一種放電功率可調的高壓電容器準恒功率放電裝置的制作方法

本發明屬于大功率放電裝置技術領域，具體而言涉及一種放電功率可調的高壓電容器準恒功率放電裝置。

背景技術：

高壓電容器在高功率脈沖調制器、電磁軌道炮、高功率激光等領域有著廣泛的應用。對于高能量高壓電容器，目前其充電電壓已達數十千伏，儲存能量達到數十千焦。當應用該類電容器的裝置在充電完成后，如果電容器能量沒有通過后續的調制器、激光器或是軌道炮等負載正常放電，而需要提前泄放儲存的能量時，需要采用放電裝置。由于泄放的能量較大、放電電壓較高，一般采用多個固態電阻串并聯后作為放電電阻進行放電，但該種情況下，需要電阻數量較多，放電裝置的體積、重量較大；也可采用水電阻作為放電電阻進行放電，水電阻具有較大的功率容量，因此體積緊湊、重量輕，但也存在一個問題，目前的水電阻放電裝置阻值無法在線調節，導致放電功率初始時很大，而隨著電容器電壓的降低，在放電后期，放電電流明顯變小，能量泄放時間顯著增加。因此如何在裝置體積緊湊、重量輕的要求下，提高放電裝置的平均放電功率，尤其是放電后期的放電功率，進而提高電容器系統的工作效率，是該類放電裝置實際應用中的一個迫切需求。

技術實現要素：
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本發明的目的在于，針對上述問題，提出一種放電功率可調的高壓電容器準恒功率放電裝置，所述裝置的放電電阻采用阻值可調節的液體電阻，放電過程分為幾個時間階段，在每個階段開始時將放電電阻調節到指定數值，實現整個放電時間內放電功率近似保持不變，大大縮短放電時間，提高高功率電容器系統的工作效率。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：一種放電功率可調的高壓電容器準恒功率放電裝置，所述放電裝置包括高壓放電端1、有機玻璃外筒2、放電電阻3、低壓放電端4、溫度補償氣囊5、金屬可移動拉桿6、液體電阻密封板7、密封圈壓板8、低壓放電端接地點9、可移動絕緣支撐10、液體電阻調節手柄11、絕緣支撐筒12；所述高壓放電端1為一個帶有金屬尖端的圓柱形金屬帽，其一端加工有螺紋，可旋入有機玻璃外筒2，起到導電和密封的作用；所述有機玻璃外筒2為一個圓柱筒，其內盛放有液體電阻溶液，作為放電電阻3；所述低壓放電端4為一個圓柱形活塞，在其圓周邊緣沿軸向開有N個小孔，N≥3，圓柱形活塞可以沿著有機玻璃外筒2的內壁滑動，在活塞移動時液體電阻溶液可通過小孔沿著活塞兩邊自由流動，起到調節放電電阻3阻值的作用；所述溫度補償氣囊5為一個位于低壓放電端4內部的圓柱形空腔，所述圓柱形空腔通過在低壓放電端4面朝高壓放電端1一側端面開有的小孔供液體電阻溶液出入，當放電電阻3溫度發生變化時，通過溫度補償氣囊5內空氣的熱脹冷縮緩解放電裝置內部的壓力，提高裝置工作可靠性；所述金屬可移動拉桿6一端與低壓放電端4連接，另一端穿過液體電阻密封板7中心的開孔后與可移動絕緣支撐10連接，所述可移動絕緣支撐10為一個帶有前端支撐凸臺的圓柱形活塞，安裝在絕緣支撐筒12內，與液體電阻調節手柄11連接，所述可移動絕緣支撐10前端支撐凸臺用于固定金屬可移動拉桿6，同時確保金屬可移動拉桿6與液體電阻調節手柄11之間有足夠的絕緣安全距離；所述液體電阻密封板7用于密封有機玻璃外筒2內的液體電阻溶液，同時起到連接有機玻璃外筒2和絕緣支撐筒12的作用；在所述液體電阻密封板7中心的開孔靠近絕緣支撐筒12的一側安裝有密封圈，并通過密封圈蓋板8壓緊，確保液體電阻溶液不會通過液體電阻密封板7中心的開孔滲漏入絕緣支撐筒12內；所述絕緣支撐筒12為一個一端封閉，一端開口的圓柱筒，開口一側與液體電阻密封板7連接，在所述絕緣支撐筒12的側壁沿著軸向開有一道切口槽，所述液體電阻調節手柄11通過所述切口槽伸出絕緣支撐筒12并可沿所述切口槽順著放電裝置的軸向移動，同時通過金屬可移動拉桿6帶動低壓放電端4移動，實現放電電阻3的調節；在金屬可移動拉桿6靠近液體電阻調節手柄12的一端設置有接地點9,外接地線穿過切口槽與接地點9連接。

優選的，所述高壓放電端1、低壓放電端4、金屬可移動拉桿6采用的材料為銅或鋁等電的良導體。

優選的，所述有機玻璃筒2外側設置有調節放電功率的刻度，所述刻度按放電時間和放電電阻阻值標注，每隔一段時間可將低壓放電端4調節至下一刻度，以保證將放電功率近似為恒定值。

