Управляемый вакуумный разрядник


 


Владельцы патента RU 2559027:

Федеральное Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (RU)

Изобретение относится к высоковольтным сильноточным коммутаторам с наносекундными временами нарастания тока и запаздывания срабатывания. Управляемый вакуумный разрядник содержит установленные в корпусе с окном для прохождения лазерного луча два противостоящих электрода, соединенных с клеммами источника напряжения, и поджигающий лазер. Первый электрод выполнен со сквозным отверстием, расположенным напротив окна в корпусе. Поджигающий лазер и первый электрод со сквозным отверстием соединены с положительной клеммой источника напряжения, а второй электрод, являющийся катодом, соединен с отрицательной клеммой источника напряжения и выполнен с углублением на рабочей поверхности, которое расположено напротив сквозного отверстия в первом электроде. Указанное углубление на катоде выполнено в виде усеченного конуса, сужение которого направлено в сторону первого электрода. Технический результат - уменьшение времени запаздывания и времени нарастания тока при той же мощности поджигающего импульса. 1 ил.

 

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и предназначено для использования в качестве сильноточных высоковольтных коммутаторов с наносекундными временами нарастания тока и запаздывания срабатывания.

Известны управляемые вакуумные разрядники с искровым поджигом. Такие разрядники имеют малую собственную индуктивность, большую пропускную способность по току и большой диапазон коммутируемых напряжений [1].

Разрядники с искровым поджигом, как правило, содержат два основных электрода и один вспомогательный электрод. Инициирование электрического разряда в основном разрядном промежутке осуществляется электрической искрой, которая возникает при подаче управляющего импульса напряжения на вспомогательный электрод. Для успешной рабом разрядников с таким способом запуска необходимо, чтобы амплитуда поджигающего импульса напряжения была сравнимой с амплитудой напряжений на основном разрядном промежутке.

Это требует наличие дополнительного источника напряжения, что представляет собой значительные неудобства, особенно в тех случаях, когда рабочие напряжения разрядника составляют сотни киловольт и более. Кроме того, в разрядниках с искровым поджигом в момент срабатывания разрядника запускающая цепь оказывается электрически связанной с высоковольтным источником, что приводит к опасности работы на такой установке.

Известен способ поджига разрядника «Модернизированный вакуумный разрядник с шестизазорной стержневой электродной системой» [2], включающий подачу поджигающего импульса от вспомогательного трехэлектродного разрядника. К одному из основных электродов основного вакуумного трехэлектродного разрядника и батарее емкостных накопителей прикладывается напряжение от основного источника питания. Затем от автономного источника питания подается напряжение на один из основных электродов вспомогательного трехэлектродного разрядника и вспомогательную батарею емкостных накопителей. С генератора высоковольтных импульсов подается маломощный поджигающий импульс на управляющий электрод вспомогательного разрядника, вспомогательная батарея емкостных накопителей разряжается через вспомогательный разрядник. На управляющем электроде основного разрядника появляется импульс напряжения, равный зарядному напряжению вспомогательной батареи емкостных накопителей. Основной разрядник срабатывает, и батарея емкостных накопителей разряжается на индуктивную нагрузку через основной разрядник.

Недостатком этого способа является наличие дополнительных операций поджига вспомогательного разрядника от автономного источника питания, что вместе с дополнительными кабелями, контактными соединениями и другими элементами приводит к усложнению способа и, как следствие, к уменьшению надежности поджига основного разрядника.

Наиболее близким из известных технических решении является управляемый вакуумный разрядник, содержащий установленные в корпусе с окном для прохождения лазерного луча два противостоящих электрода, один из которых выполнен со сквозным отверстием, расположенным напротив указанного окна, и поджигающий лазер [3].

При воздействий на электрод-мишень сфокусированного луча рубинового лазера, работающего в режиме модулирования добротности, происходит испарение вещества мишени в начале действия лазерного импульса с последующим ускорением его за счет поглощения энергии лазерного излучения. Расширяясь, лазерный факел закорачивает разрядный промежуток. Параметры указанного разрядника такие, как время запаздывания, время нарастания тока, определяются скоростью продвижения границы плазмы, образованной лазерным лучом. Для снижения времени запаздывания, времени нарастания тока необходимо значительное увеличение мощности поджигающего лазерного импульса, что сопряжено с увеличением мощности лазерного источника, а следовательно, со снижением экономичности системы поджига.

