[发明专利]堆栈式多间隙气体开关

说明书

技术领域

本发明涉及一种放电开关，特别是涉及一种用于快前沿直线脉冲变压器的多间隙气体放电开关。

背景技术

快前沿直线脉冲变压器驱动源(Fast Linear Transformer Driver，FLTD)是新型高功率Z箍缩驱动源的一个重要发展方向，也是高功率脉冲技术领域的新课题。制约快前沿直线脉冲变压器驱动源发展的关键性技术难题之一是放电开关。近10年来，模块化快前沿直线脉冲变压器驱动源技术取得突破性进展，在闪光照相和Z箍缩技术等领域显示出广泛的应用潜力。基于快前沿直线脉冲变压器驱动源的大型脉冲功率源往往要求数万只乃至数十万只放电开关同步工作。放电开关的性能将直接影响快前沿直线脉冲变压器驱动源输出电流的前沿和幅值，同时对整个系统的稳定性和可靠性也有较大影响。因此，研制适合大规模应用的放电开关，对于促进快前沿直线脉冲变压器驱动源的广泛应用具有重要意义。

作为快前沿直线脉冲变压器驱动源技术的关键组成部分，国内外相关研究单位均投入大量人力物力开展放电开关的研制和研究工作。国外具有代表性的单位是俄罗斯大电流所(HCEI)和美国圣地亚实验室(SNL)。快前沿直线脉冲变压器驱动源技术首先由俄罗斯大电流所提出，在该项研究方面一直处于领先地位，特别是在放电开关研究中，研制成功了多种结构的多间隙放电开关。所设计的多间隙开关为同轴型结构，主要由5个圆环电极，一个有机玻璃绝缘筒和上、下两个盖板构成，上、下两个盖板同时作为两个电极。上、下两个盖板通过螺纹与绝缘筒紧密连接，圆环电极均匀固定在有机玻璃绝缘筒内侧。上、下两个盖板和环状电极构成6个放电间隙。触发电极从有机玻璃绝缘筒中部引入，连接到中间的圆环电极上。为了提高开关可靠性和击穿特性，对该类开关的绝缘结构、触发结构、触发方式等进行了大量研究，并实际应用于快前沿直线脉冲变压器驱动源模块中。美国圣地亚实验室也开展了放电开关研究工作，初步研制了一种三电极的气体放电开关。目前SNL正在对其进行深入研究，以期获得电感更低、结构更简单的快前沿直线脉冲变压器驱动源放电开关。

国外这几种多间隙放电开关在结构设计方面存在一定缺陷，主要集中在电极固定方式和盖板与电极连接方式两个方面：

1.电极的固定方式都是利用开关外绝缘筒，将开关电极固定在外绝缘筒上并实现各个电极之间的平行度、同轴度和间隙距离的精度。这种电极固定方式对开关整体的加工精度提出了很高要求，特别是上、下盖板和外绝缘筒，如果它们的加工精度设置不合理，电极之间的平行度、同轴度和间隙距离的精度将很难达到设计要求；

2.上、下盖板通过螺纹与绝缘筒紧密连接，密封圈固定在二者之间，安装过程中的不确定因素影响很大，如果安装时的力度不一，那么上、下两个间隙的距离和平行度将受到影响。特别是在开关数量巨大时，这种人为因素的影响很明显；

3.开关整体结构复杂，安装过程繁琐，容易引入人为误差，难以规模化生产和应用。

总之，这种电极固定方式对加工精度提出了极高要求，同时开关电极的安装过程也很复杂，稍有不慎，人为因素可能会对电极之间的平行度、同轴度和间隙距离的精度产生较大影响，进而影响整个开关的工作性能。对于单个开关，这种影响可能并不明显，但是对于成千上万只开关，这种影响就是显而易见的，甚至是致命的。

国内在此类放电开关研究方面还处于起步阶段，基本都是沿用了国外的模式，没有明显突破，结构设计方面存在的缺陷没有很好解决。

发明内容

本发明提出了一种开关结构简单、安装操作过程简便、装配精度高的堆栈式多间隙气体开关，解决了现有多间隙气体放电开关安装精度差、安装过程繁琐的技术问题。

本发明的技术解决方案是：

一种堆栈式多间隙气体开关，包括圆柱形外绝缘筒2、固定在外绝缘筒上端的圆盘形上盖板6、固定在外绝缘筒下端的圆盘形下盖板1、至少三个圆环电极4、设置在外绝缘筒中平面的触发连接件7和气嘴8，所述上盖板和外绝缘筒之间以及下盖板和外绝缘筒之间密封，其特殊之处在于：所述气体开关还包括放置在外绝缘筒2内且与圆环电极4数量一致的多个圆环形绝缘垫块3，绝缘垫块的外侧开有多个均布的气孔10；所述每个电极嵌套在一个绝缘垫块的上端面后构成一个堆栈组件，所述多个堆栈组件同轴叠放在外绝缘筒内构成绝缘堆栈；所述上盖板的下表面设置有环形槽11，所述环形槽内设置有可与最上层堆栈组件的电极接触的弹性金属环5。

上述外绝缘筒2的内表面和外表面以及绝缘堆栈的内表面和外表面均为波纹面。

上述上盖板和外绝缘筒之间以及下盖板和外绝缘筒之间均设置有橡胶密封环9。

上述圆环电极4的数量为六个。