[发明专利]一种环形刀-平板电极的电晕稳定开关及其工作方法

说明书

本发明属于电晕稳定开关技术领域，公开了一种环形刀‑平板电极的电晕稳定开关，包括开关腔体、腔体底盖、环形刀状高压电极、高压辅助电极以及平板地电极；高压辅助电极设置在环形刀状高压电极内；环形刀状高压电极包括底座和与底座连接的刀状电极，刀状电极的下端为尖端；高压辅助电极包括连杆和圆盘电极，圆盘电极的边缘加工为刀状。还公开了其工作方法，环形刀状高压电极在增强电晕稳定化作用的前提下能够大幅降低因高压电极烧蚀所带来的开关重复频率工作性能劣化，显著提升开关的工作寿命；在高压电极中引入高压辅助电极，增强开关击穿过程中的电晕放电活动的强度，进一步加强高压电极周围的电晕稳定化作用及其对开关绝缘恢复性能的改善效果。

技术领域

本发明属于电晕稳定开关技术领域，特别涉及一种环形刀-平板电极的电晕稳定开关及其工作方法。

背景技术

近年来，重复频率脉冲功率技术在生物医学、流动控制、辅助燃烧、环境治理等工业应用领域展示出的巨大的发展潜力。应用领域的拓展和技术参数需求的提高牵引着重复频率脉冲功率系统的电路理论及器件水平快速发展。开关器件决定着重复频率脉冲功率系统的工作参数和性能，是系统的核心部件与关键技术瓶颈。电晕稳定开关器件具有工作电压高、通流能力强、电压电流上升速率快、结构简单等高气压气体开关的独特优点，同时利用强电负性气体SF₆中极不均匀电场间隙击穿的电晕稳定化作用提高开关的重复频率工作上限。因而是一种具有潜力的高重复频率开关元件，在对工作电压、功率和重复频率具有较高要求的工业场合中具有广阔应用前景。

现有的电晕稳定开关为获得击穿的稳定化作用以提高其重复频率工作上限，通常使用极不均匀电场间隙的电极结构配置，例如单针-平板/单棒-平板。使用单棒/针-平板电极配置的开关在工程应用中存在电晕稳定化作用较弱的问题，此类开关通过利用电晕稳定化作用改善开关重复频率工作性能的效果仍有待提升。此外，开关重复频率运行过程中，大曲率高压电极在多次重复击穿过程中易出现严重烧蚀，烧蚀将会劣化金属电极表面形貌特征及粗糙程度，进而对高压电极周围空间电场分布特性产生影响，这一效应致使脉冲功率电源系统输出的重复电压脉冲的一致性变差，且开关寿命也将因此大幅缩短。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环形刀-平板电极的电晕稳定开关及其工作方法，解决现有电晕稳定开关电晕稳定化作用较弱，以及电极烧蚀严重所导致的重复频率工作性能下降和开关寿命大幅缩短的问题，

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种环形刀-平板电极的电晕稳定开关，包括开关腔体、腔体底盖、环形刀状高压电极、高压辅助电极以及平板地电极；

腔体底盖盖设在开关腔体下部，形成中空的密封腔体；环形刀状高压电极设置在开关腔体的顶部，高压辅助电极设置在环形刀状高压电极内，平板地电极设置在腔体底盖上，环形刀状高压电极和平板地电极相对设置；

环形刀状高压电极包括底座和与底座连接的刀状电极，刀状电极的下端为尖端；

高压辅助电极包括连杆和圆盘电极，连杆一端与底座连接，另一端与圆盘电极连接，圆盘电极的边缘加工为刀状。

进一步，刀状电极的尖端的锥角≤60°

进一步，在开关腔体的侧壁上开有用于充入或排放工作气体的气孔，气孔内装有密封装置。

进一步，圆盘电极的下表面与刀状电极的最下端在同一水平面。

进一步，开关腔体和腔体底盖由透明有机玻璃材质制成，环形刀状高压电极、高压辅助电极及平板地电极均由金属材料制成。

进一步，在开关腔体顶壁上加工有用于固定安装环形刀状高压电极的凹槽，在腔体底盖上加工有用于固定平板地电极的凹槽。

进一步，底座的下表面开有用于固定安装高压辅助电极的螺纹孔。

进一步，开关腔体为中空的圆筒，腔体底盖为圆盘。