CN106872888B - 一种直流叠加高压脉冲的真空灭弧室老炼装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流叠加高压脉冲的真空灭弧室老炼装置及方法，包括直流电源、脉冲电源、真空灭弧室、隔直耦合电容及隔离电感，直流电源的一端及脉冲电源的一端与真空灭弧室触头的一端相连接，直流电源的另一端与隔离电感的一端相连接，脉冲电源的另一端与隔直耦合电容的一端相连接，隔直耦合电容的另一端及隔离电感的另一端均与真空灭弧室触头的另一端相连接，该装置及方法技术难度小，成本低，同时单次老炼能量能够实现精确调节。

Description

一种直流叠加高压脉冲的真空灭弧室老炼装置及方法

技术领域

本发明属于真空灭弧室老炼技术领域，涉及一种直流叠加高压脉冲的真空灭弧室老炼装置及方法。

背景技术

老炼作为真空灭弧室生产工艺的重要环节,已在电真空领域中得到了广泛应用。用于真空灭弧室的传统老炼技术主要是电流老炼和火花老炼。其中，电流老炼在于利用电弧的烧蚀作用除去电极表面的气体、氧化物、微凸起等绝缘弱点，有利于抑制弧后真空间隙的击穿，从而提高真空灭弧室的大电流分断能力，但对真空间隙绝缘耐压水平的改善没有明显的效果。

火花老炼是在静态情况下给真空灭弧室施加高电压，引发真空灭弧室的触头间、触头与屏蔽罩之间的火花放电，通过火花放电清除触头和屏蔽电极表面的场致增强发射点，从而提高真空绝缘等级。由于传统火花老炼技术存在放电能量、放电频率较低的问题，制约了生产效率的提高，为此，文献(王卫斌,杨兰均,冯允平.提高真空灭弧室老炼效果的几种新方法[J].高压电器,1999,35(3):40-44)提出了一种真空断路器的高频老炼装置，具体是在真空灭弧室两端并联电容、电感串联支路，利用灭弧室击穿后的高频阻尼振荡引发多次击穿，从而提高单位时间内的放电次数和老炼效率。由于在放电过程中，真空间隙的电流过零熄灭现象存在较大的随机性，同时，放电过程的频率和阻尼特性受回路参数的影响较大，因此，单位时间内的放电次数、单次放电能量和触头烧蚀程度均难以精确调节，造成对老炼程度、趋势和老炼一致性难以有效控制。

文献(米伦.真空高压器件脉冲老炼台的研制[J].真空,2006,43(4):P23-25.)及文献(米伦,刘铁,张鹏.程控真空高压器件老炼台的研制[J].信息与电子工程,2007,5(2):154-157.)提出了一种高压真空器件的脉冲老炼方法，具体是在真空间隙施加60～200kV高压脉冲，间隙击穿后的老炼电流可达数千安至数十千安。由于该装置采用了单台主电源提供上述高压和大电流，因此在设计和制造中，需同时兼顾主机电源的绝缘耐压和功率容量的要求，成本和技术难度较高(米伦,史愚砾,刘铁,张青山,马蔚珊.200kV脉冲电压发生器的研制[J].高压电器,2004,40(4):301-303.。)，另外，由于单脉冲能量较大，在电源输出回路采用串联电阻进行限流和老炼能量调节时，会同时影响到输出电压的峰值，因此，其调节方式存在较大的技术局限性。

综上所述，目前老炼技术存在以下主要问题：电流和电压老炼效果不能有效结合；以单一电源提供击穿电压和老炼能量，技术难度和成本较高，同时单次老炼能量无法精确调节，造成老炼程度、趋势和老炼一致性难以有效控制。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种直流叠加高压脉冲的真空灭弧室老炼装置及方法，该装置及方法技术难度小，成本低，同时单次老炼能量能够实现精确调节。

为达到上述目的，本发明所述的直流叠加高压脉冲的真空灭弧室老炼装置包括直流电源、脉冲电源、真空灭弧室、隔直耦合电容及隔离电感，直流电源的一端及脉冲电源的一端与真空灭弧室触头的一端相连接，直流电源的另一端与隔离电感的一端相连接，脉冲电源的另一端与隔直耦合电容的一端相连接，隔直耦合电容的另一端及隔离电感的另一端均与真空灭弧室触头的另一端相连接。

直流电源输出的直流电的电压值的调节范围为0-50kV，直流电源输出直流电的电流值的调节范围为0-200A。

脉冲电源输出的脉冲的峰值的调节范围为0-100kV，脉冲电源输出的脉冲的脉冲宽度为200ns，脉冲电源输出的单个脉冲的能量范围为0-5J。

隔直耦合电容的耦合电容值为10nF。

隔离电感的电感值为100mH。

本发明所述的直流叠加高压脉冲的真空灭弧室老炼方法包括以下步骤：直流电源输出直流电Uz，所述直流电Uz经隔离电感对隔直耦合电容进行充电，隔直耦合电容充电完成后，开启脉冲电源，脉冲电源发出的脉冲经隔直耦合电容后与直流电源输出的直流电Uz同向叠加于真空灭弧室触头的两端，使真空灭弧室产生脉冲击穿，然后再通过直流电源输出的直流电对真空灭弧室注入电流，完成直流叠加高压脉冲的真空灭弧室老炼。

