Способ управления срабатыванием разрядника со скользящим разрядом и устройство для его осуществления

Способ управления срабатыванием разрядника со скользящим разрядом и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Существо: на электроды, расположенные на поверхности неполярного диэлектрика с удельным поверхностным сопротивлением р 10 Ом подают напряжение и после образования отрицательного поверхностного заряда у высоковольтного электрода диэлектрик протягивают в направлении высоковольтного электрода с помощью металлического цилиндра, соединенного с одним из электродов . 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 1735950 А1 (51)5 Н 01 Т 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ, 4 (л) 4л О (Л О (21) 4761812/07 (22) 25,09.89 (46) 23.05.92. Бюл. М 1 9 (71) Самарский авиационный институт им, акад. С.П, Королева (72) О.А. Журавлев и А.Л. Муркин (53) 621.316.933(088.8) (56) АвторскОе свидетельство СССР

N1653041,,кл. Н 01 Т 2/00, 1989, (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СРАБАТЫВАНИЕМ РАЗРЯДНИКА СО СКОЛЬЗЯЩИМ

Изобретение относится к электроразрядной технике и может быть использовано при создании систем коммутации емкостных накопителей энергии в различных электрофизических установках с частотным режимом работы.

Известен способ управления срабатыванием разрядника со скользящим разрядом по поверхности диэлектрика с удельным поверхностным сопротивлением р > 1012 Ом, на одной стороне которого установлены высоковольтный и заземленный электроды, а на другой стороне расположен токопроводящий элемент, соединенный с заземленным электродом, и включающий создание на поверхности диэлектрика отрицательного заряда путем подачи напряжения на электроды, Недостаток известного способа заключается в сложности управления срабатыванием и низкой частоте коммутации из-за необходимости использования нескольких дополнительных коммутирующих элементов, формирующих импульсное напряжение на высоковольтном электроде. Указанные

РАЗРЯДОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛ ЕНИЯ (57) Существо: на электроды, расположенные на поверхности неполярного диэлектрика с удельным поверхностным сопротивлением р > 10 Ом подают напряжение и после об12 разования отрицательного поверхностного заряда у высоковольтного электрода диэлектрик протягивают в направлении высоковольтного электрода с помощью металлического цилиндра, соединенного с одним из электродов. 2 с,п, ф-лы, 1 ил. элементы имеют низкую надежность, малый ресурс в частотном режиме работы, требуют индивидуальной регулировки и усложняют управление срабатыванием разрядника.

Известно устройство для управления срабатыванием разрядника со скользящим разрядом по поверхности диэлектрика с удельным поверхностным сопротивлением р 10 Ом, содержащее высоковольтный и заземленный электроды, установленные на одной стороне диэлектрика, на другой стороне которого расположен токопроводя11. ий элемент, соединенный с заземленным электродом.

Недостаток известного устройства заключается в отсутствии системы охлаждения поверхности диэлектрика, контактирующей с плазмой разряда. Поэтому известное устройство имеет ограниченный ресурс работы в частотном режиме, что связано с характером воздействия высокоинтенсивного излучения плазмы скользящего разряда, которое вызывает процесс развитого повер нос1ного испарения диэлектрика.

1735950

Цель изобретения — упрощение управления срабатыванием, повышение частоты коммутации и ресурса работы, Поставленная цель достигается тем, что в способе управления срабатыванием разрядника со скользящим разрядом по поверхности диэлектрика с удельным поверхностным сопротивлением р 10 Ом, > г на одной стороне которого установлены высоковольтный и заземленный электроды, а на другой стороне расположен токопроводящий элемент, соединенный с заземленным электродом, и включающем создание на поверхности диэлектрика отрицательного заряда путем подачи напряжения на электроды, указанный диэлектрик выполняют в виде неполярной замкнутой пленки, а после подачи напряжения отрицательной полярности на высоковольтный электрод и образования вблизи него указанного отрицательного поверхностного заряда протягивают диэлектрик в направлении к высоковольтному электроду.

В устройстве для осуществления предлагаемого способа, содержащем высоковольный и заземленый электроды, установленные на одной стороне диэлектрика, на другой стороне которого расположен токопроводящий элемент, соединенный с заземленным электродом, указанный элемент выполнен в виде металлического цилиндра, установленного с возможностью вращения вокруг своей оси, а указанный диэлектрик выполнен в виде неполярной замкнутой пленки, расположенной на внешней поверхности металлического цилиндра.

