Управляемый разрядник

Управляемый разрядник

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к сильноточной электронике и может найти применение в высоковольтной импульсной технике, ускорительной , лазерной технике и др. Сущность изобретения: в управляемый разрядник, состоящий из двух основных электродов и поджигающего электрода, отделенного от одного из основных электродов диэлектрической втулкой, введены азимутально расположенные магнитоупругие пластинчатые электроды, кольцевой контактный электрод, шаговый двигатель со штангой, на которой расположен постоянный градиентный магнит. При этом магнитоупругие пластинчатые электроды соединены с поджигающим электродом с одной стороны, а с другой - с кольцевым контактным электродом, который электрически соединен с генератором импульсного напряжения для поджига разрядника, постоянный градиентный магнит на штанге располагается напротив магнитоупругого пластинчатого и поджигающего электродов, а основные электроды выполнены коаксиальными . Для получения последовательной коммутации в разряднике один из основных электродов, не содержащий поджигающий узел, выполнен секционированным. Решение дает улучшение физических характеристик разрядника: увеличение ресурса стабильной работы разрядника, повышение частоты срабатывания разрядника; расширение функциональных возможностей разрядника - получение последовательной коммутации. 2 ил. У Ё VI Ю ю ь о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕ Н<ЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

{21) 4851727/21 (22) 17.07.90 (46) 23.07.92. Бюл. М 27 (71) Обьединенный институт ядерных исследований (72) С.А.Коренев (56) Авторское свидетельство СССР

hb 41088, кл. Н 01 J 17/30.

Ковальчук Б. и др. Сильноточные наносекундные коммутаторы.— Новосибирск:

Наука, 1979, с. 27-44. (54) УПРАВЛЯЕМ61Й РАЗРЯДНИК (57) Изобретение относится к сильноточной электронике и может найти применение в высоковольтной импульсной технике, ускорительной, лазерной технике и др. Сущность изобретения; в управляемый разрядник, состоящий из двух основных электродов и поджигающего электрода, отделенного от одного из основных электродов диэлектрической втулкой, введены азимутально расположенные магнитоупругие пластинчатые электроды, кольцевой

Изобретение относится к сильноточной электронике и может найти применение в мощной импульсной технике для создания генераторов импульсного напряжения, в лазерной, ускорительной технике и др.

Целью изобретения является увеличение ресурса стабильной работы разрядника, повышения частоты срабатывания разрядника.

Управляемый разрядник, состоит из двух основных электродов и поджигающего. 5Ы ь 1749946 А1 (5!)3 Н 01 J 17/44, 17/46 контактный электрод, шаговый двигатель со штангой, на которой расположен постоянный градиентный магнит. При этом магнитоупругие пластинчатые. электроды соединены с поджигающим электродом с одной стороны, а с другой — с кольцевым контактным электродом, который электрически соединен с генератором импульсного напряжения для поджига разрядника, постоянный градиентный магнит на штанге располагается напротив магнитоупругого пластинчатого и поджигающего электродов, а основные электроды выполнены коаксиальными. Для получения последовательной коммутации в разряднике один из основных электродов, не содержащий поджигающий узел, выйолнен секционированным, Решеwe дает улучшение физических характеристик разрядника: увеличение ресурса стабильной работы разрядника, повышение частоты срабатывания разрядника; расширение функциональных возможностей разрядника — получение последовательной коммутации. 2 ил. электрода, отделенного от одного из основных электродов диэлектрической втулкой. В узел поджигающего-электрода введены азимутально расположенные магнитоупругие пластинчатые электроды, кольцевой контактный электрод, шаговый двигатель со штангой, на которой расположен постоянный градиентный магнит, при этом магнитоупругие пластинчатые электроды соединены с и-рабочими элементами поджигающего электрода с одной стороны, а с другой — с

1749946 кольцевым контактным электродом. Последний электрически соединен с генератором импульсного напряжения для поджига разрядника, постоянный градиентный магнит на штанге располагается напротив магнитоупругого пластинчатого и поджигающего электродов, а основные электроды выполнены коаксиальными. При этом возможно один из основных электродов, не содержащий поджигающий узел, выполнен секцонированным.