直流电源输出直流电的电压值小于真空灭弧室的击穿电压值。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的直流叠加高压脉冲的真空灭弧室老炼装置及方法在具体操作时，有效的融合了电流和电压老炼的效果，采用直流电源及脉冲电源相配合提供击穿电压及老炼能量，降低对单一电源的功率及绝缘性要求，降低技术难度及成本。同时真空灭弧室老炼的能量可以通过直流电源精确调节，实现对真空灭弧室老炼程度、趋势及老炼一致性的有效控制。具体的，本发明通过直流电与脉冲电压串联叠加，并共同作用于真空灭弧室触头的两端，由于直流电的存在，当脉冲电压串联叠加于真空灭弧室触头的两端时，相比于传统脉冲单独作用，本发明更容易发生真空灭弧室的击穿及老炼，从而降低了脉冲电源的输出幅值要求、绝缘要求及成本开销。

附图说明

图1为本发明的原理图；

图2为本发明中脉冲源发出的脉冲与直流源输出的直流叠加后的示意图。

其中，1为直流电源、2为脉冲电源、3为隔直耦合电容、4为隔离电感、5为真空灭弧室。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的直流叠加高压脉冲的真空灭弧室老炼装置包括直流电源1、脉冲电源2、真空灭弧室5、隔直耦合电容3及隔离电感4，直流电源1的一端及脉冲电源2的一端与真空灭弧室5触头的一端相连接，直流电源1的另一端与隔离电感4的一端相连接，脉冲电源2的另一端与隔直耦合电容3的一端相连接，隔直耦合电容3的另一端及隔离电感4的另一端均与真空灭弧室5触头的另一端相连接。

直流电源1输出的直流电的电压值的调节范围为0-50kV，直流电源1输出直流电的电流值的调节范围为0-200A；脉冲电源2输出的脉冲的峰值的调节范围为0-100kV，脉冲电源2输出的脉冲的脉冲宽度为200ns，脉冲电源2输出的单个脉冲的能量范围为0-5J；隔直耦合电容3的耦合电容值为10nF；隔离电感4的电感值为100mH。

本发明所述的直流叠加高压脉冲的真空灭弧室老炼方法包括以下步骤：直流电源1输出直流电Uz，所述直流电Uz经隔离电感4对隔直耦合电容3进行充电，隔直耦合电容3充电完成后，开启脉冲电源2，脉冲电源2发出的脉冲经隔直耦合电容3后与直流电源1输出的直流电Uz同向叠加于真空灭弧室5触头的两端，使真空灭弧室5产生脉冲击穿，然后再通过直流电源1输出的直流电对真空灭弧室5注入电流，完成直流叠加高压脉冲的真空灭弧室5老炼，其中，直流电源1输出直流电的电压值小于真空灭弧室5的击穿电压值。

Claims (6)

1.一种直流叠加高压脉冲的真空灭弧室老炼方法，其特征在于，基于直流叠加高压脉冲的真空灭弧室老炼装置，所述直流叠加高压脉冲的真空灭弧室老炼装置包括直流电源(1)、脉冲电源(2)、真空灭弧室(5)、隔直耦合电容(3)及隔离电感(4)，直流电源(1)的一端及脉冲电源(2)的一端与真空灭弧室(5)触头的一端相连接，直流电源(1)的另一端与隔离电感(4)的一端相连接，脉冲电源(2)的另一端与隔直耦合电容(3)的一端相连接，隔直耦合电容(3)的另一端及隔离电感(4)的另一端均与真空灭弧室(5)触头的另一端相连接；

该老炼方法包括以下步骤：直流电源(1)输出直流电Uz，所述直流电Uz经隔离电感(4)对隔直耦合电容(3)进行充电，隔直耦合电容(3)充电完成后，开启脉冲电源(2)，脉冲电源(2)发出的脉冲经隔直耦合电容(3)后与直流电源(1)输出的直流电Uz同向叠加于真空灭弧室(5)触头的两端，使真空灭弧室(5)产生脉冲击穿，然后再通过直流电源(1)输出的直流电对真空灭弧室(5)注入电流，完成直流叠加高压脉冲的真空灭弧室(5)老炼。

2.根据权利要求1所述的直流叠加高压脉冲的真空灭弧室老炼方法，其特征在于，直流电源(1)输出的直流电的电压值的调节范围为0-50kV，直流电源(1)输出直流电的电流值的调节范围为0-200A。

3.根据权利要求1所述的直流叠加高压脉冲的真空灭弧室老炼方法，其特征在于，脉冲电源(2)输出的脉冲的峰值的调节范围为0-100kV，脉冲电源(2)输出的脉冲的脉冲宽度为200ns，脉冲电源(2)输出的单个脉冲的能量范围为0-5J。

4.根据权利要求1所述的直流叠加高压脉冲的真空灭弧室老炼方法，其特征在于，隔直耦合电容(3)的耦合电容值为10nF。

5.根据权利要求1所述的直流叠加高压脉冲的真空灭弧室老炼方法，其特征在于，隔离电感(4)的电感值为100mH。

6.根据权利要求1所述的直流叠加高压脉冲的真空灭弧室老炼方法，其特征在于，直流电源(1)输出直流电的电压值小于真空灭弧室(5)的击穿电压值。