[发明专利]一种多极柱场击穿型真空触发开关

说明书

技术领域

本发明涉及脉冲功率技术领域，尤其涉及一种多极柱场击穿型真空触发开关。

背景技术

开关元件是脉冲功率系统的核心元件之一，也是主要的技术瓶颈，大功率开关设备要求能工作在高电压、大电流下，并且要求速度快、可靠性高、寿命长。真空触发开关是一种可以同时满足上述要求的开关形式，在高功率脉冲方面，如大功率激光器、大功率微波电源、电磁发射技术等领域得到了广泛应用。

传统的真空触发开关的主电极结构一般是平板式，触发极与一个主电极相连接。给开关施加触发脉冲后，触发放电产生的初始等离子体扩散进入主间隙，在阳极和阴极所加主电压的作用下，建立起的金属蒸气电弧，使主间隙导通。当导通电流增大，真空电弧的能量增加，电极表面热载也随之增加，导致加大电极烧蚀，通流能力受到限制。另外，电弧熄灭后，真空电弧产生的金属蒸气沉积在触发极绝缘介质表面，大大影响了触发极的寿命。

因此，亟待提供一种改进的多极柱场击穿型真空触发开关以克服上述缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种多极柱场击穿型真空触发开关，其燃弧面积大，导通电荷承载库仑量高，开关内部电磁环境抑制电弧收缩，电极烧蚀轻，金属蒸汽沉积少，大电流下工作寿命长，触发电压稳定，通流能力强。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多极柱场击穿型真空触发开关，包括密闭壳体和设于所述密闭壳体内壁的屏蔽罩，所述密闭壳体两端分别设有上电极和下电极，所述上电极和下电极均包括固定在所述密闭壳体上的电极底柱、固定在所述电极底柱上的电极平台和设于所述电极平台上的多个柱状电极，所述上电极的柱状电极和下电极的柱状电极相向延伸且相互交错排列，每两相邻的柱状电极之间的间隙宽度相等，且与柱状电极顶部到相对的电极平台的间隙宽度相等；所述下电极的电极平台上还设有凹口和触发极，所述触发极包括轴截面呈T型的触发针和触发绝缘套环，所述触发绝缘套环为凸台结构且嵌设在所述凹口中，所述触发针包括触发针头部和触发针杆，所述触发针杆一端与所述触发针头部相连、另一端穿过所述触发绝缘套环和所述电极平台，所述触发针头部的下表面与所述凸台结构的顶端连接，所述触发针头部的上表面低于所述下电极的电极平台的上表面，所述触发针头部的边角与所述下电极的电极平台之间存在间隙。

与现有技术相比，本发明的多极柱场击穿型真空触发开关具有以下优点：

一、采用多极柱几何结构，当真空触发开关导通时，柱状电极间的放电电弧受轴向开关电流产生的磁场的影响，电弧被抑制收缩，减小了主电极，即上、下电极的烧蚀。由于上、下电极上的柱状电极交叉分布，使得电弧向外分布，也就是说，该结构可以使触发极远离放电电弧区域，不易受电弧烧蚀。另外，本发明的多极柱场击穿型真空触发开关在大电流条件下电弧可保持扩散形态，具有很强的通流能力；并且由于采用多极柱几何结构增大了上、下电极的表面积，从而可以增加燃弧面积，提高通载的电荷量，单次电荷转移量可达30库仑以上。

二、场击穿型触发避免了沿面型真空触发开关带来的金属蒸汽沉积问题，触发电压稳定，触发极烧蚀明显减小，触发极使用寿命长。

三、触发针采用T型结构，避免了普通的针型结构引起的触发针尾部提前放电现象。

四、触发针头部利用安装在电极平台中央的触发绝缘套环使其固定，使触发针头部不会因为多次放电实验后左右移动，稳定触发电压。

五、真空触发开关还设有屏蔽罩，用以保护主电极间的绝缘，防止燃弧时金属蒸气的沉积。

优选地，所述下电极的电极平台的凹口侧壁上设有钨层，以加强下电极发射电子的能力。

较佳地，所述钨层上端设有倒角。进一步地，所述倒角为135°。该倒角结构比一般的直角触发孔更有利于产生的初始等离子体向主间隙中扩散，不会反向进入触发孔内部。

较佳地，所述的触发针头部的边角与所述钨层之间的间隙宽度为0.1～0.3mm。

优选地，所述触发针头部的上表面比所述下电极的电极平台的上表面低0.2～0.5mm。

优选地，相邻的两个柱状电极之间的间隙为10～15mm，以保证主间隙的绝缘性能，使真空触发开关能在主电极两端施加40kV的直流电压时仍然保持良好的绝缘性能，又尽量减小电极间距，延长电极的使用寿命。

优选地，所述触发绝缘套环为瓷环。进一步地，所述瓷环的材料包括87％Al、9％Si、2％Mn、2％Cl。

优选地，所述触发针由钼制成，其熔点高，易于发射电子，同时具有比钨更好的刚性。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。