Введение в узел поджигающего электрода эзимутально расположенных магнитоупругих пластинчатых электродов, управляемых дискретно перемещающимся по азимуту постоянным градиентным магнитом, установленным нэ штанге, позволяет осуществить зажигание поджигающего разряда дискретно по азимуту путем уменьшения зазора, Это приводит к уменьшению эрозии материала диэлектрической втулки при формировании поджигающего разряда и, следовательно, к увеличению ресурса работы разрядника, Срыв плазменной струи— основного плазменного канала между ос.новными электродами разрядника приводит к сокращению времени восстановления электрической прочности межэлектродного промежутка разрядника, а следовательно, и к увеличению частоты его срабатывания.

Перемещение постоянного градиентного магнита на штанге осуществляется при помощи шайбового двигателя, работа которого синхронизируется с работой поджигающего узла и самого разрядника, Выполнение секционированным одного из.основных электродов, не содержащих подвигающий узел, приводит к возможности режима работы разрядника — последовательной коммутации, На фиг.1 показан предлагаемый управ. ляемый разрядник, а также узел 1; на фиг.2 — разрез А-А на фиг.1.

Разрядник содержит внешний основной электрод 1, металлическую вставку 2, внутренний основной электрод 3, диэлектрическую втулку 4, рабочий элемент поджигающего электрода 5, магнитоупругий и пластинчатый электрод 6, кольцевой электрод 7, диэлектрическую кольцевую вставку

8, изолятор 9, генератор 10 импульсного напряжения, постоянный градиентный маг нит 11, штангу 12, шаговый двигатель 13, блок 14 управления шаговым двигателем блок 15 синхронизации.

Разрядник состоит из основных электродов 1 и 3, отделенных друг от друга изолятором 9. Электроды 1 и 3 могут быть изготовлены из меди, нержавеющей стали и других материалов, а изолятор 9 — из оргстекла, полиэтилена, керамики, кэпралона и др. Металлические вставки 2 выполняются с, резьбой для возможности регулировки межэлектродного зазора основного разрядного

5 узла. Металлические вставки располагаются напротив поджигающих электродов. При выполнении основного электрода 3 секционированным в каждой секции размещаются металлические вставки 2.

10 Поджигающий узел состоит из набора рабочих элементов поджигающих электродов 5, магнитоупругих и пластинчатых электродов 6 и кольцевого электрода 7.

Магнитоупругий пластинчатый электрод 6

15 преДставляет собой магнитный контакт от герконов. Соединение магнитоупругого пластинчатого электрода 6 с рабочим элементом поджигающего электрода 5 и кольцевым электродом 7 осуществляется

20 посредством точечной сварки. Рабочий элемент поджигающего электрода 5 представляет собой металлический угольник. Эти электроды 5 с магнитоупругими пластинчатыми электродами располагаются напротив

25 отверстий в основном электроде 3, В эти отверстия вставляются диэлектрические втулки 4, Диэлектрические втулки могут быть выполнены из фторопласта, оргстекла, керамики и других материалов.

30 На штанге 12 располагается постоянный градиентный магнит 11, представляющий два постоянных магнита, например, самарий-кобальтовых или бариевых магнитов. Оба магнита намагничены встречно

35 друг другу. Для азимутального перемещения и установки постоянного градиентного магнита 11 напротив рабочего элемента поджигающего электрода 5 и магнитоупругого пластинчатого электрода 6 применяет40 ся шаговый двигатель типа ЩД-5 или ЩД-4 с блоками 14 управления шаговым двигате-. лем. Синхронизация перемещения постоянного градиентного магнита 11 с поджигом разрядника осуществляется при помощи

45 блока 15 синхронизации. Генератор 10 импульсного напряжения для инициирования зажигания (пробоя) разрядника собран может быть по классическим схемам, например, на основе CR-разряда и др, 50 Разрядник может иметь газовое заполнение, а также возможен вариант вакуумного разрядника. Для получения последовательной коммутации основной электрод.1 выполняется секционирдванным

55 с диэлектрическими прокладками (позиция с, фиг.2).

