Способ управления срабатыванием разрядника со скользящим разрядом

 

Способ управления срабатыванием разрядника со скользящим разрядом. Сущность: на поверхности неполярного диэлектрика с удельным поверхностным сопротивлением/ 10 Ом создают отрицательный электрический заряд путем подачи на высоковольтный электрод напряжения отрицательной полярности. Затем область отрицательного заряда облучают излучением импульсного лазера. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 Н 01 T 1/20

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4764533/07 (22) 05.12.89 (46) 15.04.93. 6юл, ¹ 14 (71) Самарский авиационный институт им. акад. С, П. Королева (72) С, В. Вересов, О. А. Журавлев и А. Л.

Муркин (56) Авторское свидетел ьство СССР

N 961016, кл, Н 01 Т 2/02. 1980.

Сорокина А. P. "Одноканальный скользящий разряд с высокой направленностью", Письма ЖТФ, 1987, т. 13, № 2, с. 94 — 98.

Авторское свидетельство СССР

N 1735950, кл. Н 01 Т 1/00. 25.09.1989.

Изобретение относится к электроразрядной технике и может быть использовано при создании систем коммутации в различных электрофизических установках с частотным режимом работы, Цель изобретения - упрощение схемы запуска и повышение ее надежности.

Осуществление предлагаемого способа поясняется на чертеже и заключается в следующем, Вначале начинают повышать напряжение (-0»Р) на емкостном накопителе энергии 1, соединенном с высоковольтным электродом 2 разрядника. Присутствие напряжения (— 0»г) на высоковольтном электроде 2 вызывает интенсивную автоэлектронную эмиссию(при Е 10 В м ), особенно с его

„„. Ц„„1809483 А1 (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СРАБАТЫВА,НИЕМ РАЗРЯДНИКА СО СКОЛЬЗЯЩИМ

РАЗРЯДОМ (57) Способ управления срабатыванием разрядника со скользящим разрядом, Сущность: на поверхности неполярного диэлектрика с удельным поверхностным сопротивлением р 10 Ом создают отрицательный электрический заряд путем подачи на высоковольтный электрод напряжения отрицательной полярности. Затем область отрицательного заряда облучают излучением импульсного лазера. 1 ил. микронеровностей на кромке касания поверхности диэлектрика 3 (Е- 10 В м ), что Qo порождает в приэлектродной области алек- С) тронные лавины с большой начальной концентрацией электронов (ne = 10 ... 10 р

12 м ), Эмиттируемые электроны в резконеоднородном электрическом поле движутся по сложной траектории с переменной крутизной наклона к поверхности диэлектрика 3, зависящей от соотношения нормальной и тангенциальной составляющих этого поля.

Входящие в состав воздуха электроотрицательные газы 02, СО, СО2 (за счет большого сродства к электрону) способствуют тому, что в поле лавин образуются отрицательные ионы, которые оседают на неполярный диэ1809483

55 лектрик 3 и закрепляются в ловушках или отдают электрон поверхностным состояниям. Таким образом, в результате совместного действия ионного и электронного потоков диэлектрическая подложка 3 вблизи высоковольтного электрода 2 приобретает поверхностный отрицательный заряд и выполняет роль идеального запирающего электрода за счет экранирования поля высоковольтного электрода 2. Известно, что 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 U1 по сравнению с Unp, где Unp =

Enp . — импульсное напряжение пробоя разрядного промежутка длиной l скользящим разрядом, Для характерных зазоров с 1<12 см напряженность поля самопробоя составляет величину Е,р = (3 .„3,5) кВ/см. Так как подложка 3 выполнена в виде неполярной диэлектрической пленки (лавсан, триацетат целлюлозы, полиимидная пленка) с высоким удельным поверхностным сопротивление (р = 10 Ом), то незначительные токи утечек способствуют сохранению поверхностного отрицательного заряда вблизи высоковольтного электрода 2, формируя идеальный управляющий электрод и повышая величину напряжения самопробоя разрядника U) > Unp (на 10 ... 12 кВ при 1 9 . м).

