多路輸出的高電壓納秒脈沖發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明一種多路輸出的高電壓納秒脈沖發(fā)生器，建立一種高壓脈沖源，由多個(gè)放電支路和一個(gè)大通流、低電感、低抖動(dòng)的氣體開關(guān)并聯(lián)組成，利用氣體開關(guān)控制所有支路的觸發(fā)輸出。每個(gè)支路對應(yīng)一組輸出，即使增加支路數(shù)，增加輸出路數(shù)，支路放電回路電感基本不變，負(fù)載阻抗一定，則輸出的高壓脈沖幅值和前沿一定。放電支路采用模塊化設(shè)計(jì)，絕緣可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，因此可以根據(jù)需求進(jìn)行擴(kuò)展。本發(fā)明能夠滿足幾路甚至數(shù)十路、高電壓、快前沿電脈沖同時(shí)輸出的要求。
【專利說明】多路輸出的高電壓納秒脈沖發(fā)生器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高電壓脈沖發(fā)生器，它可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)輸出多路快前沿高電壓脈沖。高壓脈沖的幅值可達(dá)IOOkV?400kV，每路輸出上升時(shí)間(10%?90%)小于30ns，脈寬大于50ns，輸出路數(shù)可以根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展。
【背景技術(shù)】
[0002]百千伏快前沿高壓脈沖發(fā)生器在脈沖功率【技術(shù)領(lǐng)域】和高電壓電工【技術(shù)領(lǐng)域】已有較多應(yīng)用。目前這種類型的脈沖發(fā)生器在脈沖功率【技術(shù)領(lǐng)域】一般用作高電壓氣體開關(guān)的觸發(fā)器，在高電壓電工【技術(shù)領(lǐng)域】用作過電壓快脈沖源。然而該類型的脈沖源往往只能產(chǎn)生單路輸出的高電壓脈沖，很難同時(shí)產(chǎn)生大規(guī)模的高電壓輸出脈沖。
[0003]隨著脈沖功率技術(shù)特別是快前沿直線變壓器驅(qū)動(dòng)源(FLTD)技術(shù)的發(fā)展，大型脈沖功率裝置往往含有大量的氣體開關(guān)，需要大量路數(shù)的高電壓快前沿脈沖同時(shí)輸入；對于高壓電工領(lǐng)域來講多路輸出的脈沖源可以有效提高產(chǎn)品承受過電壓能力檢驗(yàn)的效率。而現(xiàn)有的脈沖發(fā)生器難以滿足要求。產(chǎn)生多路脈沖輸出通常的方法是在輸出電極末端并聯(lián)多根輸出電纜，需要幾路輸出就并聯(lián)幾根電纜。然而實(shí)際上隨著并聯(lián)電纜路數(shù)的提高，脈沖源負(fù)載阻抗隨之降低，脈沖輸出電壓幅值會(huì)隨之降低，輸出上升時(shí)間會(huì)隨之增大，一般情況下輸出路數(shù)小于10路，難以同時(shí)滿足數(shù)十路甚至上百路同時(shí)輸出、高電壓、快前沿的要求。如果使用多臺(tái)單路輸出的觸發(fā)器，帶來很顯著的問題是造價(jià)昂貴，而且多臺(tái)觸發(fā)器之間存在時(shí)延和抖動(dòng)，對于設(shè)備之間的同步觸發(fā)有較大影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種多路輸出的高電壓快前沿脈沖發(fā)生器，其能夠滿足幾路甚至數(shù)十路、高電壓、快前沿電脈沖同時(shí)輸出的要求。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0006]一種多路輸出的高電壓納秒脈沖發(fā)生器，其特殊之處在于:
[0007]包括良好接地的油箱、一個(gè)高電壓氣體開關(guān)和多路放電支路；所述高電壓氣體開關(guān)控制所有放電支路的觸發(fā)輸出；所述油箱中注入變壓器油，所述高電壓氣體開關(guān)和所述多路放電支路放置在油箱中；所述多路放電支路沿油箱圓周布置；
[0008]所述放電支路包括至少一根高壓輸出同軸電纜、上電容器、絕緣支撐、下電容器、接地電阻；所述上電容器的一端與高電壓氣體開關(guān)的正極性高壓電極相聯(lián)，所述下電容器的一端與高電壓氣體開關(guān)的負(fù)極性高壓電極相聯(lián)，所述上電容器的另一端與高壓輸出同軸電纜的皮線相聯(lián)，所述高壓輸出同軸電纜的芯線穿過絕緣支撐后聯(lián)接至下電容器的另一端，所述接地電阻的兩端分別與高壓輸出同軸電纜的芯線和皮線相聯(lián)。
