本發(fā)明涉及一種脈沖功率裝置的高壓氣體開關(guān)及電極間距調(diào)節(jié)方法，具體涉及一種電極間距可調(diào)的mv級(jí)氣體開關(guān)及其電極間距調(diào)節(jié)方法。

背景技術(shù)：

1、氣體開關(guān)是脈沖功率裝置實(shí)現(xiàn)功率傳輸和脈沖壓縮的關(guān)鍵部件，其對(duì)裝置輸出特性具有重要影響。為確保脈沖功率裝置穩(wěn)定輸出，氣體開關(guān)需要在全電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)低抖動(dòng)擊穿。

2、一般而言，氣體開關(guān)在高氣壓和高場(chǎng)強(qiáng)條件下?lián)舸┫鄬?duì)較為穩(wěn)定。高壓氣體開關(guān)主要通過(guò)氣壓調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)擊穿電壓等級(jí)和氣體開關(guān)擊穿特性調(diào)整，而在氣體開關(guān)電極間距固定的情況下，無(wú)法在全電壓范圍內(nèi)達(dá)到高氣壓和高場(chǎng)強(qiáng)條件，進(jìn)而影響氣體開關(guān)擊穿穩(wěn)定性。

3、現(xiàn)有氣體開關(guān)電極調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)通常應(yīng)用在開放式結(jié)構(gòu)空間，電極調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)置于氣體開關(guān)整體結(jié)構(gòu)外部，而不受脈沖功率裝置布局限制，而外置式調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)無(wú)法應(yīng)用于封閉式的空間結(jié)構(gòu)，且調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)一般采用伺服電機(jī)控制，而在mv級(jí)電壓條件下，脈沖功率裝置的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及控制單元易受強(qiáng)電磁環(huán)境影響而降低可靠性。因此，針對(duì)mv級(jí)氣體開關(guān)，為提高全電壓范圍的擊穿穩(wěn)定性，需要具有較高可靠性的氣體開關(guān)電極調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有氣體開關(guān)電極間距難以調(diào)節(jié)，以及外置式調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)無(wú)法應(yīng)用于封閉式的空間結(jié)構(gòu)且易受強(qiáng)電磁環(huán)境影響的技術(shù)問(wèn)題，而提供了一種電極間距可調(diào)的mv級(jí)氣體開關(guān)及其電極間距調(diào)節(jié)方法。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種電極間距可調(diào)的mv級(jí)氣體開關(guān)，其特殊之處在于：包括依次同軸設(shè)置的第一電極盤、第一絕緣筒體、第二絕緣筒體、第二電極盤，以及第一電極調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、第二電極調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、兩個(gè)電極球頭以及導(dǎo)向桿、兩個(gè)氣動(dòng)電磁閥組；

4、第一絕緣筒體一端與第二絕緣筒體一端之間同軸設(shè)置有觸發(fā)電極，第一絕緣筒體另一端與第一電極盤連接，第二絕緣筒體另一端與第二電極盤連接，且第一絕緣筒體、第一電極盤及觸發(fā)電極形成第一絕緣腔體，第二絕緣筒體、第二電極盤及觸發(fā)電極形成第二絕緣腔體；

5、第一電極調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)同軸設(shè)置于第一絕緣腔體內(nèi)，且第一電極調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)一端與第一電極盤連接；第二電極調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)同軸設(shè)置于第二絕緣筒體內(nèi)，且第二電極調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)一端與第二電極盤連接；第一電極調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)另一端與第二電極調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)另一端分別通過(guò)導(dǎo)向桿與兩個(gè)電極球頭同軸可滑動(dòng)連接；兩個(gè)電極球頭分別與觸發(fā)電極之間形成放電間隙；

6、第一電極盤、第二電極盤以及觸發(fā)電極上分別設(shè)置有氣道；觸發(fā)電極上的氣道用于為第一絕緣腔體和第二絕緣腔體充入絕緣氣體；兩個(gè)氣動(dòng)電磁閥組一端分別穿過(guò)第一電極盤、第二電極盤的氣道與第一電極調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)離電極球頭的一端、第二電極調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)離電極球頭的一端連接；兩個(gè)氣動(dòng)電磁閥組另一端用于與外部供氣設(shè)備連接，為第一電極調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和第二電極調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)提供驅(qū)動(dòng)力，第一電極調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與第二電極調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)均用于帶動(dòng)導(dǎo)向桿推拉電極球頭遠(yuǎn)離或靠近觸發(fā)電極。