На фиг. схематически изображено устройство для осуществления предлагаемого способа.

Устройство состоит из металлического цилиндра 1 с укрепленной на его внешней поверхности диэлектрической пленкой 2, На поверхности диэлектрика 2 размещены высоковольтный электрод 3 (кромка касания А) и заземленный электрод 4 (кромка касания Б), Высоковольтный электрод 3 соединен с емкостным накопителем энергии 5 и с источником зарядного напряжения Озар.

Заземленный электрод 4 подключен к нагрузке 6, соединенной заземленной ламелью 7, которая касается внутренней поверхности цилиндра 1. Для вращения цилиндра 1 служит электродвигатель 8 с регулируемым напряжением питания.

Осуществление предлагаемого способа и работа соответствующего устройства заключается в следующем.

Перед включением электродвигателя 8 (металлический цилиндр 1 неподвижен) начинают повышать величину зарядного напряжения Uaap íà ВМКосТНоМ накопителе энергии 5. Присутствие напряжения U»p на высоковольтном электроде 3 вызывает интенсивную автоэлектронную эмиссию (при

Е > 10 В м ), особенно с его микронеровностей на кромке А (Е > 10 В м "), что порождает в приэлектродной области отрицательную корону с большой начальной концентрацией электронов. Эмиттируемые электроны в резконеоднородном электрическом поле движутся по сложной траектории с переменной крутизной наклона к поверхности диэлектрика 2, зависящей от соотношения нормальной и тангенциальной составляющих этого поля. Входящие в состав воздуха электроотрицательные газы

Ог, СО, СО2 (за счет большого сродства к электрону) способствуют тому, что в поле короны образуются в основном отрицательные ионы, которые оседают на неполярный диэлектрик 2 и закрепляются в ловушках или отдают электрон поверхностным состояниям. Таким образом, в результате совместного действия ионного и электронного потоков диэлектрик 2 вблизи высоковольтного электрода 3 приобретает поверхностный отрицательный заряд и выполняет роль идеального запирающего электрода за счет экранирования поля высоковольтного электрода 3. Уменьшение числа свободных электронов и появление вместо них отрицательных ионов тормозит нарастание ионизационных токов, затрудняет формирование электрического разряда и приводит к повышению напряжения самопробоя разрядного промежутка 0 по сравнению с U», где

Олр = Enpl статическое напряжение пробоя разрядного промежутка скользящим разрядом для зазоров, характерных для разрядников с i 12 см, Enp = (3,0 — 3,5) кВ/см.

Поскольку диэлектрик 2 выполнен в виде неполярной пленки (лавсан, триацетат целлюлозы, полиимидная пленка) с высоким удельным поверхностным сопротивлением (p > 10 Ом), она из-за незначительных токов утечек способствует сохранению поверхностного отрицательного заряда вблизи высоковольтного электрода 3, формируя идеальный управляющий электрод и повышая величину напряжения самопробоя разрядника

U1 > U p (на 10 — 12 кВ при I 9 10 м).

Характерной особенностью является реализация процессов на высоковольтном электроде в ряде устойчивой последовательности импульсов Тричелла, характерных для отрицательной короны в воздухе, 1735950

Установив величину зарядного напряжения на емкостном накопителе энергии 5 в диапазоне Upp < 0»p! < 01, Включают электродвигатель 8, который начинает вращать металлический цилиндр 1 с укрепленной на его внешней поверхности диэлектрической пленкой 2. Перемещение диэлектрика йа длину идеального поверхностного электрода приводит к кратковременному уносу отрицательного поверхностного заряда из зоны разрядного промежутка и возникновению условий для пробоя разрядника. После пробоя разрядника вновь повышается напряжение самопробоя, так как на высоковольтном электроде 3 .постоянно присутствует высокий потенциал-U»p, задающий формирование поверхностного отрицательного управляющего электрода.

Дальнейшее перемещение диэлектрика 2 вновь вызывает срабатывает разрядника.