[0009]上述放電支路還包括相互平行靠近且絕緣設(shè)置的上連接板和下連接板；所述上電容器通過上連接板接至高電壓氣體開關(guān)的正極性高壓電極；所述下電容器通過下連接板接至高電壓氣體開關(guān)的負(fù)極性高壓電極。[0010]還包括設(shè)置在上電容器和下電容器之間的中間絕緣板10、設(shè)置在上電容器和油箱之間的上絕緣板8以及設(shè)置在下電容器和油箱之間的下絕緣板9。
[0011]上述高壓輸出同軸電纜的阻抗為50歐姆；所述上電容器和下電容器采用80nF/100kV雙端引出的塑殼電容器；所述接地電阻采用1000歐姆電阻；所述上絕緣板、中絕緣板和下絕緣板為尼龍或者聚乙烯材料。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
[0013]1、脈沖發(fā)生器的輸出脈沖電壓幅值高，前沿快，且能多路輸出；
[0014]2、多路脈沖是同時(shí)輸出的，便于與其他設(shè)備同步；
[0015]3、脈沖發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡單，采用模塊化設(shè)計(jì)，方便進(jìn)行輸出路數(shù)的擴(kuò)展且擴(kuò)展后的輸出的脈沖參數(shù)基本不變。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是20支路同時(shí)輸出的幅值300kV，前沿小于25ns的脈沖發(fā)生器的布局示意圖；
[0017]圖2是脈沖發(fā)生器中單個(gè)放電支路的截面示意圖；
[0018]圖3是脈沖發(fā)生器的輸出波形圖；
[0019]圖中:1_油箱,21-上電容器,22-下電容器,3-氣體開關(guān),4-高壓輸出同軸電纜，5-接地電阻，6-上連接板，7-下連接板，8-上絕緣板，9-下絕緣板，10-中間絕緣板，11-絕緣支撐。
【具體實(shí)施方式】
[0020]一種20支路同時(shí)輸出的幅值300kV，前沿小于25ns的脈沖發(fā)生器，如圖1所示。該脈沖發(fā)生器主要由10路放電支路和一只高電壓氣體開關(guān)I構(gòu)成，每路放電支路帶兩根阻抗50歐姆的高壓輸出同軸電纜4。各個(gè)放電支路沿圓周布置，通過上連接板6接至氣體開關(guān)3上。整個(gè)脈沖發(fā)生器置于良好接地的油箱I中。油箱I注入變壓器油以增加脈沖源的絕緣強(qiáng)度。
[0021]脈沖發(fā)生器中單個(gè)放電支路的截面示意圖如圖2所示。電容器2采用80nF/100kV雙端引出的塑殼電容器。將兩只電容器上下布置，同軸電纜4的芯線接至下電容器22的一端，皮線接至上電容器21的同一端。為保證絕緣強(qiáng)度，同軸電纜4的芯線需穿過尼龍材料制作的絕緣支撐11接至電容器上。1000歐姆接地電阻5與同軸電纜并聯(lián)用于給電容器充電和保護(hù)脈沖源。電容器通過上連接板6和下連接板7接至氣體開關(guān)3的兩端。為了減小放電支路的電感，連接板6和7應(yīng)在保證絕緣的情況下與中間絕緣板10緊密貼合。兩電容器之間墊絕緣板10，絕緣板為尼龍或者聚乙烯等材料制作，厚度約10mm，防止連接板擊穿。上絕緣板8和下絕緣板9為尼龍或者聚乙烯等材料制作，用來防止開關(guān)兩端高壓電極與油箱壁擊穿。
[0022]本發(fā)明的工作過程如下:在工作時(shí)，通過氣體開關(guān)正負(fù)電極分別施加正負(fù)極性的電壓在上連接板6和下連接板7之間，地線接至油箱壁，使脈沖源中所有電容器充上電。將觸發(fā)脈沖施加于開關(guān)的觸發(fā)電極，開關(guān)導(dǎo)通后在接地電阻兩端獲得高壓脈沖。由于每個(gè)放電支路帶兩根輸出電纜，放電支路負(fù)載阻抗(約25 Ω )遠(yuǎn)大于脈沖源的內(nèi)阻抗(約2.5Ω )，在接地電阻5兩端可以獲得幅值約為充電電壓的快前沿脈沖。當(dāng)開關(guān)兩端的充電電壓大于±80kV，觸發(fā)電纜末端為高阻狀態(tài)時(shí)，電脈沖波在末端發(fā)生反射，考慮到損耗，輸出電纜末端電壓可以達(dá)到300kV。理論計(jì)算得到脈沖發(fā)生器單個(gè)放電支路電感約為250nH。電路模擬得到一個(gè)支路帶2路Sm電纜情況下，輸出波形如圖3所示。