優選的，當電容器電容C＝10mF，電電壓為U₀＝5kV時，有機玻璃筒2外側的刻度按放電時間標注為20s、40s、60s、80s、90s、100s，對應的阻值分別為20kΩ、14.3kΩ、8kΩ、2.7kΩ、300Ω和2Ω。

優選地，放電電阻3采用的液體電阻溶液采用去離子水和乙二醇混合液，使其具有良好的低溫性能。

本發明基于以下原理：電容器儲存的能量通過高壓放電端1和低壓放電端4之間的液體放電電阻3進行能量泄放，在放電初始時低壓放電端4位于靠近絕緣支撐筒12一側，此時放電電阻的阻值較大，在放電后期隨著電壓的降低，放電電阻也應逐步調節降低，通過推拉液體電阻調節手柄11使低壓放電端4向著高壓放電端1的一側移動以減小放電電阻3的阻值，提高放電后期的放電功率，進而實現整個放電過程中放電功率基本恒定。

本發明的技術方案具有以下優點：

⑴放電裝置功率可調節，實現準恒功率放電；

⑵放電裝置設有溫度補償氣囊，可以克服溫度變化造成放電裝置內部壓力的變化，提高裝置工作可靠性；

⑶放電裝置外側標有放電時間和放電阻值調節刻度，使用過程中直觀、明了；

⑷放電裝置結構簡單，設計、制造、安裝方便，放電效果良好。

附圖說明

圖1是本發明放電功率可調的高壓電容器準恒功率放電裝置結構圖；

圖2是本發明放電功率可調的高壓電容器準恒功率放電裝置三維等軸剖視圖；

圖3是實施例中本發明所述裝置與現有裝置放電功率隨時間變化對比圖；

圖4是實施例中本發明所述裝置與現有裝置電容器剩余電壓隨時間變化對比圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。

具體實施方式，參見圖1和圖2，當已經充滿電的電容器在使用過程中，因后續負載裝置無法工作，需要能量泄放時，將該準恒功率放電裝置的高壓放電端1與電容器高壓端相搭接，此時電容器上能量通過高壓放電端1經放電電阻3后，再經低壓放電端4對地泄放能量。其中低壓放電端4通過金屬可移動拉桿6上的接地點9與地電位連接。當放電一段時間后，電容器上電壓降低，放電速度減緩，此時通過液體電阻調節手柄11帶動金屬可移動拉桿6及與其相連的低壓放電端4，使其在有機玻璃外筒2內部向高壓放電端1移動，在低壓放電端4圓周邊緣沿軸向開有4個通孔，保證在軸向移動過程中液體電阻溶液可在其兩端自由流動，從而實現降低高壓放電端1和低壓放電端4兩者之間電阻，提高放電功率的目的；當電容器上電壓逐步降低，可逐步減小高壓放電端1和低壓放電端4之間的電阻，在放電最后階段由于能量很小，放電功率降低，但整個放電過程中基本上是恒功率放電，故稱為準恒功率放電。

下面以具體例子說明，假設對C＝10mF電容器，充電電壓為U₀＝5kV，分別利用電阻不變的放電裝置和本發明的準恒功率放電裝置進行能量泄放，選用初始放電電阻為r₀＝20kΩ。

放電電阻不變情況下，放電功率可根據下式計算：

本發明情況下，將時間分為0～t₁，t₁～t₂，…，t₅～t₆六個時間段，每個時間段起始時刻電阻分別為R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆，根據公式計算各個放電時間段內的平均功率為：

本實施例中，選取準恒功率放電裝置六個調節電阻值R₁～R₆分別為20kΩ、14.3kΩ、8kΩ、2.7kΩ、300Ω和2Ω，對應的時間點t₁～t₆分別是20s、40s、60s、80s、90s、100s，將六個時間點和六個電阻值作為刻度標記在液體電阻調節手柄的需要移動到的相應位置處，得到的恒功率放電裝置與普通裝置的放電功率對比圖如圖3所示，可以看出采用本發明裝置在能量充足情況下，前80s放電功率基本保持不變，約為1130W，為準恒功率放電；而現有放電裝置放電功率呈指數衰減，放電較慢。

電容上剩余電壓對比如圖4，采用本發明裝置放電100s后電容器上電壓已經降為0，而現有裝置放電500s后電容器上仍有殘留電壓，可見采用本發明所述裝置的放電效率有了很大的提高。

最后應說明的是：以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。

本發明所述高壓電容器準恒功率放電裝置，由于采用大功率液體放電電阻、放電功率可調節設計，將原有的放電功率隨時間指數衰減的放電裝置，優化更改為現有的放電功率為準恒功率的放電裝置，大大縮短了放電的時間。同時放電裝置中，設計有溫度補償氣囊，克服溫度變化形成的熱脹冷縮對放電裝置的影響；放電裝置有保證準恒功率放電的刻度設計，參照刻度將放電分不同時間階段，根據計算結果分別有針對的對放電電阻調節。該放電裝置結構簡單、設計合理、使用方便，對于大功率電容器系統工作效率的提高有重要意義。