7、進(jìn)一步地，所述第一電極調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括同軸設(shè)置在第一絕緣筒體內(nèi)且一端開口的支撐桶、設(shè)置于支撐桶底部的棘輪、齒輪、齒條、止動(dòng)棘爪、第一彈簧、第二彈簧、第三彈簧、第一傳動(dòng)單元以及第二傳動(dòng)單元；

8、氣動(dòng)電磁閥組包括第一氣動(dòng)電磁閥與第二氣動(dòng)電磁閥；

9、支撐桶開口端與第一電極盤內(nèi)側(cè)連接；

10、齒輪同軸設(shè)置在棘輪上，其直徑小于棘輪的直徑；

11、止動(dòng)棘爪一端通過(guò)第一彈簧與支撐桶底部連接，另一端與棘輪嚙合，用于阻止棘輪自轉(zhuǎn)；

12、第一傳動(dòng)單元一端通過(guò)第二彈簧與支撐桶底部連接，另一端穿過(guò)氣道與第一氣動(dòng)電磁閥一端連接；

13、第二傳動(dòng)單元一端通過(guò)第三彈簧與支撐桶底部連接，另一端穿過(guò)氣道與第二氣動(dòng)電磁閥一端連接；第一傳動(dòng)單元、第二傳動(dòng)單元均用于帶動(dòng)棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)，棘輪用于帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)；

14、齒條一端分別通過(guò)導(dǎo)向桿穿過(guò)支撐桶底部與電極球頭的底部連接，另一端與齒輪嚙合，齒輪用于帶動(dòng)齒條直線運(yùn)動(dòng)，齒條用于帶動(dòng)導(dǎo)向桿推動(dòng)電極球頭遠(yuǎn)離或靠近觸發(fā)電極；

15、第二電極調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與第一電極調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)相同。

16、進(jìn)一步地，所述第一傳動(dòng)單元包括與棘輪嚙合的棘爪、第一棘爪導(dǎo)桿、第一板簧及第一氣缸；第一棘爪導(dǎo)桿一端與棘爪一端連接，第一棘爪導(dǎo)桿另一端與第一氣缸的活塞桿連接；第一氣缸的充氣端穿過(guò)氣道與第一氣動(dòng)電磁閥一端連接；第一板簧一端與棘爪另一端連接，第一板簧另一端通過(guò)第二彈簧與支撐桶底部連接；

17、第二傳動(dòng)單元包括與棘輪嚙合的反向棘爪、第二棘爪導(dǎo)桿、第二板簧及第二氣缸；第二棘爪導(dǎo)桿一端與反向棘爪一端連接，第二棘爪導(dǎo)桿另一端與第二氣缸的活塞桿連接；第二氣缸的充氣端穿過(guò)氣道與第二氣動(dòng)電磁閥一端連接；第二板簧一端與反向棘爪另一端連接，第二板簧另一端通過(guò)第三彈簧與支撐桶底部連接；

18、第一氣動(dòng)電磁閥另一端與第二氣動(dòng)電磁閥另一端分別用于與外部供氣設(shè)備連接。

19、進(jìn)一步地，所述還包括控制單元、多個(gè)絕緣拉桿和密封圈；

20、控制單元分別與第一氣動(dòng)電磁閥與第二氣動(dòng)電磁閥連接；

21、密封圈設(shè)置于第一電極盤與第一絕緣筒體一端之間、第二電極盤與第二絕緣筒體一端之間、觸發(fā)電極分別與第一絕緣筒體另一端和第二絕緣筒體另一端之間；

22、多個(gè)絕緣拉桿沿第一絕緣筒體和第二絕緣筒體的外周均布，絕緣拉桿一端與第一電極盤連接，另一端與第二電極盤連接，用于將第一電極盤、第二電極盤、第一絕緣筒體、第二絕緣筒體及觸發(fā)電極緊固。

23、進(jìn)一步地，所述觸發(fā)電極為圓盤結(jié)構(gòu)；

24、第一絕緣筒體和第二絕緣筒體采用有機(jī)玻璃材料；

25、齒輪與棘輪的模數(shù)為4～6。

26、進(jìn)一步地，所述還包括設(shè)置于支撐桶底部的平衡桿，平衡桿用于與齒條保持平衡；

27、平衡桿一端通過(guò)導(dǎo)向桿穿過(guò)支撐桶與電極球頭的底部連接，另一端懸空。

28、同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種上述電極間距可調(diào)的mv級(jí)氣體開關(guān)的電極間距調(diào)節(jié)方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

29、1】對(duì)mv級(jí)氣體開關(guān)中充入絕緣氣體；

30、2】利用第一電極調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與第二電極調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)整電極球頭與觸發(fā)電極的距離，完成mv級(jí)氣體開關(guān)的電極間距調(diào)節(jié)。

