Многоканальный разрядник

Многоканальный разрядник

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (iii751 279 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 28.04. 79 (21) 2759588/24-07 с присоединением заявки И (23) Приоритет (5E }Ì. Кл.

H 01 Т 3/00 йеударетееаиый кемнтет

СССР ао делам нзееретений в еткрытнй (53} УДК 621.316

° 933 (088 . 8) Опубликовано 30,06,81. Бюллетень М 24 \

Дата опубликования описания 3 0.06 .8 1 (72) Авторы изобретения

В. Ф. Бухаров и А. И. Герасимов (7l) Заявитель (54) Г1НОГОКАНАЛЬНЫЙ РАЗРЯДНИК

Изобретение относится к импульсной технике, а именно к управляемым разрядникам, и может быть использовано в качестве коммутатора в цепях для формирования сильноточных импуль- сов тока и(или )высоковольтного напряжения.

Известен многоканальный разрядник, наполненный газом под давлением,содержащий два противолежащих основных электрода и размещенные.в каналах од- 1О ного из основных электродов управляющие электроды (УЭ) в виде стержней (1).

При одновременной подаче на УЭ им-. пульсов напряжения с крутым фронтом

15 и с обратной полярностью по отношению к полярности потенциала второго основного электрода в разряднике между основныыи электродами инициируются параллельные разрядные каналы.

Недостатком такого разрядника является узкий диапазон рабочего напряжения составляющий около 207 по отношению к напряжению управляемого

2 пробоя промежутка между основными электродами, Кроме того общий ток распределяется по каналам неравномерно — ток в одном канале в два раза превосходит ток в другом канале.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является многоканальный разрядник, наполненный газом и содержащий два основных противостоящих электрода и ряд расположенных между ними управляющих электрода с острыми кромками, подключенных к блоку поджига f2 j

Управлякицие электроды размещены в зазоре между основными электродами по эквипотенциальной поверхности так, что УЭ не нарушают распределение электрического поля в зазоре, При резком изменении посредством блока поджига полярности потенциала УЭ возмущается распределение электрического поля в окрестности каждого угравляющего электрода и на острых кромках

УЭ создается электрическое поле с

3 7512 величиной напряженности, многократно превышающей пробивную напряженность газа при рабочем давлении. Эти факторы способствуют быстрому инициированию параллельных разрядных каналов по числу управляющих электродов. Такой

5 разрядник имеет больший диапазон, изменения рабочего напряжения и более равномерное распределение общего тока по каналам. недостатком этого разрядника является большая протяженность его

1 основных электродов и следовательно большие габариты разрядника(в шестиканальном прототипе основные электроды имеют длину по 50 см).Связано это с тем,что смежные каналы должны быть разнесены на такое расстояние один от другого, чтобы выпол1:.ялось соотношеС « 01*к + G}8 Ьэ

79 4. ", — разброс времени задержки пробоя промежутка между основными электродами; — время роста тока через разрядный канал между уровнями 0,1 и 0,9 от амплитудного значения токау — время прохождения электро 0 магнитной волной расстояния между смежными каналами, Типичные значения Ь 1 и+y для

35 одиночного искрового канала в газе под давлением при коммутации низкоимпедансных цепей составляют соответственно около 2 1О и 15 ° 10 9 Следовательно %q 0,5 ° 10 с . Так как скорость распространения электро- ; магнитной волны в rase равна С=3 ° 1о смрад, м(} э1 то расстояние E между соседними каналами в разряднике, соответствующее интервалу времени -Ь э равно

5 ФС. -1; Э ° 10 0,5. 10 15 см. В обоих описанных выше разрядниках расстояние между соседними каналами с учетом ряда конкретных условий выбрано по 8 см. Потребностью настоящего времени является уменьшение индуктивности многоканальных р азрядников и увеличение скорости нарастания тока через них,что достигается созданием между электродами несколь- 55 ких десятков дискретно распределен-, ных разрядных каналов. В известных 1 многоканальных разрядниках это приводит к увеличению их габаритов и массы, к усложнению изготовления и

1повышению трудоемкости эксплуатации.

Целью изобретения является уменьшение габаритов многоканального разрядника путем уменьшения расстояния между смежными каналами в нем.

Данная цель достигается тем, что в многоканальном разряднике, содержащем два основных противостоящих электрода, и ряд расположенных между ними управляющих электродов с острыми боковыми кромками, каждый управляющий электрод снабжен насаженным на него трубчатым изолятором, выполненным из материала с высокой диэлектрической проницаемостью, который примыкает торцами к торцам основным электродом, а внутренней поверхностью — к кромке упр авляющ его эл ектр ода, Кроме того, управляющие электроды могут быть выполнены со сквозными отверстиями, а трубчатые изоляторы — с проводящими покрытиями на торцах.