Разрядник работает следующим образом.

На электроды 1 и 3 подано напряжение, которое необходимо коммутировать. На1749946 пример, в схеме RC-генератора с коммутирующим элементом. При этом постоянный градиентный магнит 11 располагается напротив одного из магнитоупругих пластинчатых электродов 6 и рабочего элемента поджигающего электрода 5. В результате действия магнитного поля постоянного градиентного магнита 11 на магнитоупругий пластинчатый электрод 6 происходит его перемещение и в результате этого рабочий элемент поджигающего электрода 5 приближается к диэлектрической втулке 4, и создаются условия для формирования первичной искры инициирующей разряд в промежутке между основными электродами 1 и

3 при подаче импульса напряжения на кольцевой электрод 7 и основной электрод 3 от генератора 10 импульсного напряжения.

После срабатывания разрядника (пробоя между основными электродами 1 и 3) поступает от блока 15 синхронизации импульс или серия импульсов в блок 14 управления шаговым двигателем для перемещения в азимутальном направлении постоянного градиентного магнита 11, При этом вследствие, воздействия силы Лоренца со стороны магнитного поля происходит срыв плазменной струи — плазменного канала между основными электродами 1 и 3. В результате происходит изменение проводимости плазмы, так как изменяется концентрация ее заряженных компонент. Это приводит к увеличению сопротивления плазменного канала, что, в конечном итоге,— к уменьшению времени восстановления электрической прочности и, следовательно, к увеличению частоты срабатывания разрядника, Поскольку при помощи шагового двигателя можно фиксированно точно устанавливать перемещение штанги 12 по азимуту, то напротив другого магнитоупругого пластинчатого электрода 6 и рабочего элемента поджигающего электрода 5 устанавливается постоянный градиентный магнит 11.

Опять происходит повторение всех предыдущих операций в устройстве; уменьшение зазора между рабочим элементом поджигающего электрода 5 и электродом 3, приводящее к получению условий зажигания первичного инициирующего разряда; последующий пробой газового промежутка между основными электродами разрядника

1 и 3; срыв плазменного канала при переходе постоянного градиентного магнита 11 на другой угол к другому электроду 5.

Таким образом, посредствам предлагаемого способаа управления поочередным перемещением поджигающих электродов осуществляется регулярное а мутэльнодискретное формирование пробоя газового промежутка между основными электродами

1и3.

Металлическая вставка 2 позволяет регулировать расстояние между основными электродами 1 и 3, что позволяет изменять. пороговые условия пробоя газового промежутка между электродами 1 и 3. При получении последовательной коммутации электрод 1 выполняется секционирован10 ным, поэтому применение металлических вставок 2 в каждой секции позволяет осуществлять работу разрядника при разных значениях амплитуды напряжения нэ каждой секции электрода 1, Блок синхронизации формирует на своем выходе пакет импульдами 3 и 1, Изолятор 9 изготовлен из капралона

Диэлектрическую кольцевую вставку 8 и втулку 4 из фторопласта соответственно устанавливают внутрь электрода 3 и в паз этого электрода, Кольцевой электрод 7 из нержавеющей стали посредством точечной сварки имеет соединения с магнитоупругими пластинчатыми электродами 6 и от герконов КЭМ. Число этих электродов 6 составляет 12. К этим электродам 6 точечной сваркой приваривают цилиндри -:еские `од50

55 жигающие электроды с геометрической формой в виде угольника, которые имеют шляпку в виде диска. В качестве постоянного магнита 11 используют самарий-кобальсов напряжения или одиночные импульсы, исходя из выбора типа шагового двигателя.