31、進(jìn)一步地，步驟1】具體為：

32、利用外部氣管連接觸發(fā)電極中的氣道，并向觸發(fā)電極兩側(cè)的第一絕緣腔體和第二絕緣腔體充入絕緣氣體。

33、進(jìn)一步地，步驟2】包括步驟2.1或步驟2.2；

34、2.1、利用第一電極調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和/或第二電極調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)整電極球頭靠近觸發(fā)電極；

35、2.2、利用第一電極調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和/或第二電極調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)整電極球頭遠(yuǎn)離觸發(fā)電極。

36、進(jìn)一步地，步驟2.1具體為：

37、控制第一氣動(dòng)電磁閥向第一氣缸充氣，第一氣缸的活塞桿推動(dòng)第一棘爪導(dǎo)桿直線運(yùn)動(dòng)，第一棘爪導(dǎo)桿通過(guò)棘爪推動(dòng)棘輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，棘輪帶動(dòng)齒輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪推動(dòng)齒條直線運(yùn)動(dòng)，齒條帶動(dòng)導(dǎo)向桿直線運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)向桿推動(dòng)電極球頭向靠近觸發(fā)電極的方向運(yùn)動(dòng)，到位后，采用止動(dòng)棘爪鎖定；

38、步驟2.2具體為：

39、控制第二氣動(dòng)電磁閥向第二氣缸充氣，第二氣缸的活塞桿推動(dòng)第二棘爪導(dǎo)桿直線運(yùn)動(dòng)，第二棘爪導(dǎo)桿通過(guò)反向棘爪推動(dòng)棘輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，棘輪帶動(dòng)齒輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪推動(dòng)齒條直線運(yùn)動(dòng)，齒條帶動(dòng)導(dǎo)向桿直線運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)向桿拉動(dòng)電極球頭向遠(yuǎn)離觸發(fā)電極的方向運(yùn)動(dòng)，到位后，采用止動(dòng)棘爪鎖定。

40、本發(fā)明的有益效果：

41、1、本發(fā)明一種電極間距可調(diào)的mv級(jí)氣體開關(guān)中，電極球頭可在封閉空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)距離可調(diào)可控，相比固定電極間隙氣體開關(guān)僅可調(diào)整氣壓的模式，本發(fā)明在較寬電壓范圍內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)高氣壓高場(chǎng)強(qiáng)工作狀態(tài)，并在全電壓范圍內(nèi)降低氣體開關(guān)擊穿抖動(dòng)，提高氣體開關(guān)擊穿穩(wěn)定性，解決了mv級(jí)氣體開關(guān)電極間距難以調(diào)整、相關(guān)控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)易受電磁干擾的問(wèn)題。

42、2、本發(fā)明一種電極間距可調(diào)的mv級(jí)氣體開關(guān)，可應(yīng)用在具有多個(gè)間隙的氣體開關(guān)中，可將不同電極球頭間隙調(diào)整為不等間距排列模式，根據(jù)各間隙擊穿順序調(diào)整相應(yīng)間距以優(yōu)化氣體開關(guān)擊穿過(guò)程，提高氣體開關(guān)擊穿穩(wěn)定性。

43、3、本發(fā)明一種電極間距可調(diào)的mv級(jí)氣體開關(guān)，針對(duì)不同參數(shù)的前級(jí)激勵(lì)脈沖，其間隙可進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，氣體開關(guān)擊穿特性對(duì)于激勵(lì)脈沖的敏感程度降低，提高了氣體開關(guān)應(yīng)用的普適性和魯棒性。

44、4、本發(fā)明一種電極間距可調(diào)的mv級(jí)氣體開關(guān)中，第一電極調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、第二電極調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)均為間歇運(yùn)動(dòng)方式，可適應(yīng)多級(jí)調(diào)節(jié)模式，相比單級(jí)調(diào)節(jié)增加了電極球頭間距調(diào)節(jié)的范圍和精度，提高了氣體開關(guān)工作參數(shù)的調(diào)節(jié)精度。

45、5、本發(fā)明一種電極間距可調(diào)的mv級(jí)氣體開關(guān)中，采用止動(dòng)棘爪實(shí)現(xiàn)第一電極調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和第二電極調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)自鎖，在調(diào)整完成后會(huì)固定間距，受其它參數(shù)影響較小，提高了氣體開關(guān)工作的準(zhǔn)確性。

46、6、本發(fā)明一種電極間距調(diào)節(jié)方法，可應(yīng)用于復(fù)雜電磁環(huán)境中且不會(huì)受電磁損傷的影響，提高了氣體開關(guān)工作的可靠性。