CN107925220A - 多重火花隙放电体 - Google Patents

Abstract

一种多重火花隙放电体，具有：在第一电位节点（P1）与参考电位节点（0）之间的多个火花隙（FS1‑FSN）的串联电路；具有输入端和输出端（P3）的触发电路（2），所述输入端与所述多个火花隙（FS1‑FSN）的两个相邻的火花隙（FS2、FS3；FS1、FS2）之间的第二电位节点（P2）耦合，所述输出端与第二电位节点（P2）和参考电位节点（0）之间的火花隙（FS3‑FSN）中的至少一个耦合；其中所述触发电路（2）被构造用于在点火第一电位节点（P1）和第二电位节点（P2）之间的火花隙（FS1）或火花隙（FS1、FS2）时为在第二电位节点（P2）和参考电位节点（0）之间的火花隙（FS3‑FSN）中的至少一个提供触发信号。

Description

多重火花隙放电体

技术领域

本发明涉及一种具有多个串联的用于过电压保护的火花隙的多重火花隙放电体。

背景技术

火花隙可以用于对过电压峰值进行放电。火花隙通常包括由绝缘材料构成的空心体，该空心体形成在两个电极之间的放电空间。如果两个电极之间的电压上升到点火电压，则电极通过发出火花而短路。用作放电体的火花隙是过电压保护装置，其中在点火短路电流之后对所出现的电压峰值进行放电。

然而，一旦电压又下降到过电压以下，在直流电压中火花和与之伴随的电流流动却不消失。当电压下降到火花隙的电弧燃烧电压以下时,这才是这种情况，该电弧燃烧电压抵抗所施加的直流电压。如果电压处于电弧燃烧电压以下，则电弧自己熄灭。

为了提高以下电压，在该电压的情况下火花在过电压保护装置中消失，多个火花隙可以串联，使得多个火花隙的电弧燃烧电压相加。然而，由此也提高点火电压，该点火电压是必需的，以便点火所有火花隙。点火N个火花隙的串联电路的火花隙所用的点火电压大约为一个火花隙的点火电压的N倍乘以0.7。这引起火花隙的这种串联电路的保护电平相应地是高的。然而，在唯一的火花隙的点火电压的理想情况下，目标是具有尽可能低的点火电压或尽可能低的点火值的多重火花隙放电体。

为了降低点火值，在迄今的方案中，例如每个火花隙与电容器接线，使得上升的脉冲电压动态地逐渐地施加在每个间隙上。另一方案是与多重火花隙并联布置的辅助点火隙，该辅助点火隙例如为每个火花隙设置点火变换器。在DE 102 30 827 A1中描述了借助并联的辅助点火隙来触发多重火花隙放电体。

发明内容

本发明提供一种替代的多重火花隙放电体。多重火花隙放电体包括在第一电位节点和参考电位节点之间的多个火花隙的串联电路以及具有输入端和输出端的触发电路，该输入端与两个相邻的火花隙之间的第二电位节点耦合，该输出端与在第二电位节点和参考电位节点之间的火花隙中的至少一个耦合。触发电路被构造用于在点火第一电位节点和第二电位节点之间的火花隙时为在第二电位节点和参考电位节点之间的火花隙中的至少一个提供触发信号。多重火花隙放电体使用火花隙的一部分，即第一电位节点和第二电位节点之间的火花隙来产生触发信号，通过该触发信号来点火另外的火花隙。触发信号有利地是电压脉冲，该电压脉冲适合于通过变阻器的串联电路来点火第一和第二电位节点之间的火花隙。

有利地，触发电路包括具有初级侧和次级侧的变换器，该初级侧耦合到输入端上，该次级侧耦合到输出端上。变换器用作点火脉冲变换器，该点火脉冲变换器由输入侧的脉冲生成高压脉冲。在一个实施例中，初级侧和次级侧分别具有绕组，借助该绕组，输入侧的信号电感地传输和放大。“耦合”在该说明书的上下文中不仅包括两个器件的直接导电的连接而且包括借助一个或多个中间连接的器件的连接。

有利地，初级侧与具有并联的电阻和电容器的RC元件串联。有利地，与初级侧和RC元件的串联电路并联地耦合变阻器。此外有利地，在第二电位节点和参考电位节点之间设置有分压器，该分压器包括变阻器，其中分压器包括至少一个前置和／或后置于该变阻器的另外的变阻器。通过在第一和第二电位节点之间的火花隙与RC元件和变阻器的串联电路，在出现过电压的情况下，在变换器的初级侧上生成点火脉冲。由此在变换器的次级侧上生成高压脉冲，该高压脉冲通过电容器、有利地高压电容器耦合输入到多重火花隙放电体的第二电位节点和参考电位节点之间的一些火花隙上。