Установив величину напряжения на высоковольтном электроде 2 равную U = Unp +

ЛО {где Л0 =3 ... кВ), освещают на диэлектрике область управляющего электрода излучением 4 импульсного лазера с плотностью энергии в пучке на уровне 0,1

Дж/см, оказывающим тепловое воздействие на неполярную диэлектрическую пленку и вызывающим частичную десорбцию отрицательных ионов с ее поверхности при достаточно большой длительности импульса излучения т 0,1 мс. Кроме того, полиимидная пленка в условиях работы диэлектрической подложки разрядника при импульсном освещении пучком лазера с плотностью энергии -0,1 Дж/см и т >0,1 мкс приобретает фоторезистивные свойства, Это приводит к кратковременному снятию отрицательного поверхностного заряда из зоны разрядного промежутка между высоковольтным электродом 2 и заземленным электродом 5, соединенным с токопроводящей обкладкой 6 на обратной стороне диэ5

35 пектрика 3. Таким образом, возникают условия для пробоя разрядника и передачи энергии от накопителя 1 в нагрузку 7, поскольку напряжение самопробоя разрядника понижается до .величины О,р, Поспе пробоя разрядника вновь повышается напряжение самопробоя, так как на высоковольтном электроде 2 постоянно присутствует высокий потенциал (— U ap), задающий формирование поверхностного отрицательного управляющего электрода.

Дальнейшее повторное освещение области управляющего электрода импульсами лазерного излучения вызывает периодическое срабатывание разрядника. Таким образом, процесс коммутации происходит с частотой, определяемой частотой следования импульсов лазерного излучения, при этом максимальная частота ограничена временем восстановления отрицательного поверхностного заряда, Известно, что процессы зарядки подложки не прекращаются и при напряжении < Unp. Следовательно, отрицательный потенциальный барьер начинает восстанавливаться уже в момент возникновения пробоя разрядника за время, определяемое скоростью дрейфа электронов, ионов и длиной пробега зарядов в воздухе.

Самоторможение электронных лавин в близких условиях (см, статью Андреева С.

М., Новиковой Г. М. О роли взрывных процессов на катоде при пробеге газозарядного промежутка в условиях высокого перенапряжения//ЖТФ, — 1980. — Т, 50, ¹

3 — С, 530 — 535) наблюдается нэ расстоянии

-40 мкм от высоковольтного электрода, что при скорости дрейфа электронов Ve (3 ... 6)

10 м/с и ионов Ч 10 м/с дает оценку

5 з максимальной величины времени восстановления электрической прочности разрядника на уровне 40 нс.

Экспериментальная отработка способа управления срабатыванием разрядника со скользящим разрядом проводилась на диэлектрических пленках типа лэвсан, триэцетат целлюлозы, полиимидная пленка, толщина которых изменялась от 40 мкм до

175 мкм. Использовались импульсные лазеры с длиной волны 0,69 мкм, 1,06 мкм, 10,6 мкм и длительноСтью импульса излучения от 30 нс до 0,5 мс, При плотности энергии излучения на поверхности пленки < 0,1

Дж/см управление срабатыванием разрядг ника происходило с меньшей надежностью, чем при плотности 0,1 Дж/см и выше, Однако при плотности энергии лазерного излу-, чения > 0,1 Дж/см в частотном режиме г энерговклада нэ пленке возникали остаточные следы деструкции диэлектрика.

1809483

Формула изобретения

Способ управления срабатыванием разрядника со скользящим разрядом по поверхности неполярного диэлектрика в виде пленки с удельным поверхностным сопротивлением р 10 Ом, на одной стороне ф

3/

Составитель С, Вересов

Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Редактор

Заказ 1288 Тираж Подписное

ВНИИПИ 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

Использование предлагаемого способа управления срабатыванием разрядника со скользящим разрядом обеспечивает по сравнению с прототипом упрощение схемы запуска и повышение ее надежности, так как отпадает необходимость использования дополнительного источника постоянного напряжения для питания механизма (электродвигателя) перемещения диэлектрика, которого установлены высоковольтный электрод и заземленный электрод, а на другой стороне которого расположена токопроводящая обкладка, соединенная с

5 заземленным электродом, включающий создание на поверхности диэлектрика вблизи высоковольтного электрода отрицательного заряда путем подачи на высоковольтный электрод напряжения отрицательной по10 лярности, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, указанную область отрицательного заряда на поверхности диэлектрика облучают излучением импульсного лазера с пло но15 стью энергии на поверхности диэлектрика на уровне 0,1 Дж/см, г