大功率高電壓磁開(kāi)關(guān)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及脈沖功率應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高效簡(jiǎn)易的大功率高電壓磁開(kāi)關(guān)，以實(shí)現(xiàn)更大功率的脈沖壓縮。
【背景技術(shù)】
[0002]在磁脈沖壓縮系統(tǒng)中，磁開(kāi)關(guān)是最關(guān)鍵的核心部件，磁開(kāi)關(guān)主要由鐵芯和線圈組成，鐵芯的鐵磁材料在飽和前后磁導(dǎo)率差異非常大，表現(xiàn)出開(kāi)關(guān)特性，利用其導(dǎo)磁性能的非線性和可恢復(fù)性可以方便地改變電路狀態(tài)。理論上，基于磁開(kāi)關(guān)的脈沖壓縮源通過(guò)單級(jí)或多級(jí)壓縮可以實(shí)現(xiàn)從微秒到納秒時(shí)間的脈沖壓縮。
[0003]根據(jù)磁開(kāi)關(guān)的理論公式，磁脈沖壓縮的能量傳輸時(shí)間t，就是磁開(kāi)關(guān)的磁飽和時(shí)間，也就是鐵芯的B值從-Br到+Bs所需的時(shí)間;U( t)是磁開(kāi)關(guān)兩端(電容)的電壓;N為磁開(kāi)關(guān)的繞線匝數(shù);Sc為鐵芯的有效截面積；△ B是鐵芯磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化幅度，主要由鐵芯的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度決定，但是變化幅度可以通過(guò)對(duì)鐵芯的復(fù)位進(jìn)行改善。
[0004]在實(shí)際工程中，要實(shí)現(xiàn)大功率高電壓的脈沖源的壓縮，主要技術(shù)問(wèn)題:大功率的脈沖源輸出的脈沖波形的上升沿時(shí)間會(huì)達(dá)到幾十到幾百微秒，這時(shí)要求磁開(kāi)關(guān)的磁飽和時(shí)間t也要達(dá)到幾十到幾百微秒，為了達(dá)到時(shí)間要求，一種方案是增大有效截面積Sc或線圈匝數(shù)N，有效截面積Sc的增加會(huì)導(dǎo)致磁開(kāi)關(guān)的體積急劇膨脹，增大線圈匝數(shù)會(huì)導(dǎo)致飽和后的電感過(guò)大，影響脈沖上升率;另一種方案就是采用多個(gè)磁開(kāi)關(guān)組成多級(jí)壓縮回路實(shí)現(xiàn)脈沖壓縮，但是這樣增加了電路的復(fù)雜性，降低了電路的可靠性。磁開(kāi)關(guān)在幾十至幾百千伏的高電壓下工作時(shí)，如何保證磁開(kāi)關(guān)線圈匝間的絕緣及線圈對(duì)鐵芯的絕緣。為了設(shè)計(jì)一種能在較小的體積下實(shí)現(xiàn)高壓縮比，又能在高電壓下工作的磁開(kāi)關(guān)，本實(shí)用新型提供了一種解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型提供一種高效簡(jiǎn)易的大功率高電壓磁開(kāi)關(guān)，采用環(huán)形鐵芯和絕緣支架，確保實(shí)現(xiàn)更大功率、更高電壓的脈沖壓縮，以實(shí)現(xiàn)小體積高壓縮比，又能在高電壓下工作。
[0006]本實(shí)用新型的上述技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)施的:一種大功率高電壓磁開(kāi)關(guān)，包括絕緣支架、鐵芯、環(huán)繞于絕緣支架和鐵芯的線圈，其特征在于，所述鐵芯為環(huán)形鐵芯組，由若干個(gè)環(huán)形小鐵芯層疊而成;所述絕緣支架位于環(huán)形鐵芯組的兩端，絕緣支架的中心鏤空，絕緣支架的正面設(shè)置有若干下凹的線圈卡槽，線圈卡槽以鏤空部位為中心呈圓周放射狀分布；