Пример. В установку для.генерации сильноточных и ионных пучков. входит гене20 ратор импульсного напряжения с управляемым разрядником, В известни ком разряднике используют обычный тригатронный разрядник как с диэлектрической втулкой, так и без нее, Напряжение на кон25 денсаторе С = 60 10 Ф составляет 20-50 кВ. Ресурс стабильной работы тригэтронного разрядника N 10 включений без диэлектрической вставки и N 10 включений с диэлектрической вставкой из фторопласта.

30 3а основной параметр стабильной работы принимают временной разброс срабатывания разрядника (джиттер) т+10 нс, В случае нестабильной работы разрядника он равен т+ 50 нс. В предлагаемом разрядни35 ке напряжение на конденсаторе С = 60 10

Ф составляет 20 — 50 кВ. Электроды 1 и 3 изготовлены из нержавеющей стали 12 Х 18

Н9Т. Металлические вставки 2 изготовлены ие иер>кааеющей стали 12Х18 9Т диамет40 ром 10 мм, легко перемещаютсе при помощи резьбового соединения с электродом 1 и позволяют осуществлять регулировку основного зазора разрядника между электро1749946 товый магнит с поперечными размерами 2 х

5 мм и длиной 40 мм. Для управления штангой 12 используют шаговый. двигатель ЩД5. Электронное оборудование 10, 14, 15 используют стандартное. Диаметр электрода 3 равен 50 мм, а диаметр электрода 1-100 мм. Штангу 12 фиксируют при помощи диэлектрической вставки из фторопласта. Ресурс стабильной работы при 12 поджигающих электродах увеличивает практически в 12 раз. Ресурс работы пропорционален N> N<. (где N3- число поджигающих электродов, N< — ресурс стабильной работы разрядника) и составляет (2-12) 10 включений.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет улучшить физические характеристики разрядника, а именно повысить ресурс стабильной его работы.

Исследования повышения частоты срабатывания показали, что в разряднике частота может быть увеличена при указанных параметрах напряжений коммутации до 40

Гц. В известном устройстве частота срабатывания составляет 1 Гц. Таким образом, увеличение частоты срабатывания достигнуто в 40 раз.

Для получения последовательной коммутации электрод 4 выполнен из четырех секций, отделенных одна от другой фторопластовыми прокладками. К каждой секции подключены коаксиальные линии, заряженные до различных напряжений: U> = 5 кВ, 02 = 10 кВ, 0з = 15 кВ, 0< = 20 кВ. В результате срабатывания, управляемого при помощи перемещающихся поджигающих элект-. родов, получены четыре импульса на согласованной нагрузке, смещенных во вре5 мени один относительно другого. Смещение во времени определяется условиями запуска разрядника.

Формула изобретения

10 Управляемый разрядник, .содержащий два основных электрода и поджигающий электрод поверхностного искрового разряда по диэлектрической втулке, отделяющей его от одного из основных электродов, о т л15 и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения ресурса стабильной работы и возможности повышения частоты срабатывания, основные электроды выполнены в виде коаксиальной системы, во внутренней полой части

20 которой установлен блок поджигающего электрода, выполненного в виде общего кольцевого контактного электрода, соединенного через и магнитоупругих пластинчатых электродов соответственно с n — числом

25 азимутально расположенных рабочих элементов поджигающего электрода, размещенных соответственно напротив отверстий вО внутреннем основном электроде и магнитосвязан ных с постоянным граЗО диентом магнитом, укрепленном на введенной по оси системы Г-образной штанге, выполненной с возможностью шагогового перемещения по окружности.

1749946

Составитель Т.Лакомкина

Техред М.Моргеитал Корректор 3 Лончакова

Редактор Н.Рогулич

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2599 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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