Техническая задача, поставленная в рамках данного изобретения, заключается в улучшении временных характеристик разрядника с лазерным поджигом, т.е. сокращение времени запаздывания и времени нарастания тока в разряднике без увеличения мощности поджигающего лазерного импульса.

Поставленная задача решается тем, что в известном управляемом вакуумном разряднике, содержащем установленные в корпусе с окном для прохождения лазерного луча два противостоящих электрода, соединенных с разными клеммами источника напряжения, один из которых выполнен со сквозным отверстием, расположенным напротив указанного окна и поджигающий лазер, согласно данному изобретению первый электрод со сквозным отверстием соединен с положительной клеммой источника напряжения, а второй электрод соединен с отрицательной клеммой источника напряжения, причем упомянутый второй электрод выполнен с углублением на рабочей поверхности, расположенным напротив указанного сквозного отверстия в первом электроде, при этом углубление на катоде выполнено в виде усеченного конуса, сужение которого направлено в сторону первого электрода.

На фиг.1 изображен общин вид предложенного управляемого вакуумного разрядника в разрезе. Разрядник состоит из корпуса 1 и двух электродов 2 и 3. В корпусе 1 сделано окно 4. Электрод 2, соединенный с отрицательной клеммой источника напряжения 8, являющийся мишенью, выполнен с углублением 5, на рабочей поверхности, расположенным напротив указанного сквозного отверстия 4 в электроде 3. При этом углубление на электроде-мишени 2 выполнено в виде усеченного конуса, сужение которого направлено в сторону электрода 3, соединенного с положительной клеммой источника напряжения 8. Луч лазера 6 через окно 4 и сквозное отверстие 7 в электроде 3 направляется в углубление 5 на электроде-мишени 2.

Сущность изобретения заключается в следующем. Коммутация разрядника происходит за счет искрового вакуумного пробоя промежутка между электродами 2 и 3, который переходит в дугу. Известно, что пробой вакуумного промежутка обусловлен микровзрывами на отрицательно заряженном электроде (катоде) [3]. Такая картина наблюдается не только в миллиметровых вакуумных промежутках при относительно низких напряжениях пробоя, но и при сверхвысоких импульсных напряжениях для вакуумных промежутков в десятки сантиметров. Впервые такая картина была обнаружена и описана в работе [5]. При микровзрывах на катоде возникает плазма, движущаяся в сторону второго положительно заряженного электрода. Плазма, достигая анода, вызывает коммутацию промежутка. Если каким - либо способом инициировать появление плазмы в области анода, например, при использовании дополнительного поджигающего электрода, то окажется, что время запаздывания разряда увеличивается, и, следовательно, увеличится и время коммутации. Поэтому инициирование вакуумного разряда предпочтительнее инициировать разряд (плазму) в области катода, так как время запаздывания разряда в этом случае меньше, чем в вышеописанном случае. При воздействии лазерного импульса на электрод-(мишень) 2 образуется плазма (лазерный факел), которая, расширяясь, коммутирует разрядный промежуток. Применение углубления (сопла) способствует увеличению скорости заполнения разрядного промежутка плазмой лазерного факела за счет улучшения условий формирования плазменной струи. При этом корость плазмы зависит от формы углубления в электроде 2.

Как показали опыты,оптимальный внутренний профиль для обеспечения максимальной кинетической энергии струи должен иметь форму усеченного конуса. Поэтому именно так обычно изготавливают наконечники шлангов, пожарных брандспойтов, гидромониторов и прочих устройств, где необходимо получить максимальную силу и дальность струи. Оптимальный угол искоса конуса, как показали опыты, должен быть равен 16,6°. Исследованная скорость плазмы при инициировании разряда лазером на поверхности плоского катода равнялась 1,4×106 См/с. При выполнении конического углубления на катоде в виде усеченного конуса с углом искоса конуса, равным 6,6°,скорость плазмы при инициировании разряда тем же рубиновым лазером при прочих равных условиях достигала величины 1,96×106 См/с. Эксперименты показали, что время запаздывания и время нарастания тока описанного разрядника практически на 40% меньше по сравнению с известным разрядником без углубления в электроде-мишени при той же мощности поджигающего импульса.