[0007]在絕緣支架的內(nèi)邊緣、與每一線圈卡槽對(duì)齊的位置設(shè)置有內(nèi)凹的內(nèi)邊凹槽，在絕緣支架的外邊緣、與每一線圈卡槽對(duì)齊的位置設(shè)置有內(nèi)凹的外邊凹槽;所述絕緣支架的背面設(shè)置有若干鐵芯支架，若干鐵芯支架以鏤空部位為中心呈圓周放射狀分布。
[0008]通過(guò)改變單個(gè)環(huán)形小鐵芯的直徑、環(huán)寬和厚度增大鐵芯的有效截面積，或通過(guò)疊加單個(gè)環(huán)形小鐵芯的個(gè)數(shù)來(lái)增加鐵芯的有效截面積:若保持有效截面積不變，在高電壓下，增大環(huán)形鐵芯的直徑，提高磁開(kāi)關(guān)線圈匝間的安全距離，提高磁開(kāi)關(guān)線圈的耐壓，使磁開(kāi)關(guān)可以在更高的電壓下工作；而在較低電壓下，減小環(huán)形鐵芯的直徑，可以減小磁開(kāi)關(guān)的體積。
[0009]磁開(kāi)關(guān)的功率可以通過(guò)調(diào)節(jié)單個(gè)環(huán)形小鐵芯的直徑、環(huán)寬、厚度、數(shù)量來(lái)控制，磁開(kāi)關(guān)所用的鐵芯體積相比其他磁開(kāi)關(guān)小很多，成本控制提升。
[0010]上述環(huán)形絕緣支架尺寸的變化可以改變線圈對(duì)鐵芯的安全距離，控制磁開(kāi)關(guān)的體積，使磁開(kāi)關(guān)在不同電壓下工作。
[0011]作為優(yōu)選，所述線圈連接于其中一絕緣支架的外邊凹槽，沿著環(huán)形鐵芯組外圍延伸至另一絕緣支架的外邊凹槽，并且卡入線圈卡槽后延伸至內(nèi)邊凹槽;所述線圈連接于其中一絕緣支架的內(nèi)邊凹槽，沿著環(huán)形鐵芯組內(nèi)側(cè)延伸至另一絕緣支架的內(nèi)邊凹槽。
[0012]作為優(yōu)選，相鄰的環(huán)形小鐵芯之間設(shè)置有絕緣墊片，增大層疊環(huán)形小鐵芯之間的距離，用來(lái)改善散熱效果。
[0013]作為優(yōu)選，所述絕緣支架的主體為環(huán)形齒輪，外邊緣呈齒狀，形成外邊凹槽；中心為圓形鏤空且鏤空邊緣呈齒狀，形成內(nèi)邊凹槽，圓形鏤空的直徑小于環(huán)形小鐵芯的內(nèi)直徑；絕緣支架的正面固定有若干扇形的擋塊，擋塊以圓心鏤空為中心呈圓周放射狀分布，則相鄰兩擋塊之間形成了下凹的線圈卡槽。
[0014]上述線圈卡槽用于固定匝間線圈，保證線圈不會(huì)震動(dòng)位移，確保高壓的安全絕緣距離，使磁開(kāi)關(guān)可靠工作在幾十至幾百千伏的高電壓下。另外磁開(kāi)關(guān)線圈的繞線匝數(shù)可以方便地通過(guò)絕緣支架上的卡槽進(jìn)行增加或減少，繞制方便，結(jié)構(gòu)緊湊。
[0015]作為優(yōu)選，所述鐵芯支架呈扇形，其作用是支撐鐵芯。
[0016]作為優(yōu)選，所述大功率高電壓磁開(kāi)關(guān)，還包括輸入端、輸出端、第一復(fù)位電路接口、第二復(fù)位電路接口、高壓脈沖隔離電感。
[0017]作為優(yōu)選，所述線圈包括主線圈、復(fù)位線圈；主線圈的兩端分別連接輸入端、輸出端。
[0018]作為優(yōu)選，所述復(fù)位線圈的兩端分別連接高壓脈沖隔離電感，第二復(fù)位電路接口；高壓脈沖隔離電感的內(nèi)端連接復(fù)位線圈，高壓脈沖隔離電感的外端連接第一復(fù)位電路接
□ O
[0019]上述復(fù)位電路接口，可以連接復(fù)位電路，復(fù)位電路接入時(shí)會(huì)增大鐵芯△B的變化范圍，同時(shí)提高了磁開(kāi)關(guān)性能;所述高壓脈沖隔離電感與磁開(kāi)關(guān)的復(fù)位線圈相連，作用是將復(fù)位線圈產(chǎn)生的高壓脈沖與低壓復(fù)位電路隔離，低壓信號(hào)可直接連接復(fù)位接口，避免了復(fù)位線圈直接連接時(shí)，復(fù)位端引出線上的高壓脈沖對(duì)設(shè)備及人身安全的損害。
