本實(shí)用新型涉及脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于新結(jié)構(gòu)開關(guān)的多路輸出高壓脈沖發(fā)生器。

背景技術(shù)：

高壓脈沖發(fā)生器是一種常用的儀器，在科學(xué)研究中具有廣泛的應(yīng)用，作為觸發(fā)系統(tǒng)，在大型脈沖功率裝置中更是有著重要作用，直接影響到整機(jī)的穩(wěn)定性以及同步性。高壓脈沖發(fā)生器主要由高壓電源、儲(chǔ)能部分、開關(guān)和控制電路組成。其中最為核心的器件是開關(guān)，可選用固態(tài)開關(guān)，真空開關(guān)、氣體開關(guān)等。氣體開關(guān)具有工作電壓高、通流能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，是一種較為理想的選擇。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于新結(jié)構(gòu)開關(guān)的多路輸出高壓脈沖發(fā)生器，解決現(xiàn)有技術(shù)中高壓脈沖發(fā)生器存在的結(jié)構(gòu)松散、電感大的問題。

本實(shí)用新型通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于新結(jié)構(gòu)開關(guān)的多路輸出高壓脈沖發(fā)生器，包括油箱，在油箱的油箱蓋板上設(shè)置有透明窗口，在透明窗口上設(shè)置有正充電樁、負(fù)充電樁、以及外觸發(fā)端，在所述的油箱內(nèi)安裝有氣體觸發(fā)開關(guān)，其包括兩端開口呈圓筒狀的主開關(guān)絕緣筒，在主開關(guān)絕緣筒的兩端分別通過螺栓固定連接有主開關(guān)正電極、主開關(guān)負(fù)電極，主開關(guān)正電極與正充電樁連接，主開關(guān)負(fù)電極與負(fù)充電樁連接，在主開關(guān)正電極上固定有主開關(guān)上蓋板，在主開關(guān)負(fù)電極上固定有主開關(guān)下蓋板，其中主開關(guān)正電極與主開關(guān)負(fù)電極均向?qū)?cè)凹陷，并在其底部均設(shè)置有一個(gè)圓形孔，主開關(guān)觸發(fā)電極穿過該圓形孔，其兩端分別固定在主開關(guān)上蓋板、主開關(guān)下蓋板上，并與外觸發(fā)端連接，在主開關(guān)觸發(fā)電極上設(shè)置有與圓形孔相匹配的環(huán)狀凸起部。本實(shí)用新型的主要改進(jìn)之處是采用了一個(gè)新的氣體觸發(fā)開關(guān)，通過設(shè)置新的氣體觸發(fā)開關(guān)結(jié)構(gòu)，可以解決現(xiàn)有技術(shù)中的體積問題，在緊湊結(jié)構(gòu)的同時(shí)，還減小了電感，通過將主開關(guān)正電極、主開關(guān)負(fù)電極固定，同時(shí)將其設(shè)置成凹陷結(jié)構(gòu)，大大增加了導(dǎo)通點(diǎn)的距離，同時(shí)，利用圓形孔與主開關(guān)觸發(fā)電極上設(shè)置的環(huán)狀凸起部配合形成圓環(huán)狀的輻射通道，在觸發(fā)電壓增加時(shí)，多級(jí)同軸輻射狀氣體開關(guān)，主開關(guān)正電極通過電纜連接在正充電柱上，主開關(guān)負(fù)電極通過電纜連接在負(fù)充電柱上，主開關(guān)正電極、主開關(guān)負(fù)電極由內(nèi)六角螺釘分別把在絕緣筒的兩端，主開關(guān)上蓋板和主開關(guān)下蓋板分別固定在主開關(guān)正電極、主開關(guān)負(fù)電極上，觸發(fā)電極固定在上下蓋板之間，觸發(fā)電極通過觸發(fā)隔離電容連接外觸發(fā)端，觸發(fā)隔離電容兩端并聯(lián)觸發(fā)隔離電阻，觸發(fā)隔離筒為絕緣材料，以防止穩(wěn)壓電阻與正電極之間放電，主開關(guān)進(jìn)氣孔和出氣孔安裝在下蓋板上，由透明窗口上的進(jìn)氣孔和出氣孔通過氣管連接進(jìn)入，主開關(guān)通過L型支架與正儲(chǔ)能電容和負(fù)儲(chǔ)能電容連接，這樣的開關(guān)結(jié)構(gòu)緊湊，放電穩(wěn)定，輸出脈沖可達(dá)百kV，上升時(shí)間為數(shù)ns，電壓上升率數(shù)十kV/ns。

