕組成的間隙之間產(chǎn)生火花放電，從而導通高壓放電回路，儲能電容器〔3〕對負載〔7〕放電。隔離硅堆(或隔離電阻)〔2〕用于保證各個回路分別穩(wěn)定導通。各元器件間用同軸電纜連結(jié)。
感應開關自成一體，圖2是它的一種結(jié)構(gòu)型式。在用金屬制作的兩端封閉的殼體〔9〕中，裝有一根或平行的數(shù)根金屬管或金屬棒，稱作觸發(fā)棒〔5〕，觸發(fā)棒與殼體端部絕緣。殼體〔9〕的左端面裝有同軸電纜接頭〔12〕，它與觸發(fā)棒相接。觸發(fā)棒〔5〕外表面套裝一根有機玻璃絕緣管〔16〕，絕緣管〔16〕的兩端套裝有用以固定位置并與殼體〔9〕絕緣的帶裙邊絕緣套〔13〕。多個環(huán)形電極〔6〕套裝在絕緣管〔16〕的外表面。環(huán)形電極〔6〕由絕緣環(huán)〔15〕相互絕緣并分隔成所需的距離。在殼體〔9〕的兩側(cè)與各個環(huán)形電極相對應的位置安裝兩排同軸電纜接頭〔14〕，其中一排電纜接頭安裝高壓輸入電極〔4〕，另一排同軸電纜接頭安裝高壓輸出電極〔8〕。一個環(huán)形電極、一個輸入電極和一個輸出電極組成一個主間隙，位于同一垂直于金屬觸發(fā)棒軸線的平面上。主間隙的間隙距離可以調(diào)節(jié)。在隔離環(huán)〔17〕的端部安裝連結(jié)環(huán)〔18〕，它使套裝在觸發(fā)棒上的一串環(huán)形電極位置固定，并且與殼體絕緣連結(jié)，使感應開關形成一個整體。殼體〔9〕內(nèi)充氮氣，氣壓可調(diào)。殼體〔9〕的兩端面上裝有進氣閥〔21〕、排氣閥〔20〕及氣壓表〔19〕，它們分別用于對殼體內(nèi)的充氣、排氣、調(diào)節(jié)壓力及指示殼體內(nèi)的氣壓。
圖3是Ⅱ型和Ⅲ型感應開關的結(jié)構(gòu)示意圖。它們和Ⅰ型感應開關的差異在于，相鄰兩個環(huán)形電極〔6〕之間，除了在絕緣管〔16〕上裝有環(huán)形絕緣環(huán)〔15〕之外，還加裝了隔離板〔24〕，用以隔離相鄰的輸入電極〔4〕、輸出電極〔8〕和環(huán)形電極〔6〕，以保持感應開關運行的穩(wěn)定性。隔離板〔24〕由陶瓷材料制成。
用于同步導通數(shù)十至百余個高壓脈沖放電回路的感應開關的結(jié)構(gòu)是這樣的，圖4是這種感應開關垂直于觸發(fā)棒方向的橫剖面圖。在圖的對稱線上并列平行布置多根套裝有環(huán)形電極〔6〕的觸發(fā)棒〔5〕，再對應于每個環(huán)形電極〔6〕布置輸入電極〔4〕和輸出電極〔8〕。圖中輸入電極〔4〕和輸出電極〔8〕分別裝在環(huán)形電極〔6〕的右側(cè)和左側(cè)。開關殼體〔9〕用鋼板制成。圖中其它編號零件的含義和其它圖是一致的，此處不再解釋。
本發(fā)明裝置主要用于多個電容器并聯(lián)充電后的并聯(lián)獨立放電的場合。它具有三個特點第一各個環(huán)形電極上出現(xiàn)的感應信號的時間差極其微小，各個主主間隙的同步放電性能好。在負載為水間隙情況下，50個主間隙的導通分散度可以小于1微秒。開關的導通頻率可達每秒4次，適于長時間運行。因此本裝置具有高精度長時間連結(jié)運行的特性。
第二用一個感應開關取代各自獨立的多個主間隙，開關內(nèi)的間隙在相同狀態(tài)下同步運行，改善了各個回線的放電特性。而且結(jié)構(gòu)簡單緊湊，使用方便，降低了裝置的成本。
第三觸發(fā)脈沖無需經(jīng)過轉(zhuǎn)化、整形、升壓等過程，無需相應的復雜控制系統(tǒng)，完全省去了一套復雜的多回路同步觸發(fā)裝置。
圖1.Ⅰ型感應式高壓多回路同步觸發(fā)脈沖放電裝置電原理圖。
圖2.Ⅰ型感應開關結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3.Ⅱ型、Ⅲ型感應開關部分結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4.實施例二的60路感應開關橫剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明的二個具體實施例如下例一參看圖1和圖2，一個具有20個同步觸發(fā)脈沖放電回路的實用裝置。隔離硅堆〔2〕采用2CL35/0.02型，充電電容器〔3〕采用C804-0.01型30千伏電容。感應開關殼體〔9〕由鋼板焊成，開關內(nèi)只裝配一根觸發(fā)棒〔5〕。觸發(fā)棒外絕緣套裝20個環(huán)形電極〔6〕，并于環(huán)形電極的左、右側(cè)相應地裝配有20個輸入電極〔4〕和20個輸出電極〔8〕，組成一個能導通20個脈沖放電回路的感應開關。其運行電壓為15～20千伏，開關內(nèi)充純氮氣，氣壓為1～3公斤/厘米2，可調(diào)。
例二另一種實施例是具有60個同步觸發(fā)脈沖放電回路的實用裝置，參看圖1和圖4。采用2CL-3.5/0.02型隔離硅堆，C804-0.01型30千伏電容器;開關殼體〔9〕用鋼板制成。此例開關采用三根觸發(fā)棒并列，由一個同軸電纜接頭〔12〕引入一個觸發(fā)脈沖同時傳給三根觸發(fā)棒。每根觸發(fā)棒外套裝20個環(huán)形電極，整個感應開關組成60個主間隙，同步導通60個回路。
以上兩側(cè)裝置輸出的脈沖放電電流波形，其上升時間均小于1微秒，60路同步放電的分散性不大于1微秒。每個回路導通的能量，每個脈沖放電可達30焦耳。
如果用已有技術的高壓開關，組成具有上述兩實施例功能的多回路觸發(fā)系統(tǒng)，其造價大大高于本發(fā)明裝置。如美國光電公司出產(chǎn)的GB-87型小開關，每只售價人民幣約3000元，國產(chǎn)真空高壓開關，每只售價約1000元，在上述兩實施例中，分別需要20個和60個開關。經(jīng)比較，在本發(fā)明裝置中，僅僅感應開關這一項，就可以節(jié)省投資80-90%，如果加上本發(fā)明裝置無需多路同步觸發(fā)系統(tǒng)及相應的控制系統(tǒng)而節(jié)省的費用，其經(jīng)濟效益就更可觀了。
權利要求
1.一種包括直流充電電源[1]、充電電容器[3]、負載[7]、觸發(fā)脈沖發(fā)生器[10]的高壓多回路同步觸發(fā)脈沖放電裝置，其特征是(1)用感應式高壓多回路同步觸發(fā)開關[11]使多回路同步觸發(fā)脈沖放電裝置同步導通，該開關是用單一的觸發(fā)脈沖啟動的、由多個輸入電極[4]、輸出電極[8]及環(huán)形電極[6]組成的多個相互獨立的主間隙的一個整體。(2)采用高壓硅堆[2]、作為各個回路相互之間的電隔離，接在充電電源[1]和各回路充電電容器[3]之間。(3)充放電回路中各元器件之間都用同軸電纜聯(lián)結(jié)。
2.如權利要求1所述的高壓多回路同步觸發(fā)脈沖放電裝置，其特征是感應式高壓多回路同步觸發(fā)開關〔11〕是在封閉的金屬殼體〔9〕中，有一根或者并列數(shù)根引入觸發(fā)脈沖的金屬的觸發(fā)棒〔5〕，觸發(fā)棒彼此絕緣，且與殼體兩端連接并且絕緣，殼體中每根觸發(fā)棒外有絕緣層〔16〕，絕緣層外再套裝多個環(huán)形電極〔6〕，相鄰兩環(huán)形電極之間用絕緣環(huán)〔15〕絕緣并且分隔成所需的距離，在垂直于環(huán)形電極軸線的平面上，對應于每個環(huán)形電極有輸入電極〔4〕和輸出電極〔8〕，環(huán)形電極與輸入電極和輸出電極之間有一定距離的間隙。
3.如權利要求2所述的高壓多回路同步觸發(fā)脈沖放電裝置，其特征是感應式高壓多回路同步觸發(fā)開關的相鄰兩環(huán)形電極〔6〕之間，除了絕緣環(huán)〔15〕之外，還有隔離板〔24〕。
4.如權利要求2和3所述的高壓多回路同步觸發(fā)脈沖放電裝置，其特征是感應式高壓多回路同步觸發(fā)開關殼體上有壓力表〔19〕和閥門〔20〕、〔21〕，殼體內(nèi)充氣，氣體的壓力可調(diào)。
5.如權利要求2和3所述的高壓多回路同步觸發(fā)脈沖放電裝置，其特征是感應式高壓多回路同步觸發(fā)開關的輸入電極〔4〕和輸出電極〔8〕用同軸電纜接頭〔14〕固定在開關殼體〔9〕上。
全文摘要
感應式高壓多回路同步觸發(fā)脈沖放電裝置，采用一個感應式高壓多回路同步觸發(fā)開關代替已有技術中各個回路中都有的主開關，本發(fā)明感應開關是在充氣的金屬殼體中，裝有一根或者并列數(shù)根金屬的觸發(fā)棒，觸發(fā)棒上套裝絕緣層和多組環(huán)形電極，輸入電極、輸出電極組成各自獨立的主間隙，每個主間隙導通一個高壓放電回路，并聯(lián)的觸發(fā)棒引入一個觸發(fā)脈沖，各個主間隙間感應出高壓信號，同步導通多個主回路。本發(fā)明裝置簡單、體積小，造價低。
文檔編號H01T2/00GK1035401SQ8810075
公開日1989年9月6日 申請日期1988年2月25日 優(yōu)先權日1988年2月25日
發(fā)明者張?zhí)旄? 張祿蓀, 高禮建, 周力為, 王樹生, 張亞平 申請人:中國科學院電工研究所