При таком выполнении многоканального разрядника уменьшаются его габа риты из-за сокращения расстояния между смежными разрядными ) каналами, так как в охватывающем управляющий электрод изоляторе с высокой относительной диэлектрической проницаемости его материала скорость распространения электромагнитной волны уменьшается по сравнению с ее скоростью в газе, а значит возрастает время 6 прохождения волны через стенку трубчатого изолятора по сравнению с временем прохождения волной этого расстояния в газе. Следовательно может быть уменьшена длина основных электродов, каналы между которыми размещены в один ряд, (или уменьшена площадь электродов, при многорядном расположении каналов, а значит уменьшены и габариты разрядника в целом, Примыкание острых кро" мок УЗ к поверхности трубчатых изоляторов способствует при подаче управляющего импульса запуска более быстрому росту, по сравнению с ростом в прототипе, напряжености электрического поля на кромках, что ускоряет развитие разрядных каналов и уменьшает разброс ЬС времени задержки пробоя, т. е. дополнительно сокращает расстояние 8 между смежными каналами.

Так как разрядники заполняются газом обычно под давлением 10 ат, то действующие на электроды больших размеров усилия составляют несколько

5 7512 тонн. Для предотвращения деформации электродов и создания механически прочной и надежной конструкции разрядника приходится усиливать все нагруженные детали разрядника и увеличивать число и размеры крепежных элементов. Поэтому уменьшение размеров основных электродов приводит к

I. дополнительному уменьшению габаритов разрядника. 10

Управляющие электроды могут быть выполнены с отверстиями, через которые сообщаются обе части полости трубчатого изолятора, разделеннные данным электродом. Так как разряд 15 развивается сначала быстрее между одним из основных электродов и управляющим, то излучение иэ этого разряда через отверстия в управляющем электроде ускоряет пробой промежут- 20 ка между вторым основным электродом . и управляющим электродом и уменьшает таким образом разброс Ь - времени задержки перемыкания разрядным каналом основных электродов, что позволяет дополнительно сократить расстояние между смежными каналами.

Трубчатые изоляторы могут быть выполнены с проводящими покрытием на торцах, например в виде слоя 30 возженного серебра, Это повышает электрическую прочность многоканального разрядника, так как в газовой прослойке между торцами и соединенными с ними основными электродами не возникает повышения напряженность электрического поля, инициирующая неуправляемый пробой.

На фиг. 1 показан предлагаемый многоканальный разрядник с тремя управляющими электродами(УЭ, фронтальный разрез; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг,1.

Разрядник содержит два основных электрода 1 и 2, Между ними размеще45 ны на одинаковом расстоянии от электрода 1, составляющем, например, ЗОЛ от промежутка между электродами 1 и 2, управляющие электрожы(УЭ) 3 в виде проводящих тонких дисков с острыми кромками. Каждый. диск охвачен труб- чатым изолятором 4 в виде кольца, например, из розионно-стойкого к разрядам цирхонат-титаната свинца, имеквцего относительную диэлектрическую проницаемость Я.= 1500. Острые кром" ки каждого УЭ касаются поверхности своего изолятора. В дисках управляющих электродов выполнены отверстия

79 6 (см. фиг. 2 ), Торцы изоляторов покрыты тонким слоем металла и примыкают к электродам 1 и 2, В заземленном электроде 1 выполнены сквозные каналы и через них введены проводники, на каждом из которых укреплен УЭ.

Разрядник работает следующим об— разом.

На электрод 2 подается основное напряжение, например, положительного знака относительно электрода 1. Одновременно к всем УЭ прикладывается напряжение, составляющее такую часть от основного напряжения, какую часть составляет расстояние î r электрода

1 до УЭ по отношению к промежутку между электродами i и 2. При этом УЭ оказываются совпадающими с эквипотенциальной поверхностью, соответствующей потенциалу на УЭ, и .они в исходном состоянии почти не возмущают распределение электрического поля. Чем тоньше УЭ, тем слабее возмущение, Эквипотенциалы пересекают стенки трубо чатых изоляторов под углом около 90 толщины стенок которых иного меньше протяженности основных электродов, поэтому изоляторы не влияют на положение эквипотенциалей. Для срабатывания разрядника одновременно на все УЭ подается импульсное напряжение с крутым фронтом и с отрицательной полярностью, обратной начальной полярности потенциала на УЭ, т.е. между УЭ и основным электродом 2 создается повьппенная разность потенциалов.