所述的主開關(guān)上蓋板、主開關(guān)下蓋板與主開關(guān)絕緣筒構(gòu)成一個(gè)密閉腔室，在主開關(guān)下蓋板上設(shè)置有該密閉腔室的主開關(guān)進(jìn)氣孔、主開關(guān)出氣孔，其中主開關(guān)進(jìn)氣孔通過氣管與透明窗口上的進(jìn)氣孔連接，主開關(guān)出氣孔通過氣管與透明窗口上的出氣孔連接。具體的講，通過設(shè)置密閉的空腔作為試驗(yàn)腔體，在其內(nèi)部注入SF₆氣體作為絕緣介質(zhì)，氣管作為SF₆氣體的傳輸通路，可以較好地進(jìn)行

所述的主開關(guān)絕緣筒的側(cè)壁上設(shè)置有向內(nèi)側(cè)或外側(cè)凸起的環(huán)狀條。具有環(huán)狀突起結(jié)構(gòu)的主開關(guān)絕緣筒其在軸向上的伸縮量較大，可以增加絕緣筒在軸向上的彈性度，使得在試驗(yàn)過程中，氣體壓強(qiáng)增加的情況下，增加絕緣筒在軸向上的延伸性能，確保其密閉性，提高實(shí)驗(yàn)精度。

還包括一個(gè)觸發(fā)隔離筒，觸發(fā)隔離電阻固定在觸發(fā)隔離筒內(nèi)，觸發(fā)隔離電阻與觸發(fā)隔離筒內(nèi)的觸發(fā)隔離電容并聯(lián)，外觸發(fā)端通過觸發(fā)隔離電阻連接至主開關(guān)觸發(fā)電極。進(jìn)一步講，外觸發(fā)端通過觸發(fā)隔離電阻與觸發(fā)隔離電容并聯(lián)形成的濾除結(jié)構(gòu)后，可以使得輸入的觸發(fā)電壓更加穩(wěn)定和精準(zhǔn)。

在所述油箱蓋板下方通過支撐桿連接有支撐底板，在支撐底板上設(shè)置有絕緣底座，在絕緣底座上設(shè)置有疊放的正儲(chǔ)能電容、負(fù)儲(chǔ)能電容，主開關(guān)正電極與主開關(guān)負(fù)電極分別連接在正儲(chǔ)能電容、負(fù)儲(chǔ)能電容上，正儲(chǔ)能電容與負(fù)儲(chǔ)能電容分別連接在大電阻的兩端；大電阻通過輸出隔離電阻連接至輸出電纜，在輸出隔離電阻兩端并聯(lián)一個(gè)輸出隔離電容。進(jìn)一步講，通過支撐底板固定絕緣底座，在絕緣底座上安裝疊放的正儲(chǔ)能電容、負(fù)儲(chǔ)能電容，由隔離電容和隔離電阻組成，正儲(chǔ)能電容一端連接開關(guān)的正電極，另一端由L型支架連接大電阻的一端，并通過隔離電容和隔離電阻連接輸出電纜，負(fù)儲(chǔ)能電容一端連接開關(guān)的負(fù)電極，另一端由L型支架連接輸出電阻的另一端，并連接在支撐底板上，支撐底板由支撐桿把接在油箱蓋板上，如此，結(jié)構(gòu)緊湊空間分布合理。

1、本實(shí)用新型一種基于新結(jié)構(gòu)開關(guān)的多路輸出高壓脈沖發(fā)生器，利用圓形孔與主開關(guān)觸發(fā)電極上設(shè)置的環(huán)狀凸起部配合形成圓環(huán)狀的輻射通道，在觸發(fā)電壓增加時(shí)，多級(jí)同軸輻射狀氣體開關(guān)，主開關(guān)正電極通過電纜連接在正充電柱上，主開關(guān)負(fù)電極通過電纜連接在負(fù)充電柱上，主開關(guān)正電極、主開關(guān)負(fù)電極由內(nèi)六角螺釘分別把在絕緣筒的兩端，主開關(guān)上蓋板和主開關(guān)下蓋板分別固定在主開關(guān)正電極、主開關(guān)負(fù)電極上，觸發(fā)電極固定在上下蓋板之間，觸發(fā)電極通過觸發(fā)隔離電容連接外觸發(fā)端，觸發(fā)隔離電容兩端并聯(lián)觸發(fā)隔離電阻，觸發(fā)隔離筒為絕緣材料，以防止穩(wěn)壓電阻與正電極之間放電，主開關(guān)進(jìn)氣孔和出氣孔安裝在下蓋板上，由透明窗口上的進(jìn)氣孔和出氣孔通過氣管連接進(jìn)入，主開關(guān)通過L型支架與正儲(chǔ)能電容和負(fù)儲(chǔ)能電容連接，這樣的開關(guān)結(jié)構(gòu)緊湊，放電穩(wěn)定，輸出脈沖可達(dá)百kV，上升時(shí)間為數(shù)ns，電壓上升率數(shù)十kV/ns；

