[发明专利]一种紧凑型电感负载一体化气体开关

说明书

技术领域

本发明属于一种紧凑型电感、负载一体化气体开关，具体涉及一种用于大型快前沿电磁脉冲源的前沿调节技术的紧凑型高压气体开关。

背景技术

开关是脉冲功率技术领域中的关键器件，它连接着储能器件和负载。开关的性能影响着输出电压波形的上升时间、形状和幅值。应用在脉冲功率领域中的高压开关有气体开关、真空开关、半导体开关、机械开关等，不同的应用场合对开关性能和类型的要求也不同。在大型快前沿电磁脉冲源中，经常要求开关电感可控、高耐压、结构紧凑、控制简单可靠等。

常用的脉冲功率设备中，气体开关一般与电感和负载分别设计，连接于电路中。开关常采用两电极对称设计，内充绝缘气体，开关电感由结构决定，不能调节；开关回路中串入的电感一般采用绝缘子表面刻槽外接导体线绕的沿面绝缘结构，须采用沿面绝缘阈值考虑，使得该结构电感笨重，要求绝缘距离较长，导致设备的体积大且输出指标不可控；负载一般按照设备要求设计结构并连接于开关回路中。该类开关回路结构需要足够的空间分别安置各部件，所以开关回路结构体积较大，无法做的十分紧凑。同时，电感采用沿面绝缘可能大幅度降低绝缘强度，易发生绝缘损坏。

在高电压、强电场要求的设备环境中，一般要求开关回路的体积尽可能小。因为开关回路体积偏大会造成绝缘子体积庞大，制造成本增加等一系列问题。而在要求输出快前沿的电磁脉冲源中，采用开关、电感和负载的分别设计的思路来调节电磁脉冲模拟源的输出脉冲前沿是非常困难的，在技术上和制造成本上都是不可取的。

发明内容

在高电压、强电场、小体积要求的设备环境中，为了满足紧凑型电磁脉冲源的开关应用、电感可控需求，本发明提供了一种紧凑型电感负载一体化气体开关。

本发明的技术解决方案是：

一种紧凑型电感负载一体化气体开关，其特殊之处在于：

包括外绝缘筒、锥形阴极电极头和锥形阳极电极头；所述锥形阴极电极头和锥形阳极电极头分别从外绝缘筒的两端将外绝缘筒密封；所述外绝缘筒内充高压绝缘气体；

所述阴极电极头和阳极电极头中的至少一个采用空心圆锥面电极结构；

所述空心圆锥面电极结构包括电极头、电极底盘以及设置在电极头和电极底盘之间的电感单元；

所述电极底盘为圆环形结构；

所述电感单元包括一个半圆环形电感；所述半圆环形电感与电极底盘平行，其一端通过电感支撑段与电极头连接，其另一端与电极底盘连接；所述电感支撑段的高度满足电感绝缘性能要求；

所述电极头、半圆形半圆环形电感、电感支撑段构成一个空心圆锥面布局。

上述电极头的尖端表面圆滑过渡，构成电场不均匀系数小于2的稍不均匀电场；所述电极头与电感支撑段之间、电感支撑段与半圆环形电感之间、电感支撑段与电极底盘之间均为圆角线切割的过渡结构。

上述空心圆锥面结构的锥角范围为15～60度角。

上述电极头、电极底盘、电感单元采用不锈钢或黄铜。

一种紧凑型电感负载一体化气体开关，其特殊之处在于：

包括外绝缘筒、锥形阴极电极头和锥形阳极电极头；所述锥形阴极电极头和锥形阳极电极头分别从外绝缘筒的两端将外绝缘筒密封；所述外绝缘筒内充高压绝缘气体；

所述阴极电极头和阳极电极头中的至少一个采用空心圆锥面电极结构；

所述空心圆锥面电极结构包括电极头、电极底盘以及设置在电极头和电极底盘之间的电感单元；

所述电极底盘为圆环形结构；

所述电感单元包括至少两个半圆环形电感；所述半圆环形电感与电极底盘平行；相邻所述半圆环形电感之间相位角相差180度；相邻所述半圆环形电感之间通过电感支撑段首尾相连；最顶部的半圆环形电感的另一端通过电感支撑段与电极头连接，最底部的半圆环形电感的另一端通过电感支撑段与电极底盘连接；所述电感支撑段的高度满足电感绝缘性能要求；

所述电极头、半圆形半圆环形电感、电感支撑段构成一个空心圆锥面布局。

上述电极头的尖端表面圆滑过渡，构成电场不均匀系数小于2的稍不均匀电场；所述电极头与电感支撑段之间、电感支撑段与半圆环形电感之间、电感支撑段与电极底盘之间均为圆角线切割的过渡结构。

上述空心圆锥面结构的锥角范围为15～60度角。

上述电极头、电极底盘、电感单元采用不锈钢或黄铜。

本发明的优点是：