多重火花隙放电体在第二电位节点和参考电位节点之间具有放电体区段，所述放电体区段分别包括多个火花隙中的至少一个火花隙。有利地，次级侧通过电容器与放电体区段之间的电位节点连接。通过以下方式实现整个多重火花隙放电体的电压击穿，即放电体区段依次点火。点火脉冲的耦合输出和借助变换器产生高压脉冲允许放电体区段的可靠点火。此外，放电体区段方式的点火减少所需的电容器的数量。还应该谈到，放电体区段也可以结构形式地、例如通过由所述放电体区段包括的火花隙的集成在多重火花隙放电体之内是可识别的。

在一种替代的设计方案中，次级侧电容式地与放电体区段耦合。放电体区段具有由绝缘材料构成的本体并且电容式耦合通过至少部分地环绕本体的导体来实现。导体可以构造为绝缘线。替代地，导体可以管状地构造并且在导体和放电体区段之间设置有绝缘膜。

电容式耦合可以放电体区段方式地进行。有利地，具有并联的电阻和电容器的RC元件耦合在电位节点的在两个相邻的放电体区段之间的电位节点与参考电位节点之间。电容器也允许将能困难点火的放电体可靠地驱动到电弧燃烧电压并且提高装置的点火性能。有利地，在第二电位节点与放电体区段之间设置有火花隙并且RC元件耦合在放电体区段和该火花隙之间的电位节点与参考节点之间，以便使与第二电位节点相邻的火花隙区段的点火容易。

另外的设计方案由从属权利要求得出。

附图说明

下面借助实施例参考附图来解释本发明，其中相同或起相同作用的组成部分的图分别用相同的附图标记来表示。

图1示出多重火花隙放电体的第一实施例的电路装置。

图2示出多重火花隙放电体的第二实施例的电路装置。

具体实施方式

图1中的多重火花隙放电体的第一实施例包括数量N个串联的火花隙FS1-FSN。通过第一电位节点P1和参考电位节点0，可以将直流电压施加到火花隙FS1-FSN的串联电路上。在该实施例中，示例性地示出24个火花隙FS1-FSN。实施例可以具有更多或更少的火花隙。

此外设置有触发电路2，其具有第一、第二和第三变阻器V1、V2、V3、串联的具有并联的电阻R和电容器C的RC元件以及具有初级侧和次级侧21、22的变换器20。触发电路2的输入端是两个相邻的火花隙FS2、FS3之间的第二电位节点P2。在该实施例中，触发电路2的输入侧的抽头在第二和第三火花隙FS2、FS3之间实现。在第二电位节点P2与参考电位节点0之间耦合有变阻器V1、V2、V3的串联电路。与第二变阻器V2并联地耦合有RC元件与变换器20的初级侧21的串联电路。

触发电路2的输出端是第三电位节点P3；在该第三电位节点与参考电位节点0之间耦合有次级侧22。第三电位节点P3通过电容器CO耦合到参考电位节点0上。第三电位节点P3还通过电容器CF耦合到火花隙FS4-FN之间的电位节点PF上，所述火花隙在其侧串联地耦合在第二电位节点P2和参考电位节点0之间。在该实施例中，在电位节点PF之间分别设置有三个火花隙，所述三个火花隙形成放电体区段FA1-FA7之一。在另外的实施例中，在放电体区段中可以设置更多或更少的火花隙。可以在第二电位节点P2和参考电位节点0之间设置具有不同数量的火花隙的放电体区段。在两个电位节点PF之间具有单独的火花隙的实施例也是可以的。

在所描述的电路装置中，在第一和第二电位节点P1、P2之间的第一和第二火花隙FS1、FS2用于借助触发电路为另外的火花隙FS3-FSN产生触发脉冲。另外的火花隙FS3-FSN形成放电体保护路径，该放电体保护路径的火花隙FS3-FSN通过触发信号点火。