Источники информации

1. П.Н. Дэмук и др. Книга «Техника больших импульсных токов и магнитных полей», М., Атомиздат", 1970.

2. Д.Ф. Алферова, В.А. Сидорова. Модернизированный вакуумный разрядник с шестизазорной стержневой электродной системой. - "ПТЭ", 1996 г., №3, с.82,

3. Н.С. Булыгин и др. ФТФ, 1975, №4, с.892-897, статья «Исследование вакуумного коммутатора с лазерным поджигом» - прототип.

4. http://gordon0030.narod.ru/archive/18873/index.html

5. Г.В. Смирнов.Экспериментальное изучение вакуумного пробоя сантиметровых промежутков на импульсах микросекундной длительности. - Томск., канд. диссерт., 1974 г., стр.76-77 (рис. 58 и рис.59).

Управляемый вакуумным разрядник, содержащий установленные в корпусе с окном для прохождения лазерного луча два противостоящих электрода, соединенных с клеммами источника напряжения, один из которых выполнен со сквозным отверстием, расположенным напротив указанного окна в корпусе, и поджигающий лазер, отличающийся тем, что первый электрод со сквозным отверстием соединен с положительной клеммой источника напряжения, а второй электрод соединен с отрицательной клеммой источника напряжения, причем упомянутый второй электрод выполнен с углублением на рабочей поверхности, расположенным напротив указанного сквозного отверстия в первом электроде, при этом углубление на катоде выполнено в виде усеченного конуса, сужение которого направлено в сторону первого электрода.



 

Похожие патенты:

Устройство для быстрого замыкания электрической цепи имеет основной искровой промежуток с основными электродами и пусковым устройством, которое имеет дополнительный искровой промежуток с дополнительными электродами для зажигания электрической дуги в основном искровом промежутке.

Изобретение относится к области плазменной техники. Технический результат - повышение стабильности плазменного потока и устойчивости протекания тока в межэлектродном промежутке, что обеспечивает существенное уменьшение времени коммутации и увеличение амплитуды разрядного тока.

Изобретение относится к газоразрядной технике и может быть использовано при создании управляемых разрядников для коммутации сильноточных импульсов. Разрядник имеет тригатронную конструкцию и содержит анод (3) и катод (1), выполненный с осевым отверстием, в котором установлен управляющий электрод (2) в виде стержня, отделенный от катода изолятором (4).

Изобретение относится к способу запуска последовательного искрового разрядника, в котором соединены последовательно, по меньшей мере, два частичных искровых разрядника, а напряжение питания распределяется по частичным разрядникам с помощью первого распределителя напряжения.

Разрядник // 2339139
Изобретение относится к области электрорадиотехники и может быть использовано в коммутаторах для сильноточных импульсных ускорителей заряженных частиц, для импульсных генераторов токов и т.п.

Изобретение относится к области разрядной техники и может быть использовано при создании разрядных приборов, в частности разрядников, предназначенных для коммутации высоких уровней энергии, защиты аппаратуры и линий связи от перенапряжений.

Изобретение относится к управляемым мощным газоразрядным приборам с ненакаливаемым катодом или «псевдоискровым» коммутаторам, предназначенным для быстрой коммутации сильноточных высоковольтных цепей, которые могут быть использованы в различных импульсных устройствах.

Изобретение относится к коммутационной технике и может быть использовано в электродинамических установках, где необходимо переключать энергию из накопителя в нагрузку с помощью газового коммутатора.

