[发明专利]一种气密性间隙可调的火花隙开关

说明书

技术领域

本发明属于脉冲功率技术，高能激光及高能脉冲电流实验研究等技术领域，特别涉及一种气密性间隙可调的火花隙开关。

背景技术

脉冲功率技术是对能量在时间和空间上进行压缩，然后在较短的时间内以较高的功率释放能量到特定负载上的技术。脉冲功率电源是脉冲功率系统中的关键装置，其作用是在较短时间内产生高瞬时功率的脉冲，用以驱动特定负载，它一般主要由三部分构成：储能装置、高压开关和负载，其中高压开关是形成高压脉冲的关键部件，也是高压脉冲电源工作的核心，高压开关的性能直接决定着电源整体的性能。

目前，由于脉冲功率电源在工业和科研领域的广泛应用，例如：废水处理、废气处理、杀菌消毒、高能粒子束产生、高能激光、产生等离子体等，对高压开关的性能也提出了一些基本要求，即，1）脉冲上升沿陡；2）高电压，大电流，高功率；3）开关的工作参数方便易调整；4）工作寿命长。传统开关如晶闸管、IGBT、MOSFT等虽然工作寿命长，重复频率高，但是开断电压和电流不能太大，开断功率小，开断高电压大电流所用时间较长，价格昂贵，并且需要有复杂的控制和保护电路，因而限制了其在高压脉冲电源技术中的应用。火花隙开关由于其具有开断电压高、电流大、开关时间短、成本低、控制简单等优点而在高压脉冲电源技术中得到了广泛应用。

但是，随着技术的进步，对火花隙的设计与应用提出了一些新的要求，例如，为了适应不同的实验电压等级要求，需要改变阳极和阴极的放电间隙；为了提高开关的可靠性，降低烧蚀，降低导通电阻，一般会采取填充特殊气体或降低气压的方法，因而要求火花隙开关具有一定的气密性，并能够进行充放气；为了减小火花隙开关的体积，使之不对设备空间造成压力，通常会要求对火花隙开关进行紧凑设计；另外，为了提高使用寿命，对火花隙开关的制造材料，尤其是电极材料提出了更高的要求。

发明内容

针对火花隙开关在实际应用中所遇到的问题，本发明的目的是提供一种气密性间隙可调的火花隙开关，具备较高的可靠性、较低的导通电阻、较长的寿命、较强的抗干扰能力。

本发明是这样实现的：一种气密性间隙可调的火花隙开关，包括气密性开关工作腔体、间隙可调火花隙开关和充排气系统，其中气密性开关工作腔体由绝缘外壳、阳极法兰、阴极法兰、阳极密封压板、触发电极绝缘套、触发电极密封压板以及提供气密性的阳极密封垫圈、阳极法兰密封垫圈、阴极法兰密封垫圈、阴极密封垫圈、触发电极绝缘套密封垫圈、触发电极密封垫圈组成，间隙可调火花隙开关由阳极、阴极、触发电极组成，充排气系统由充气阀和排气阀组成，且能够实现低压、高压或惰性气体开关工作氛围；阳极和阴极左右对置，触发电极、触发电极绝缘套、阴极、阳极同轴心地布置在腔体中，充气阀和排气阀对称分布在腔体的中间截面两侧，由充气阀和排气阀调节开关工作腔体中的气压和气体种类；两片L型支撑脚通过螺栓分别与阳极法兰和阴极法兰固定在一起，并能够通过螺栓固定在其他设备上。

所述绝缘外壳为圆筒状，圆筒中间部分经过机械加工变薄，以减轻重量，采用的是聚四氟乙烯材料；阳极法兰为聚四氟乙烯圆板，中心掏空，用以支撑阳极；阴极法兰采用黄铜圆板加工，中心掏空，用以支撑触发电极绝缘套，阴极法兰表面径向中心处加工出一个螺孔，作为阴极接线端。

所述阳极采用黄铜材料，处于开关腔体外的一端为细圆棒状，表面加工出螺纹，用作阳极接线端，阳极处于开关腔体内的一端为球面放电端。

所述阳极密封压板采用聚四氟乙烯圆板加工而成，通过螺栓固定在阳极法兰上，中心加工出与阳极法兰同心圆孔，通过压紧套在阳极上的阳极密封垫圈实现阳极的密封。

所述阴极采用黄铜柱加工而成，放电端面加工成球面，中心加工出圆孔，通过螺栓固定在开关腔体内部；压紧阴极密封垫圈实现阴极的密封。

所述触发电极采用钨棒加工而成，放电端加工成四楞尖针状，放置于触发电极绝缘套内。

所述触发电极绝缘套采用聚四氟乙烯加工而成，置于阴极中心孔内，通过触发电极绝缘套密封垫圈实现密封。

所述触发电极密封压板采用聚四氟乙烯圆板加工而成，通过螺栓与触发电极绝缘套固定，压紧触发电极密封垫圈实现触发电极的密封。

所述充气阀和排气阀通过预留在绝缘外壳的螺孔固定在开关腔体的两侧。

本发明能够取得以下有益效果：

(1)在能够改变阳极和阴极间放电间隙的前提下实现了开关工作腔体的密封，能够使开关工作在低气压下或是充入氮气等其他气体，使开关的动作更可靠，降低导通电阻，并能够有效地提高使用寿命。