在超过第一电位节点P1与参考电位节点0之间的预先给定的电压的情况下，首先点火在第一和第二电位节点P1、P2之间的第一和第二火花隙FS1、FS2。实现点火的电压小于N个火花隙的串联电路的电压，因为电压通过第一和第二电位节点P1、P2之间的火花隙FS1、FS2和变阻器V1、V2、V3的变阻器端子电压来确定。变阻器端子电压的和小于火花隙FS3-FSN的电弧燃烧电压的和，所述电弧燃烧电压与变阻器端子电压并联。由此，串联的变阻器V1、V2、V3的设置允许减小多重火花隙放电体的点火电压并且通过选择变阻器端子电压以及第一和第二电位节点P1、P2之间的火花隙的数量也设定点火电压的值。在该实施例中，示例性地在第一和第二电位节点P1、P2之间是两个火花隙。

随着第一和第二电位节点P1、P2之间的火花隙FS1、FS2的点火，电流不仅流经所述火花隙FS1、FS2而且流经变阻器V1、V2、V3。在电流流动期间，变阻器V1、V2、V3直至点火放电体段用作电压限制器。此外，RC元件引起在变换器20的初级侧21上的脉冲。由此在变换器20的次级侧22上产生高压脉冲，该高压脉冲用于触发另外的火花隙FS3-FSN。电容器C0用于中间存储高压脉冲。

高压脉冲通过后置于第三电位节点P3的优选构造为高压电容器的电容器CF而施加到放电体区段FA1-FA7之间的节点PF上。脉冲高度确定在放电体区段FA1-FA7之一中可以综合多少火花隙并且通过所施加的脉冲来点火。在该实施例中，脉冲高度允许综合三个火花隙。整个多重火花隙放电体的击穿近似同时地、但是根据放电体区段上的相应的电压降来进行。因此，最靠近参考电位0的放电体区段FA7作为第一点火，跟着是相邻的放电体区段FA6，直到逐步地直至第二电位节点P2的所有放电体区段FA5-FA1都完成点火，使得多重火花隙放电体的所有火花隙FS1-FSN是导通的并且在第一电位节点P1与参考节点0之间的过电压短路。一旦电压下降到电弧燃烧电压的和以下，火花熄灭并且多重火花隙放电体又返回其初始状态。

图2示出多重火花隙放电体的第二实施例的电路装置。在下午中只讨论与前面实施例的区别。在该实施例中，多重火花隙放电体包括14个火花隙FS1-FSN，其中该数量仅仅示例性地选择。在该实施例中，触发电路20的输入侧的抽头在第一和第二火花隙FS1、FS2之间实现。分压器只包括两个变阻器V2和V3。

在第二火花隙FS2和参考电位节点0之间的放电体保护路径包括具有各三个火花隙的四个放电体区段。具有并联的电阻R2、R3、R4和电容器C2、C3、C4的RC元件分别从放电体区段FA1-FA4之间的电位节点PF耦合至参考电位节点0。具有并联的电阻R1和电容器C1的RC元件也耦合在第二火花隙FS2和第一放电体区段FA1之间的电位节点Px与参考电位节点0之间。

该多重火花隙放电体的点火电容式地通过变换器20的次级侧22的高压脉冲的没有与火花隙电连接的外部耦合来实现。耦合可以如图2中所示分放电体区段地实现。耦合可以如由电子闪光管所已知的那样通过每放电体区段各一个绝缘线来实现。在此，每个绝缘线以围绕着放电体陶瓷的紧的套环来实现。但是为了简化，该耦合也可以如下来实施：多重火花隙放电体径向上配备有绝缘膜并且布置在优选管状金属体中。管状体的长度对应于多重火花隙放电体的高度。为了防止端侧上的外部电弧，膜必须在两个端部处突出或替代地设置有防止电弧的机构。金属体与变换器20的次级侧22导电连接。为了也将能困难点火的多重火花隙放电体运行到电弧燃烧电压并且提高整个放电体段的点火性能，四个放电体区段FA1-FA4分别与RC元件内的电容器C1、C2、C3、C4接线。为了可以实现火花隙的处于金属体以下的电极的接触，金属体具有留空。在一个实施例中，金属体是具有宽缝隙的管，该管能够实现对电极的访问。膜中的留空也可以被设置用于接触。对于电路的可靠的功能而足够的是，金属管仅仅在大约330度上包围多重火花隙放电体的周长。如果金属管由弹性材料制成，则金属管可以容易地弹开到多重火花隙放电体上并且在此卡住绝缘膜。