Изобретение относится к высоковольтной сильноточной импульсной технике и является усовершенствованным многоканальным рельсовым разрядником, содержащим герметичную диэлектрическую камеру с внешней поверхностью эллиптической формы и наложенным на внешнюю поверхность стеклопластиковым бандажом, установленные параллельно друг другу в центральном сквозном отверстии камеры в плоскости ее симметрии по малой оси эллипса основные электроды полуцилиндрической формы и установленный в закрытом отверстии камеры, смещенном в одну сторону от центрального отверстия в плоскости симметрии по большой оси эллипса, управляющий электрод в виде изолированных друг от друга секций в виде пластин, заостренных с одной стороны и соединенных с другой стороны со стержнями цилиндрической формы, имеющих с заостренной стороны пазы квадратной или полукруглой формы с шагом между пазами, равным двойной ширине пазов, и расстоянием между образующимися кромками, равным величине зазора между управляющим и основными электродами, при этом к каждой из секций через проходную уплотненную шпильку подсоединена запускающая электрическая цепь, состоящая из делителя напряжения между электродами, разделительного конденсатора или неуправляемого разрядника, согласующего-демпфирующего резистора и коаксиального кабеля, металлический магнитный компенсатор, установленный в сквозном отверстии диэлектрической камеры с противоположной стороны от управляющих электродов, внешние электроды, выполненные в виде пластин с полуэллиптическими выборками, охватывающими с двух сторон диэлектрическую камеру, при этом между внешними электродами и диэлектрической камерой установлена пленочная изоляция, гибкие токовые контакты, соединяющие внешние электроды и основные электроды, смотровое окно и предохранительный пленочный клапан, установленные на торцевых отверстиях диэлектрической камеры.

Изобретение относится к области разрядной техники и может быть использовано при создании разрядных приборов, в частности разрядников, предназначенных для коммутации высоких уровней энергии, защиты аппаратуры и линий связи от перенапряжений.

Изобретение относится к области разрядной техники и может быть использовано при создании разрядных приборов, в частности разрядников, предназначенных для коммутации высоких уровней энергии, защиты аппаратуры и линий связи от перенапряжений.

Изобретение относится к области разрядной техники и может быть использовано при создании разрядных приборов, в частности защитных разрядников, предназначенных для коммутации высоких уровней энергии, защиты аппаратуры и линий связи от перенапряжений.

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в качестве электрических включателей в составе пусковых механизмов, предназначенных для включения скважинных устройств.

Изобретение относится к коммутационной технике и может быть использовано в электродинамических установках, где необходимо переключать энергию из накопителя в нагрузку с помощью газового коммутатора.

Изобретение относится к области газоразрядной техники и может быть использовано при создании газоразрядных приборов, в частности искровых газонаполненных разрядников.

Разрядник // 2227951
Изобретение относится к газоразрядной и вакуумной технике, а именно к разрядникам, которые могут быть использованы для защиты от перенапряжений, например, линий АТС или для коммутации электрических цепей.

Изобретение относится к области газоразрядной техники и может быть использовано для создания управляемых сильноточных наносекундных коммутаторов тока. .

Изобретение относится к области газоразрядной техники и может быть использовано в сильноточных управляемых устройствах, коммутирующих электрический ток. .

Изобретение относится к электротехнике, а точнее к технике защиты объектов от атмосферных электрических перенапряжений, в том числе от поражения молнией. .

Изобретение относится к устройству для зажигания искровых разрядников с пусковым электродом (T), находящимся в одном из или на одном из основных электродов (H2) и изолированным относительно этого основного электрода (H2). Пусковой электрод (T) электрически соединен с другим основным электродом посредством по меньшей мере одного элемента, переключающего напряжение или контролирующего напряжение. Между пусковым электродом (T) и этим другим основным электродом (H1) имеется воздушный зазор. Пусковой электрод (T) совместно с изоляционным переходом (I) и со слоем материала (M), имеющего более низкую проводимость, чем материал одного из основных электродов, образуют слоистую структуру, которая представляет собой слоистый диэлектрик в виде последовательно включенных первой частичной емкости (Ci) с диэлектриком (I) изоляционного перехода и второй частичной емкости (Cm) с материалом (M) в качестве диэлектрика. Технический результат - возможность задавать характеристики срабатывания в широких пределах без ущерба для эксплуатационной надежности и долговременной стабильности разрядника. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх