一種激光觸發(fā)真空開關(guān)及開關(guān)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種激光觸發(fā)真空開關(guān)及其觸發(fā)系統(tǒng)裝置。激光觸發(fā)真空開關(guān)包括密閉殼體、第一電極主件、第二電極主件。第一電極主件包括燃弧電極、第一電極法蘭、第一電極平臺(tái)、聚焦鏡。第二電極主件包括燃弧電極、第二電極法蘭、第二電極平臺(tái)、靶電極。觸發(fā)系統(tǒng)裝置主要包括計(jì)算機(jī)、轉(zhuǎn)換器、開關(guān)電路板、激光器和激光觸發(fā)真空開關(guān)。激光觸發(fā)真空開關(guān)的工作電壓高達(dá)30kV，工作電流高達(dá)500kA，不存在以往電脈沖觸發(fā)高壓隔離困難、觸發(fā)穩(wěn)定性差、使用壽命短等問(wèn)題，能有效降低激光觸發(fā)能量，改善開關(guān)器件的延時(shí)與抖動(dòng)。觸發(fā)系統(tǒng)裝置的激光器完全實(shí)現(xiàn)了小型化，使其配套的激光系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化，無(wú)需專門的電源供電器、水冷機(jī)和激光準(zhǔn)直系統(tǒng)。
【專利說(shuō)明】一種激光觸發(fā)真空開關(guān)及開關(guān)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高壓強(qiáng)流脈沖開關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種激光觸發(fā)真空開關(guān) 及開關(guān)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 脈沖功率技術(shù)是一種以較低的功率（電壓、電流）儲(chǔ)存電場(chǎng)（磁場(chǎng)）能量，將其以 高得多的功率變換為脈沖電磁能量并釋放到特定負(fù)載中去的電物理技術(shù)，也是納秒脈沖電 子學(xué)、通用高電壓技術(shù)和應(yīng)用物理學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物。隨著其在國(guó)防和民用高科技中的迅速 發(fā)展與應(yīng)用，高壓強(qiáng)流脈沖開關(guān)已成為制約現(xiàn)代脈沖功率技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵器件之一。如電 磁軌道炮等電能驅(qū)動(dòng)武器，要求將儲(chǔ)能元件中的巨大能量在納秒至亞毫秒的極短時(shí)間內(nèi)通 過(guò)開關(guān)釋放到負(fù)載上，開關(guān)特性與脈沖電源的輸出波形（特別是上升時(shí)間）直接關(guān)系到電 磁發(fā)射等的參數(shù)（出膛速度、膛內(nèi)運(yùn)行時(shí)間）控制。而高功率激光器、高能長(zhǎng)脈沖加速器、 商功率微波武器等還要求開關(guān)具有商功率和商重復(fù)頻率。因此，重頻、商速、商壓、大電流脈 沖功率開關(guān)是國(guó)內(nèi)外相關(guān)人員一直關(guān)注與致力研究發(fā)展的方向。
[0003] 目前，研究得較多的高壓強(qiáng)流開關(guān)主要有氣體間隙開關(guān)、半導(dǎo)體開關(guān)和觸發(fā)真空 開關(guān)。其中，氣體間隙開關(guān)簡(jiǎn)便易行，通流容量大，但其欠壓比（可靠觸發(fā)導(dǎo)通電壓與自擊 穿電壓之比）太高，即工作電壓范圍窄，一般僅為85%?100%自擊穿電壓，使用很不方便。 半導(dǎo)體開關(guān)控制方便，易實(shí)現(xiàn)重頻觸發(fā)，但通流容量與陡度不夠，制造成本高。觸發(fā)真空開 關(guān)通流容量大，通流陡度高，欠壓比小（一般為5%?100%自擊穿電壓），庫(kù)侖電量導(dǎo)通特 性好，可靠性高，對(duì)環(huán)境要求低，但其觸發(fā)時(shí)延長(zhǎng)，抖動(dòng)大，壽命與工作穩(wěn)定性差，絕緣隔離 困難，重頻觸發(fā)控制難以實(shí)現(xiàn)。隨著研究的深入，激光觸發(fā)氣體火花開關(guān)開始進(jìn)入大家的視 野并得以應(yīng)用與發(fā)展。不過(guò)其有兩大問(wèn)題難以克服，一是對(duì)氣體開關(guān)觸發(fā)要求的激光能量 比較大，使得激光觸發(fā)系統(tǒng)的體積大、造價(jià)高，極大地阻礙了它的應(yīng)用發(fā)展；二是它仍具有 氣體間隙開關(guān)欠壓比高的缺點(diǎn)。
[0004] 激光觸發(fā)真空開關(guān)將激光觸發(fā)氣體火花開關(guān)和真空開關(guān)融合在一起，結(jié)合兩者的 優(yōu)勢(shì)，通過(guò)將激光照射在靶電極上產(chǎn)生初始等離子體，然后在主電極電壓的作用下使開關(guān) 導(dǎo)通。激光觸發(fā)真空開關(guān)具有較寬的工作電壓范圍和較高的庫(kù)侖電量導(dǎo)通特性，并且其觸 發(fā)系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，抗干擾能力強(qiáng)，觸發(fā)穩(wěn)定、時(shí)延短、抖動(dòng)小，可實(shí)現(xiàn)重頻觸發(fā)。
[0005] 激光觸發(fā)真空開關(guān)雖然具有良好的前瞻優(yōu)勢(shì)，滿足高壓強(qiáng)流脈沖開關(guān)所要求的性 能，但目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于激光觸發(fā)真空開關(guān)的研究并不多，且大部分都處在原理性試探階段。 激光觸發(fā)真空開關(guān)一般包括第一燃弧電極、第二燃弧電極和靶電極，第一燃弧電極和第二 燃弧電極的兩個(gè)相對(duì)的端面之間留有激光觸發(fā)間隙，靶電極置于凹槽內(nèi)固定，這種結(jié)構(gòu)在 電極之間形成電弧時(shí)，容易對(duì)陰極表面造成較大的燒蝕，觸發(fā)形成的初始等離子到達(dá)陽(yáng)極 需要更多的外界能量和時(shí)間，使得開關(guān)的延時(shí)和抖動(dòng)比較大，壽命較短。此外，這種結(jié)構(gòu)的 觸發(fā)間隙較小（約5_)，只有一條放電通道，承受外施電壓的范圍較窄（5?30KV)，耐流能 力不佳（能承受的最大電流約為15KA)。這些導(dǎo)致激光觸發(fā)真空開關(guān)觸發(fā)需要的激光能量 較大，隨之配套的激光器系統(tǒng)比較龐大，需要配置電源供電器、水冷機(jī)、激光準(zhǔn)直系統(tǒng)等附 加裝置，價(jià)格昂貴?；谏鲜鲈颍F(xiàn)有的激光觸發(fā)真空開關(guān)很難用于實(shí)際應(yīng)用與生產(chǎn)中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種激光觸發(fā)真空開關(guān)及開 關(guān)系統(tǒng)，激光觸發(fā)真空開關(guān)的工作電壓可高達(dá)30kV，工作電流可高達(dá)500kA，不存在以往電 脈沖觸發(fā)高壓隔離困難、觸發(fā)穩(wěn)定性差、使用壽命短等嚴(yán)重制約應(yīng)用的問(wèn)題，能有效降低激 光觸發(fā)能量，改善開關(guān)器件的延時(shí)與抖動(dòng)。開關(guān)系統(tǒng)中與激光觸發(fā)真空開關(guān)配套的激光系 統(tǒng)大大簡(jiǎn)化，激光器完全實(shí)現(xiàn)了小型化，因而無(wú)需專門的電源供電器、水冷機(jī)和激光準(zhǔn)直系 統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種激光觸發(fā)真空開關(guān)，其特征 在于，包括密閉殼體、第一電極主件、第二電極主件；所述密閉殼體由絕緣外殼及設(shè)置在絕 緣外殼兩端的第一電極法蘭和第二電極法蘭構(gòu)成；所述第一電極主件包括第一燃弧電極、 第一電極平臺(tái)和聚焦鏡；所述第二電極主件包括第二燃弧電極、第二電極平臺(tái)和靶電極； 所述第一電極平臺(tái)為中空的倒圓臺(tái)形，通過(guò)金屬套管固定在所述第一電極法蘭上，所述聚 焦鏡嵌在所述金屬套管內(nèi)，與所述金屬套管密封接觸；所述第二電極平臺(tái)為倒圓臺(tái)形，通過(guò) 電極底柱固定在所述第二電極法蘭上；所述靶電極位于所述第二電極平臺(tái)上，與所述聚焦 鏡正對(duì)，所述聚焦鏡的焦點(diǎn)落在所述靶電極上。
[0008] 優(yōu)選地，所述靶電極的底面與所述第二電極平臺(tái)的表面持平。
[0009] 優(yōu)選地，所述革巴電極由金屬和1?化金屬鹽混合制成。
[0010] 優(yōu)選地，所述靶電極為圓錐型、圓臺(tái)型或方型的觸發(fā)片。
[0011] 優(yōu)選地，所述第一燃弧電極包括多個(gè)子電極，在所述第一電極平臺(tái)上沿圓周均勻 排列；所述第二燃弧電極包括多個(gè)子電極，在所述第二電極平臺(tái)上沿圓周均勻排列；所述 第一燃弧電極的多個(gè)子電極與所述第二燃弧電極的多個(gè)子電極相向延伸且相互交錯(cuò)排列， 相鄰子電極的間隙寬度相等，且該間隙寬度與子電極頂端到相對(duì)的電極平臺(tái)的間隙寬度相 等，相鄰子電極的間隙和子電極頂端到相對(duì)的電極平臺(tái)的間隙構(gòu)成主放電間隙。
[0012] 按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種開關(guān)系統(tǒng)，其特征在于，包括計(jì)算機(jī)、轉(zhuǎn)換器、 開關(guān)電路板、激光器和如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的激光觸發(fā)真空開關(guān)；所述轉(zhuǎn)換器、 所述開關(guān)電路板和所述激光器依次連接，所述激光器的輸出端通過(guò)傳輸通道對(duì)準(zhǔn)所述激光 觸發(fā)真空開關(guān)的聚焦鏡的主光軸；所述計(jì)算機(jī)用于發(fā)送控制所述激光器按預(yù)定頻率觸發(fā)的 工作指令，所述轉(zhuǎn)換器用于接收所述計(jì)算機(jī)發(fā)出的工作指令并將其轉(zhuǎn)換成所述開關(guān)電路板 能識(shí)別的指令，所述開關(guān)電路板用于根據(jù)接收到的指令，控制所述激光器工作，使所述激光 器按預(yù)定頻率發(fā)出激光脈沖信號(hào)。
[0013] 按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種上述激光觸發(fā)真空開關(guān)的激光觸發(fā)方法。
[0014] 總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效 果：
[0015] 1、靶電極位于第二電極平臺(tái)上，與嵌入電極平臺(tái)中相比，有效增大了靶電極與激 光脈沖的接觸面積，縮短了靶電極與第一燃弧電極的距離，有利于降低激光觸發(fā)能量，改善 開關(guān)器件的延時(shí)與抖動(dòng)，同時(shí)避免了開關(guān)導(dǎo)通時(shí)電弧對(duì)第二燃弧電極的燒蝕，提高了激光 觸發(fā)真空開關(guān)的穩(wěn)定性。
[0016] 2、祀電極材料為金屬和齒化金屬鹽的混合物，在金屬中摻入齒化金屬鹽，充分利 用金屬導(dǎo)熱性好及鹵化金屬鹽熔點(diǎn)低且功函數(shù)小的特點(diǎn)，在激光脈沖的作用下，金屬材料 受熱后迅速將熱量傳遞給鹵化金屬鹽，使其快速電離，此外，金屬和鹵化金屬鹽還會(huì)因?yàn)楣?電作用逸出部分電子，有利于開關(guān)器件的觸發(fā)，從而能有效降低激光觸發(fā)能量。
[0017] 3、在激光觸發(fā)真空開關(guān)的激光照射窗口設(shè)置聚焦鏡，與靶電極正對(duì)，聚焦鏡將激 光脈沖聚焦在靶電極上，能有效降低激光觸發(fā)能量。
[0018] 4、主電極采用多電極結(jié)構(gòu)，即第一燃弧電極和第二燃弧電極均由多個(gè)子電極組 成，相互交錯(cuò)排列，形成主放電間隙，其空間電勢(shì)分布比較規(guī)則，真正實(shí)現(xiàn)了多間隙并聯(lián)的 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有利于真空電弧的轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散。電場(chǎng)主要集中在兩個(gè)電極包圍的空間之內(nèi)，場(chǎng)強(qiáng) 大，以斜向?yàn)橹鳎す饷}沖與靶電極相互作用產(chǎn)生的初始等離子體在電場(chǎng)的作用下以斜向 運(yùn)動(dòng)為主，它們與電極表面碰撞激發(fā)更多的等離子體，如此反復(fù)循環(huán)，有利于實(shí)現(xiàn)主間隙的 導(dǎo)通，導(dǎo)通性能更好。
[0019] 5、放電間隙距離可達(dá)15mm，耐受電壓范圍可達(dá)50V?30KV，通流能力強(qiáng)，可在 5KA?500KA下穩(wěn)定導(dǎo)通。由于所需的激光觸發(fā)能量大大降低（幾毫焦便可導(dǎo)通），配套的 激光系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化，激光器的電源電壓可低至8V?9V，因此無(wú)需專門的電源供電器、水冷 機(jī)和激光準(zhǔn)直系統(tǒng)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的激光觸發(fā)真空開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2是圖1所示的激光觸發(fā)真空開關(guān)沿A-A線的剖視圖；
[0022] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例的開關(guān)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來(lái)表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：1-絕緣外殼， 2_金屬屏蔽罩，3-支架，4-第一電極法蘭，5-第二電極法蘭，6-吸氣環(huán)，7-真空腔，8, 9-螺 紋孔，10-電極底柱，11-第一電極平臺(tái)，12-第二電極平臺(tái)，13-聚焦鏡，14-金屬套管， 15-靶電極，16-第一燃弧電極，17-第二燃弧電極，18-主放電間隙。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0025] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的激光觸發(fā)真空開關(guān)包括密閉殼體、第一電極主件和 第二電極主件。
[0026] 密閉殼體由絕緣外殼1及設(shè)置在絕緣外殼1兩端的第一電極法蘭4和第二電極法 蘭5構(gòu)成。金屬屏蔽罩2通過(guò)支架3固定在絕緣外殼1內(nèi)。第一電極主件包括第一燃弧電 極16、第一電極平臺(tái)11和聚焦鏡13 ;第二電極主件包括第二燃弧電極17、第二電極平臺(tái)12 和革巴電極15。
[0027] 第一電極平臺(tái)11為中空的倒圓臺(tái)形，通過(guò)金屬套管14固定在第一電極法蘭4上， 金屬套管14上設(shè)有螺紋孔8,便于激光觸發(fā)真空開關(guān)與外電路實(shí)現(xiàn)電氣或機(jī)械連接。聚焦 鏡13嵌在金屬套管14內(nèi)，與金屬套管14密封接觸。第二電極平臺(tái)12為倒圓臺(tái)形，通過(guò)電 極底柱10固定在第二電極法蘭5上，電極底柱10上設(shè)有螺紋孔9,便于激光觸發(fā)真空開關(guān) 與外電路實(shí)現(xiàn)電氣或機(jī)械連接。第一電極法蘭4和第二電極法蘭5上分別設(shè)有吸氣環(huán)6,用 于吸收電弧燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的氣體，維持密閉殼體內(nèi)的真空腔室7的真空度，真空腔室7的 壓力為 l〇_3Pa ?10-5Pa。
[0028] 絕緣外殼1由電工絕緣材料制成。金屬屏蔽罩2用于限制電弧的燃燒范圍，避免金 屬蒸氣沉積在殼體內(nèi)壁，從而使第一燃弧電極16和第二燃弧電極17保持絕緣。另外金屬 材質(zhì)的屏蔽罩更利于金屬蒸氣在其表面附著，從而有效地維持開關(guān)器件內(nèi)部的高真空度， 使電場(chǎng)保持穩(wěn)定。第一燃弧電極16和第二燃弧電極17由耐電弧燒蝕的金屬合金制成，耐 真空電弧能力強(qiáng)，能保證多次使用之后燒蝕情況良好。
[0029] 靶電極15為觸發(fā)片，位于第二電極平臺(tái)12上，其底面與第二電極平臺(tái)12的表面 持平。靶電極15與聚焦鏡13正對(duì)，聚焦鏡13的焦點(diǎn)落在靶電極15上。聚焦鏡13用于將 激光脈沖聚焦到靶電極15上，靶電極15的非嵌入式設(shè)置增大了激光脈沖與靶電極15的接 觸面積，縮短了靶電極15與第一燃弧電極16的距離，在一定的范圍內(nèi)降低了需要的激光觸 發(fā)能量，避免了開關(guān)導(dǎo)通時(shí)電弧對(duì)電極的燒蝕，提高了激光觸發(fā)真空開關(guān)的穩(wěn)定性。觸發(fā)片 可采用多種結(jié)構(gòu)類型，例如圓錐型、圓臺(tái)型或方型等。優(yōu)選地，觸發(fā)片為圓錐型結(jié)構(gòu)，較其它 結(jié)構(gòu)相比，圓錐型結(jié)構(gòu)能更進(jìn)一步降低激光觸發(fā)能量。
[0030] 靶電極15由金屬和齒化金屬鹽混合制成，金屬可以是鈦、鋁、銅、鎢等，齒化金屬 鹽可以是氯化金屬鹽、碘化金屬鹽等。例如，靶電極可由鈦和氯化鉀混合制成，在鈦中摻入 氯化鉀后，在激光脈沖的作用下，鈦受熱后迅速將熱量傳遞給氯化鉀，使其快速電離，此外， 鈦和氯化鉀還會(huì)因?yàn)楣怆娮饔靡莩霾糠蛛娮?，有利于開關(guān)器件的觸發(fā)，從而能有效降低激 光觸發(fā)能量。靶電極的制造工藝也有相應(yīng)的要求，將金屬和鹵化金屬鹽粉末置于模具中壓 制成型，施加合適的壓力，一方面使粉末材料緊密結(jié)合，另一方面不得損壞模具。
[0031] 如圖2所示，第一燃弧電極16包括多個(gè)子電極，在第一電極平臺(tái)11上沿圓周均勻 排列，第二燃弧電極17包括多個(gè)子電極，在第二電極平臺(tái)12上沿圓周均勻排列，第一燃弧 電極16的子電極與第二燃弧電極17的子電極相向延伸且相互交錯(cuò)排列，各子電極的橫截 面近似為梯形。相鄰子電極的間隙寬度相等，且該間隙寬度與子電極頂端到相對(duì)的電極平 臺(tái)的間隙寬度相等，相鄰子電極的間隙和子電極頂端到相對(duì)的電極平臺(tái)的間隙構(gòu)成主放電 間隙。這樣的電極結(jié)構(gòu)使空間電勢(shì)分布比較規(guī)則，由于存在多個(gè)主間隙（即放電通道），真 正實(shí)現(xiàn)了多間隙并聯(lián)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有利于真空電弧的轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散。第一燃弧電極16的子電 極個(gè)數(shù)和第二燃弧電極17的子電極個(gè)數(shù)可根據(jù)實(shí)際需要自行設(shè)計(jì)，優(yōu)選為2?6個(gè)。
[0032] 如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例的開關(guān)系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、轉(zhuǎn)換器、開關(guān)電路板、激光器 和激光觸發(fā)真空開關(guān)。轉(zhuǎn)換器、開關(guān)電路板和激光器依次連接，激光器的輸出端通過(guò)傳輸通 道對(duì)準(zhǔn)激光觸發(fā)真空開關(guān)的聚焦鏡的主光軸。計(jì)算機(jī)用于發(fā)送控制激光器按預(yù)定頻率觸發(fā) (即單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射N次激光脈沖信號(hào)）的工作指令，轉(zhuǎn)換器用于接收計(jì)算機(jī)發(fā)出的工作指 令并將其轉(zhuǎn)換成開關(guān)電路板能識(shí)別的指令，開關(guān)電路板用于根據(jù)接收到的指令，控制激光 器工作，使激光器按預(yù)定頻率發(fā)出激光脈沖信號(hào)。
[0033] 轉(zhuǎn)換器可以為接收器或單片機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)換器為接收器時(shí)，計(jì)算機(jī)與轉(zhuǎn)換器間的信息 傳遞通過(guò)無(wú)線電傳輸實(shí)現(xiàn)，當(dāng)轉(zhuǎn)換器為單片機(jī)時(shí)，計(jì)算機(jī)與轉(zhuǎn)換器通過(guò)網(wǎng)線或光纖連接。激 光器可以采用已完成準(zhǔn)直的軍用小型激光器，成本相對(duì)較低，且無(wú)需外加電源供電器和冷 卻系統(tǒng)。該開關(guān)系統(tǒng)可以很方便地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和重頻觸發(fā)。
[0034] 該開關(guān)系統(tǒng)的工作原理如下：計(jì)算機(jī)發(fā)送控制激光器按預(yù)定頻率觸發(fā)的工作指 令，轉(zhuǎn)換器接收計(jì)算機(jī)發(fā)出的工作指令并將其轉(zhuǎn)換成開關(guān)電路板可識(shí)別的指令，開關(guān)電路 板根據(jù)接收到的指令，控制激光器工作，使激光器按預(yù)定頻率發(fā)出激光脈沖信號(hào)。激光脈沖 信號(hào)經(jīng)傳輸通道傳輸，沿聚焦鏡13的主光軸輸出并照射到聚焦鏡13上，經(jīng)聚焦鏡13聚焦 至靶電極15上，靶電極15中的金屬材料受熱后，迅速將熱量傳遞給鹵化金屬鹽，使其快速 電離，此外，金屬和鹵化金屬鹽還會(huì)因?yàn)楣怆娮饔靡莩霾糠蛛娮?，同時(shí)，激光脈沖和觸發(fā)片 相互作用的熱學(xué)效應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生負(fù)粒子（電子和負(fù)離子）。隨后，離子不斷生成形成離子流， 負(fù)粒子從陰極向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)，在陽(yáng)極激發(fā)出更多的正離子，正離子從陽(yáng)極向陰極運(yùn)動(dòng)，在陰極 激發(fā)出更多的負(fù)離子、電子和中性粒子，如此循環(huán)往復(fù)，形成電流，使開關(guān)導(dǎo)通。
[0035] 由于激光觸發(fā)真空開關(guān)的主電極由多個(gè)子電極組成，存在多個(gè)放電通道，靶電極 產(chǎn)生的初始等離子體在電場(chǎng)的作用下運(yùn)動(dòng)到主電極，激發(fā)產(chǎn)生更多的等離子體。此外，靶電 極采用由金屬和鹵化金屬鹽混合制成的觸發(fā)片，一方面充分利用了金屬導(dǎo)熱性好及鹵化金 屬鹽熔點(diǎn)低、功函數(shù)小的特性，使得熱量可以迅速傳遞給鹵化金屬鹽，使其快速電離，同時(shí) 金屬和鹵化金屬鹽還會(huì)因?yàn)楣怆娮饔靡莩霾糠蛛娮?，另一方面，靶電極位于第二電極平臺(tái) 上，與嵌入凹槽內(nèi)的結(jié)構(gòu)相比，增大了激光觸發(fā)時(shí)的有效接觸面積。這些設(shè)計(jì)都極大地降低 了激光觸發(fā)能量，改善了開關(guān)器件的延時(shí)與抖動(dòng)，避免了開關(guān)導(dǎo)通時(shí)電弧對(duì)陰極的燒蝕，提 高了激光觸發(fā)真空開關(guān)的穩(wěn)定性能，從而使得激光觸發(fā)真空開關(guān)配套的激光系統(tǒng)得到大大 簡(jiǎn)化，滿足技術(shù)經(jīng)濟(jì)性要求，可廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。
[0036] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以 限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種激光觸發(fā)真空開關(guān)，其特征在于，包括密閉殼體、第一電極主件、第二電極主 件； 所述密閉殼體由絕緣外殼及設(shè)置在絕緣外殼兩端的第一電極法蘭和第二電極法蘭構(gòu) 成；所述第一電極主件包括第一燃弧電極、第一電極平臺(tái)和聚焦鏡；所述第二電極主件包 括第二燃弧電極、第二電極平臺(tái)和靶電極；所述第一電極平臺(tái)為中空的倒圓臺(tái)形，通過(guò)金屬 套管固定在所述第一電極法蘭上，所述聚焦鏡嵌在所述金屬套管內(nèi)，與所述金屬套管密封 接觸；所述第二電極平臺(tái)為倒圓臺(tái)形，通過(guò)電極底柱固定在所述第二電極法蘭上；所述靶 電極位于所述第二電極平臺(tái)上，與所述聚焦鏡正對(duì)，所述聚焦鏡的焦點(diǎn)落在所述靶電極上。
2. 如權(quán)利要求1所述的激光觸發(fā)真空開關(guān)，其特征在于，所述靶電極的底面與所述第 二電極平臺(tái)的表面持平。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的激光觸發(fā)真空開關(guān)，其特征在于，所述靶電極由金屬和鹵化 金屬鹽混合制成。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的激光觸發(fā)真空開關(guān)，其特征在于，所述靶電極為圓錐型、圓 臺(tái)型或方型的觸發(fā)片。
5. 如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的激光觸發(fā)真空開關(guān)，其特征在于，所述第一燃弧電 極包括多個(gè)子電極，在所述第一電極平臺(tái)上沿圓周均勻排列；所述第二燃弧電極包括多個(gè) 子電極，在所述第二電極平臺(tái)上沿圓周均勻排列；所述第一燃弧電極的多個(gè)子電極與所述 第二燃弧電極的多個(gè)子電極相向延伸且相互交錯(cuò)排列，相鄰子電極的間隙寬度相等，且該 間隙寬度與子電極頂端到相對(duì)的電極平臺(tái)的間隙寬度相等，相鄰子電極的間隙和子電極頂 端到相對(duì)的電極平臺(tái)的間隙構(gòu)成主放電間隙。
6. -種開關(guān)系統(tǒng)，其特征在于，包括計(jì)算機(jī)、轉(zhuǎn)換器、開關(guān)電路板、激光器和如權(quán)利要求 1至5中任一項(xiàng)所述的激光觸發(fā)真空開關(guān)； 所述轉(zhuǎn)換器、所述開關(guān)電路板和所述激光器依次連接，所述激光器的輸出端通過(guò)傳輸 通道對(duì)準(zhǔn)所述激光觸發(fā)真空開關(guān)的聚焦鏡的主光軸；所述計(jì)算機(jī)用于發(fā)送控制所述激光器 按預(yù)定頻率觸發(fā)的工作指令，所述轉(zhuǎn)換器用于接收所述計(jì)算機(jī)發(fā)出的工作指令并將其轉(zhuǎn)換 成所述開關(guān)電路板能識(shí)別的指令，所述開關(guān)電路板用于根據(jù)接收到的指令，控制所述激光 器工作，使所述激光器按預(yù)定頻率發(fā)出激光脈沖信號(hào)。
7. -種如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的激光觸發(fā)真空開關(guān)的激光觸發(fā)方法。
【文檔編號(hào)】H03K17/54GK104113314SQ201410257481
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】何正浩, 樊文芳, 王英, 毛曉坡, 林華中 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)