在图2中的实施例中，第一火花隙FS1的点火导致生成在次级侧22上的高压脉冲。该过程已经结合图1予以描述。经过第一和第二火花隙FS1、FS2的电流流动还给第一RC元件中的电容器C1充电。在电容式点火与第二电位节点P1最近的放电体区段时，实现从第一RC元件的电容器C1经由第一放电体区段FA1的从现在起点火的火花隙到第二RC元件的电容器C2的电荷流动。经过电容器C2、C3、C4的该电荷流动逐步地随着第二放电体区段FA2的点火、然后第三放电体区段FA3的点火和最后第四放电体区段FA4的点火来继续。

实施例具有共同点，即点火脉冲在点火少量火花隙之后耦合输出并且借助高压变换器来产生高压脉冲。所产生的高电压引起多重火花隙放电体的放电体区段的可靠点火。

应该注意，可以组合实施例的特征。

Claims (15)

1.一种多重火花隙放电体，具有：

- 在第一电位节点（P1）与参考电位节点（0）之间的多个火花隙（FS1-FSN）的串联电路，

- 具有输入端和输出端（P3）的触发电路（2），所述输入端与所述多个火花隙（FS1-FSN）的两个相邻的火花隙（FS2、FS3；FS1、FS2）之间的第二电位节点（P2）耦合，所述输出端与第二电位节点（P2）和参考电位节点（0）之间的火花隙（FS3-FSN）中的至少一个耦合，

其中所述触发电路（2）被构造用于在点火第一电位节点（P1）和第二电位节点（P2）之间的火花隙（FS1）或火花隙（FS1、FS2）时为在第二电位节点（P2）和参考电位节点（0）之间的火花隙（FS3-FSN）中的至少一个提供触发信号。

2.根据权利要求1所述的多重火花隙放电体，其中所述触发电路（2）包括具有初级侧（21）和次级侧（22）的变换器（20），所述初级侧耦合到输入端（P2）上，所述次级侧耦合到输出端（P3）上。

3.根据权利要求1或2所述的多重火花隙放电体，其中所述初级侧（21）与具有并联的电阻（R）和电容器（C）的RC元件串联耦合。

4.根据权利要求3所述的多重火花隙放电体，其中与初级侧（21）和RC元件的串联电路并联地耦合变阻器（V2）。

5.根据权利要求4所述的多重火花隙放电体，其中在第二电位节点（P2）和参考电位节点（0）之间耦合有包括变阻器（V2）的分压器（V1、V2、V3）。

6.根据权利要求5所述的多重火花隙放电体，其中所述分压器（V1、V2、V3）包括至少一个前置和／或后置于所述变阻器（V2）的另外的变阻器（V1、V3）。

7.根据权利要求1至6之一所述的多重火花隙放电体，具有在第二电位节点（P2）和参考电位节点（0）之间的放电体区段（FA1-FA7），所述放电体区段分别具有多个火花隙（FS3-FSN）中的至少一个火花隙。

8.根据权利要求7所述的多重火花隙放电体，其中所述输出端（P3）经由电容器（CF）与两个相邻的放电体区段（FA1-FA7）之间的电位节点（PF）耦合。

9.根据权利要求7所述的多重火花隙放电体，其中所述输出端（P3）与放电体区段（FA1-FA4）电容式耦合。

10.根据权利要求9所述的多重火花隙放电体，其中具有并联的电阻（R2、R3、R4）和电容器（C2、C3、C4）的RC元件耦合在两个放电体区段（FA1-FA4）之间的电位节点（PF）与参考电位节点（0）之间。

11.根据权利要求10所述的多重火花隙放电体，其中在第二电位节点（P2）与放电体区段（FA1-FA4）之间耦合有多个火花隙（FS1-FSN）中的火花隙（FS2），并且具有并联的电阻（R1）和电容器（C1）的RC元件耦合在放电体区段（FA1）和火花隙（FS2）之间的电位节点（Px）与参考节点（0）之间。

12.根据权利要求9至11之一所述的多重火花隙放电体，所述放电体区段（FA1-FA4）具有由绝缘材料构成的本体并且通过至少部分地环绕所述本体的导体来实现电容式耦合。

13.根据权利要求12所述的多重火花隙放电体，其中所述导体构造为绝缘线。

14.根据权利要求12所述的多重火花隙放电体，其中所述导体管状地管状并且在所述导体和所述放电体区段之间设置有绝缘膜。

15.根据权利要求14所述的多重火花隙放电体，其中所述管状导体至少沿着所有放电体区段延伸。