Это резко нарушает распределение поля между УЭ и основными злектродамиНа кромках УЭ создается высокая напряженность поля дополнительно увеличивающаяся в микрозазорах между кромками и изолятором из-эа большого значения относительной диэлектрической проницаемости из-за большого значения относительной диэлектрической проницаемости изолятора. В результате автоэлектронной эмиссии с кромок и перенапряжения зазора по внутренней поверхности изолятора между калдым УЭ и электродом 2 возникает скользящий диффузный или многоискровой разряд, что приводит после приложения разности потенциалов между УЭ и электродами 1 и перенапряжения этих промежутков — к одновременному пробою их и перемыканию электродов 1 ф

2 параллельными р аэрядными каналами.

75! 279. 8

57.), а диапазон рабочего напряжения шире, Таким образом, в предлагаемом многоканальном разряднике в несколько раз уменьшены габариты, например диаметр или длина основных электродов, путем уменьшения расстояния

l между смежными разрядными каналами и дополнительно из-за снижения усилий, 10 которые прикладываются к деталям многоканального разрядника. Кроме того, уменьшена масса разрядника, упрощены его устройства и изготовле-. ние, снижена трудоемкость эксплуата15 ции.

Многоканальный разрядник перспективен для применения в качестве низкоиндуктивного малогабаритного точно управляемого коммутатора в сильйоточ20 ных высоковольтных цепях.

Формула изобретения

25 1. Многоканальный разрядник, содержащий два основных противостоящих электрода и ряд расположенных между ними управляющих электродов с острыми боковыми кромками, подключенных к

30 блоку поджига, о тли ч ающи йс я тем,что, с целью ур еньшения габаритов, каждый управляющий электрод снабжен насаженным на него трубчатым изолятором, выполненным из мате-З5 риала с высокой диэлектрической проницаемостью, торцы которого примыкают к торцам основных электродов.

2. Разрядник по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что управляю40 щие электроды выполнены со сквозными отверстиями.

3. Разрядник по п. l и 2, о т л ич а ю шийся тем, что трубчатые изоляторы выполнены с проводящи45 ми покрытиями на торцах.

Я. James Е.Т. А high current

60 KV Multiple ark gar switch of

55 1.7 nH inductance. Preprint CLM-Р 212, Culham Laboratoru Abingdon Brikshire, 1969.

Так как трубчатые изоляторы выполнены из материала с величиной относительной диэлектрической проницаемости, f = 1500, скорость распространения электромагнитной волны в котором меньше в -1/Я 39 раз по сравнению с ее скоростью в газе, то во столько же раз может быть уменьшено расстояние между смежными каналами по сравнению с этим расстоянием в прототипе.

Занятый стенкой трубчатого изолятора участок между оснрвными электродами имеет уменьшенное волновое сопротивление по сравнению с волновым сопротивлением участков с газовой изоляцией и увеличенную плотность запасенной электрической энергии.

Поэтому потребляемая на развитие и формирование канала разряда в полости каждого изолятора электрическая эгергия отбирается от окружающего канал низкоимпедансного участка оказываясь достаточной для этого физического процесса, и потому не тре. буется подводить энергию к каждому каналу от внешнего накопителя через индуктивные цепи, что дополнительно ускоряет и стабилизирует рост тока через каждый канал, уменьшая разброс

Ь Ю времени задержки пробоя каналом промежутка между основными электродами и способствуя дополнительному уменьшению расстояния между смежными каналами. Чем больше величина диэлект рической проницаемости материала труб чатых изоляторов, тем эффективнее работает разрядник, Выполнение управляющих электродов с отверстиями например как это показано на чертеже, позволяет взаимно облучать разрядами поверхность своего изолятора в обеих его полостях разделенных УЭ. Это ускоряет развитие данного токового канала и уменьшает разброс Ь С времени задержки перемыкания им основных электродов.

Испытания макета трехканального воздушного разрядника с трубчатыми изоляторами из текстолита (g -8) выл полненного аналогично показанному на фиг. 1,. показали, что при сокращении длины электродов в 3 раза по сравнению с длиной при отсутствии трубчатых изоляторов, все каналы включаются синхронно, равномерность распределения общего тока по каналам выше (отклонение от среднего тока не более

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ельчанинов А. С. и др. Многоискровая работа метавольного тригатрона, ПТЭ, 1974, Р 2, стр. 103.

751279

Составитель Е. Бочкова

Редактор М.Куэнецова Техред М.Коштура Корректор Л.Иван

Закаэ 4526 18 Тираж 634 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений н открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,4