Таким образом, процесс коммутации происходит с частотой, определяемой.соотношением между скоростью перемещения. диэлектрической пленки 2 и целой группой параметров (длиной межэлектродного зазора I, мощностью источника зарядного напряжения — U»p, производительностью процессов автоэлектронной эмиссии, обьемных механизмов создания отрицательных ионов и осаждения их на диэлектрик, частотой следования импульсов зарядки диэлектрика). Характерная длительность импульса пробоя, определяемая запасом энергии в емкостном накопителе 5 и сопротивлением плазменного канала скользящего разряда, составляет,"-1 0 мкс, Прекращение импульса пробоя связано с падением напряжения на высоковольтном электроде на величины — 0зст «0пр из-за конечной величины мощности зарядного источника. Однако процессы зарядки подложки не прекращаются и при !0ост! «Uïp.

Следовательно, отрицательный потенциальный барьер начинает восстанавливаться уже в момент возникновения пробоя разрядника за время, определяемое скоростью дрейфа отрицательных ионов V 10 м/с, Так как скорость перемещения диэлектрика

2 0«Un, а восстановление напряжения на высоковольтном электроде 3 при мощном зарядном источнике происходит за время порядка 0,5 мс, то отрицательный потенциальный барьер н» диэлектрике 2 растет до полного запирания процессов автоэлектронной эмиссии с рабочей кромки А электрода 3 за время t-0,5 мс на длине диэлектрика L = V ..t. При этом за счет периодических импульсных процессов развития волн ионизации (импульсы Тричелла) перед кромкой А высоковольтного электрода 4 почти мгновенно (за 10 — 10 c) формируется зона зарядки диэлектрика 2, протяженность. которой Laap .пропорциональна напряжению на. высоковольтном электроде 3 Uaap и составляет величину Leap -5 MM flPM I — Uaap = .6 KB, Laap, .15 MM при !-0ззр != 30 кB. Время, необходимое для смещения этой зоны под высоковольтный электрод Laap/V, и время, требуемое . на восстановление на высоковольтном электроде 3 напряжения -U»p, определяют период между импульсами коммутации разрядника, Регулировка частоты коммута5

15 ции производится изменением скорости

Формула изобретения

1, Способ управления срабатыванием разрядника со скользящим разрядом по поверхности диэлектрика с удельным поверхностным сопротивлением р > 10 Ом, на

12 одной стороне которого установлены высоковольтный и заземленный электроды, а на другой стороне которого расположен токопроводящий элемент, соединенный с заземленным электродом, включающий создание на поверхности диэлектрика отрицательного заряда путем подачи напряжения на электроды, отличающийся тем,что,сцелью

45 упрощения, повышения частоты коммута50 ции и ресурса работы, в качестве указанного диэлектрика используют неполярную замкнутую пленку, а после подачи напряжения отрицательной полярности на высоковольтный электрод и образования вблизи него

55 указанного отрицательного поверхностного заряда, протягивают диэлектрик в направлении к высоковольтному электроду.

2. Устройство для управления срабатыванием разрядника со скользящим разрявращения металлического цилиндра 1 с диэлектрической пленкой 2, а величина энергии, переданной в нагрузке 6, варьируется изменением зарядного напряжения на ем20 костном накопителе 5 в диапазоне Uað < I.-0ç.a.ð .! < 01.

Использование предлагаемого способа управления срабатыванием разрядника со скользящим разрядом и устройства для его

25 осуществления обеспечивает по сравнению с прототипом упрощение управления срабатыванием и повышение частоты коммутации, так как отпадает необходимость в сложной схеме управления с несколькими

30 дополнительными коммутирующими элементами; дополнительно повышается ресурс работы за счет снижения тепловых нагрузок на диэлектрик при его перемещении.

1735950

40

50

Составитель О.Журавлев

Техред М.Моргентал Корректор С.Ш евкун

Редактор О.Стенина

Заказ 1822 Тираж Подписное

BÍÈÈÏÈ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 дом по поверхности диэлектрика с удельным поверхностным сопротивлением р 10 Ом, содержащее высоковольтный и заземленный электроды, установленные на одной стороне диэлектрика, на другой стороне которого расположен токоподводящий элемент, соединенный с заземленным электродом, о т л и ч а ю щ е е с я тем„ что токоподводящий элемент выполнен в виде металлического цилиндра, установленного с возможностью вращения вокруг своей оси, а диэлектрик выпол5 нен в виде неполярной замкнутой пленки, расположенной на внешней поверхности указанного металлического цилиндра.