2、本實(shí)用新型一種基于新結(jié)構(gòu)開關(guān)的多路輸出高壓脈沖發(fā)生器，具有環(huán)狀突起結(jié)構(gòu)的主開關(guān)絕緣筒其在軸向上的伸縮量較大，可以增加絕緣筒在軸向上的彈性度，使得在試驗(yàn)過程中，氣體壓強(qiáng)增加的情況下，增加絕緣筒在軸向上的延伸性能，確保其密閉性，提高實(shí)驗(yàn)精度；

3、本實(shí)用新型一種基于新結(jié)構(gòu)開關(guān)的多路輸出高壓脈沖發(fā)生器，采用新型的空氣觸發(fā)開關(guān)，其雙電極氣體觸發(fā)開關(guān)結(jié)構(gòu)，使得運(yùn)行更加穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)更為緊湊；輸出脈沖上升率快，可達(dá)到50kV/ns；容易擴(kuò)展到數(shù)十路輸出，多路共同使用一個(gè)主開關(guān)，多路輸出同步性好。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例的限定。在附圖中：

圖1為本實(shí)用新型高壓脈沖發(fā)生器等效電路圖；

圖2為本實(shí)用新型高壓脈沖發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型高壓脈沖發(fā)生器新結(jié)構(gòu)開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實(shí)用新型高壓脈沖發(fā)生器放電輸出曲線。

附圖中標(biāo)記及相應(yīng)的零部件名稱：

1-油箱蓋板，2-進(jìn)氣孔，3-透明窗口，4-正充電柱，5-外觸發(fā)端，6-負(fù)充電柱，7-出氣孔，8-輸出電纜，9-觸發(fā)隔離電容，10-觸發(fā)隔離電阻，11-觸發(fā)隔離筒，12-輸出隔離電容，13-輸出隔離電阻，14-正儲(chǔ)能電容，15-負(fù)儲(chǔ)能電容，16-L型支架，17-支撐桿，18-油箱，19-輸出電阻，20-主開關(guān)，21-氣管，22-主開關(guān)支架，23-絕緣底座，24-支撐底板，25-主開關(guān)上蓋板，26-主開關(guān)正電極，27-主開關(guān)觸發(fā)電極，28-主開關(guān)負(fù)電極，29-主開關(guān)絕緣筒，30-主開關(guān)進(jìn)氣孔，31-主開關(guān)出氣孔，32-主開關(guān)下蓋板。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施方式及其說明僅用于解釋本實(shí)用新型，并不作為對(duì)本實(shí)用新型的限定。