[0023]在電容器充電±80kV情況下，20支路納秒脈沖發(fā)生器輸出脈沖前沿20ns，幅值300kV。
[0024]本發(fā)明的技術(shù)思路是:
[0025]建立一種高壓脈沖源，由多個(gè)放電支路和一個(gè)大通流、低電感、低抖動(dòng)的氣體開關(guān)并聯(lián)組成，利用氣體開關(guān)控制所有支路的觸發(fā)輸出。每個(gè)支路對應(yīng)一組輸出。即使增加支路數(shù)，增加輸出路數(shù)，支路放電回路電感基本不變，負(fù)載阻抗一定，則輸出的高壓脈沖幅值和前沿一定。放電支路采用模塊化設(shè)計(jì)，絕緣可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，因此可以根據(jù)需求進(jìn)行擴(kuò)展。
[0026]一個(gè)放電支路由一根高壓輸出的同軸電纜、接地電阻和上下布置的兩只雙端連接的電容器組成。同軸電纜外皮接一只電容器的一端，芯線接另一只電容器的一端。接地電阻與輸出同軸電纜并聯(lián)。接地電阻由鹽溶液制作而成，用于脈沖產(chǎn)生和放電保護(hù)。每個(gè)支路的電容器電容值和搭載同軸電纜的根數(shù)可依據(jù)所需要的脈沖電壓和上升時(shí)間的輸出指標(biāo)確定。
[0027]脈沖發(fā)生器所含支路數(shù)一般為2到20。各個(gè)放電支路沿氣體開關(guān)(氣體火花開關(guān))圓周布置，連接輸出電纜的一端在外圈，兩只電容器電極接口在內(nèi)圈。電容器通過上下兩塊金屬板與氣體開關(guān)連接。
[0028]為了保證絕緣，脈沖源整體置于裝有變壓器的油箱內(nèi)。為了使放電支路結(jié)構(gòu)盡量緊湊，放電支路的兩電容器之間墊上絕緣材料制作的薄板，電容器與電纜芯線、外皮的連接通過金屬板連接，金屬板中間用尼龍等絕緣材料的墊塊隔開，墊塊上開有便于電纜插入的導(dǎo)引孔。氣體開關(guān)兩端的金屬板以墊絕緣薄板的方式在保證絕緣的情況下盡量靠近。
【權(quán)利要求】
1.一種多路輸出的高電壓納秒脈沖發(fā)生器,其特征在于: 包括良好接地的油箱、一個(gè)高電壓氣體開關(guān)和多路放電支路；所述高電壓氣體開關(guān)控制所有放電支路的觸發(fā)輸出；所述油箱中注入變壓器油，所述高電壓氣體開關(guān)和所述多路放電支路放置在油箱中；所述多路放電支路沿油箱圓周布置； 所述放電支路包括至少一根高壓輸出同軸電纜、上電容器、絕緣支撐、下電容器、接地電阻；所述上電容器的一端與高電壓氣體開關(guān)的正極性高壓電極相聯(lián)，所述下電容器的一端與高電壓氣體開關(guān)的負(fù)極性高壓電極相聯(lián)，所述上電容器的另一端與高壓輸出同軸電纜的皮線相聯(lián)，所述高壓輸出同軸電纜的芯線穿過絕緣支撐后聯(lián)接至下電容器的另一端，所述接地電阻的兩端分別與高壓輸出同軸電纜的芯線和皮線相聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路輸出的高電壓納秒脈沖發(fā)生器，其特征在于:所述放電支路還包括相互平行靠近且絕緣設(shè)置的上連接板和下連接板；所述上電容器通過上連接板接至高電壓氣體開關(guān)的正極性高壓電極；所述下電容器通過下連接板接至高電壓氣體開關(guān)的負(fù)極性高壓電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多路輸出的高電壓納秒脈沖發(fā)生器，其特征在于:還包括設(shè)置在上電容器和下電容器之間的中間絕緣板(10)、設(shè)置在上電容器和油箱之間的上絕緣板(8)以及設(shè)置在下電容器和油箱之間的下絕緣板(9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多路輸出的高電壓納秒脈沖發(fā)生器，其特征在于:所述高壓輸出同軸電纜的阻抗為50歐姆；所述上電容器和下電容器采用80nF/100kV雙端引出的塑殼電容器；所述接地電阻采用1000歐姆電阻；所述上絕緣板、中絕緣板和下絕緣板為尼龍或者聚乙烯材料。
【文檔編號】H02M9/00GK103490660SQ201310379250
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月27日
【發(fā)明者】姜曉峰, 孫鳳舉, 王志國, 魏浩, 曾江濤, 尹佳輝, 梁天學(xué), 張眾 申請人:西北核技術(shù)研究所