[0020]作為優(yōu)選，由絕緣支架、環(huán)形鐵芯組、線圈、輸入端、輸出端、第一復(fù)位電路接口、第二復(fù)位電路接口、高壓脈沖隔離電感構(gòu)成的磁開(kāi)關(guān)整體采用一體化封裝，多級(jí)串聯(lián)使用。
[0021]綜上所述，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0022]本實(shí)用新型主體采用環(huán)形鐵芯和絕緣支架，其創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)確保實(shí)現(xiàn)更大功率、更高電壓的脈沖壓縮;本實(shí)用新型通過(guò)改變單個(gè)環(huán)形小鐵芯的直徑、環(huán)寬和厚度增大鐵芯的有效截面積，或通過(guò)疊加單個(gè)環(huán)形小鐵芯的個(gè)數(shù)來(lái)增加鐵芯的有效截面積;本實(shí)用新型磁開(kāi)關(guān)的功率可以通過(guò)調(diào)節(jié)單個(gè)環(huán)形小鐵芯的直徑、環(huán)寬、厚度、數(shù)量來(lái)控制，磁開(kāi)關(guān)所用的鐵芯體積相比其他磁開(kāi)關(guān)小很多，成本控制提升;本實(shí)用新型環(huán)形絕緣支架尺寸的變化可以改變線圈對(duì)鐵芯的安全距離，控制磁開(kāi)關(guān)的體積，使磁開(kāi)關(guān)在不同電壓下工作;本實(shí)用新型的復(fù)位線圈和高壓脈沖隔離電感的接入有利于提高磁開(kāi)關(guān)的性能和安全穩(wěn)定;本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)可靠，工藝簡(jiǎn)單，能滿足磁開(kāi)關(guān)對(duì)散熱效果和高絕緣耐壓的要求。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本實(shí)用新型磁開(kāi)關(guān)整體連接示意圖；
[0024]圖2是本實(shí)用新型磁開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)不意圖；
[0025]圖3是本實(shí)用新型環(huán)形小鐵芯結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4是本實(shí)用新型絕緣支架正面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖5是本實(shí)用新型絕緣支架背面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖中標(biāo)號(hào)為:1、絕緣支架；11、內(nèi)邊凹槽；12、線圈卡槽；13、外邊凹槽;2、環(huán)形小鐵芯；21、輸入端;22、輸出端;23、第一復(fù)位電路接口； 24、第二復(fù)位電路接口； 25、高壓脈沖隔離電感;3、鐵芯支架。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
[0030]實(shí)施例1:
[0031]如圖2所示，一種大功率高電壓磁開(kāi)關(guān)，中心主體為環(huán)形鐵芯組，由多個(gè)環(huán)形小鐵芯2層疊而成，相鄰的環(huán)形小鐵芯I之間有絕緣墊片;環(huán)形小鐵芯I，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。
[0032]環(huán)形小鐵芯I的直徑、環(huán)寬、厚度、數(shù)量均可調(diào)節(jié)，可根據(jù)實(shí)際要求限定和定制，最后層疊而成的環(huán)形鐵芯