實(shí)施例

如圖1至3所示，本實(shí)用新型一種基于新結(jié)構(gòu)開關(guān)的多路輸出高壓脈沖發(fā)生器，包括油箱18，在油箱18的油箱蓋板1上設(shè)置有透明窗口3，在透明窗口3上設(shè)置有正充電樁4、負(fù)充電樁6、以及外觸發(fā)端5，在油箱18內(nèi)安裝有氣體觸發(fā)開關(guān)，其包括兩端開口呈圓筒狀的主開關(guān)絕緣筒29，主開關(guān)絕緣筒29的側(cè)壁上設(shè)置有向內(nèi)側(cè)或外側(cè)凸起的環(huán)狀條，該結(jié)構(gòu)在絕緣筒收到軸向上作用力的時(shí)候，使得其具備部分彈性延伸能力，在主開關(guān)絕緣筒29的兩端分別通過螺栓固定連接有主開關(guān)正電極26、主開關(guān)負(fù)電極28，主開關(guān)正電極26與正充電樁4連接，主開關(guān)負(fù)電極28與負(fù)充電樁6連接，在主開關(guān)正電極26上固定有主開關(guān)上蓋板25，在主開關(guān)負(fù)電極28上固定有主開關(guān)下蓋板32，其中主開關(guān)正電極26與主開關(guān)負(fù)電極28均向?qū)?cè)凹陷，并在其底部均設(shè)置有一個(gè)圓形孔，主開關(guān)觸發(fā)電極27穿過該圓形孔，其兩端分別固定在主開關(guān)上蓋板25、主開關(guān)下蓋板32上，并與外觸發(fā)端5連接，在主開關(guān)觸發(fā)電極27上設(shè)置有與圓形孔相匹配的環(huán)狀凸起部；主開關(guān)上蓋板25、主開關(guān)下蓋板32與主開關(guān)絕緣筒29構(gòu)成一個(gè)密閉腔室，在主開關(guān)下蓋板32上設(shè)置有該密閉腔室的主開關(guān)進(jìn)氣孔30、主開關(guān)出氣孔31，其中主開關(guān)進(jìn)氣孔30通過氣管21與透明窗口3上的進(jìn)氣孔2連接，主開關(guān)出氣孔31通過氣管21與透明窗口3上的出氣孔7連接；還包括一個(gè)觸發(fā)隔離筒11，觸發(fā)隔離電阻10固定在觸發(fā)隔離筒11內(nèi)，觸發(fā)隔離電阻10與觸發(fā)隔離筒11內(nèi)的觸發(fā)隔離電容9并聯(lián)，外觸發(fā)端5通過觸發(fā)隔離電阻10連接至主開關(guān)觸發(fā)電極27；在油箱蓋板1下方通過支撐桿17連接有支撐底板24，在支撐底板24上設(shè)置有絕緣底座23，在絕緣底座23上設(shè)置有疊放的正儲(chǔ)能電容14、負(fù)儲(chǔ)能電容15，主開關(guān)正電極26與主開關(guān)負(fù)電極28分別連接在正儲(chǔ)能電容14、負(fù)儲(chǔ)能電容15上，正儲(chǔ)能電容14與負(fù)儲(chǔ)能電容15分別連接在大電阻19的兩端；大電阻19通過輸出隔離電阻13連接至輸出電纜8，在輸出隔離電阻13兩端并聯(lián)一個(gè)輸出隔離電容12；正負(fù)電極由內(nèi)6角螺釘分別把在絕緣筒29的兩端，以保證正負(fù)電極之間的距離為20mm，上蓋板25和下蓋板32分別固定在正負(fù)電極上，觸發(fā)電極固定在上下蓋板之間，以保證觸發(fā)電極與正負(fù)電極之間的距離為4.5mm，觸發(fā)電極通過觸發(fā)隔離電容9連接外觸發(fā)端5，觸發(fā)隔離電容兩端并聯(lián)觸發(fā)隔離電阻10，觸發(fā)隔離筒11為絕緣材料，以防止穩(wěn)壓電阻與正電極之間放電，主開關(guān)進(jìn)氣孔27和出氣孔28安裝在下蓋板29上，由透明窗口3上的進(jìn)氣孔2和出氣孔7通過氣管21連接進(jìn)入，主開關(guān)通過L型支架22與正儲(chǔ)能電容14和負(fù)儲(chǔ)能電容15連接。

輸出部分包括正儲(chǔ)能電容14，正儲(chǔ)能電容14一端連接主開關(guān)的正電極，另一端由電容支架16連接輸出電阻19的一端，并通過輸出隔離電容12和輸出隔離電阻13連接輸出電纜8，負(fù)儲(chǔ)能電容一端連接主開關(guān)的負(fù)電極，另一端由電容支架連接輸出電阻的另一端，并連接在支撐底板24上，支撐底板由支撐桿17把接在油箱蓋板1上，支撐底板和支撐桿為導(dǎo)體，使其保持零電位，透明窗口把接在油箱蓋板上，透明窗口為絕緣材料，以防止正負(fù)充電柱與蓋板零電位放電。工作原理為：主開關(guān)內(nèi)充SF₆氣體作為絕緣介質(zhì)，正儲(chǔ)能電容充電+40kV，負(fù)儲(chǔ)能電容充電-40kV。為施加外觸發(fā)電壓時(shí)，外觸發(fā)端連接到地，通過隔離電阻使主開關(guān)觸發(fā)極保持在零電位。當(dāng)外觸發(fā)幅值約-55kV時(shí)，通過隔離電容施加在觸發(fā)極上，由于觸發(fā)極和正電極之間極性相反，超過SF₆氣體的擊穿電壓，使觸發(fā)極和正電極導(dǎo)通放電，從而整個(gè)開關(guān)導(dǎo)通，儲(chǔ)能電容兩端的電勢(shì)差不能發(fā)生突變，正儲(chǔ)能電容與大電阻連接端電壓突變?yōu)?80kV，電壓波經(jīng)隔離電容，由輸出電纜向輸出端傳播，增加隔離電阻可使輸出電纜電壓初始處于零電位。

輸出脈寬：T＝2L/v

上式中L為輸出電纜的總長(zhǎng)度，在實(shí)施例中輸出電纜長(zhǎng)5m，v為電壓波在電纜中的傳播速度，約為0.2m/ns，理論上脈寬約為50ns。

圖4為充40kV條件下多次放電的輸出結(jié)果，輸出脈沖幅值與脈寬均與理論結(jié)果符合較好，輸出的高壓脈沖上升率達(dá)到50kV/ns。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。