Твердотельный электрический разрядник

 

(72) Авторы изобретеиия

В.Д.Садунов, Е.З;Новицкий и Т.В.Трищенко (71) Заявитель (54) ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗРЯДНИК

Изобретение относится к сильноточной импульсной технике, а конкретно — к твердотельным электрическим разрядникам.

Широко известны управляемые трехэлектродные разрядники (1 .

Однако эти разрядники имеют ряд существ .нных недостатков: узкий диапазон рабочих напряжений, большую амплитуду пускового импульса, большую зависимость времени задержки срабатывания и его стабильности от рабочего и пускового напряжений.

Эти недостатк; устранены в твердотельных разрядниках, у которых в качестве рабочего тела использованы электрически активные материалы сегнетоэлектрики, обладающие свойствоь спонтанной поляризации (P ), что создает новые возможности в преодолении указанных выше недостатков, а также позволяет эффективно использовать для управления работой разрядника ударную волну.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является твердотельный электрический разрядник, со содержащий рабочее тело из электрически активного материала с двумя, лектродами, параллельными между со бой и вектору поляризации Р, и генератор ударной волны с выходной поверхностью, перпендикулярной электродам (2J .

5 При воздействии на рабочее тело разрядника ударной волны определенной интенсивности спонтанная поляризация сегнетоэлектрика изменяет свою величину вплоть до полного исчезно-

10 вения. В результате этого в объеме рабочего тела возбуждаются электрические поля, а на поверхностях, непараллельных вектору поляризации, наблюдается высвобождение ранее связанных

l5 зарядов. Если поверхность, на которой высвобожда.зтся заряды, пересекается с поверхностями электродов, к которым приложено достаточное по величине напряжение, то происходит срабатыва20 ние разрядника и коммутация электрической цепи, в которую он включен.

Недостатком этого устройства является то, что собственное электрическое поле, возбуждаемое в электри25 чески активном материале при его деполяризации, направлено перпендикулярно к разрядному промежутку и не участвует в развитии пробоя между электродами разрядника. Это частич30 но снижает его надежность при комму705910

4 электриЧескбго поля вдоль поверхности раэряднрго промежутка.

Чтобы исключить влияние электрических полей, возбуждаемых при воздействии ударной волны в.рабочем,теле разрядника, на состояние элект рической цепи, в которую включен разрядник, достаточно, чтобы число . пластин в наборе было нечетным. При этом возбуждаемые в разряднике элект-.

> рические поля будут иметь симметрич1© ный характер и не будут изменять электрический потенциал электродов самого разрядника.

Таким образом, выполнение рабоче— го тела разрядника из нечетного чис-!

3 ла пластин, симметрично расположенных относительно центральной пластийы, с перемежающимся направлением поляризации обеспечивает .надежную коммутацию цепей со значительно более

Я низкйм раббчйм напряжением, чем в известном разряднике.

Рассмотрим в качестве примера расчета разрядника, рабочее тело которого набрано из ряда симметрич но расположенных пластин с противоПоложным направлением поляризации, задачу, в которой требуется обеспечить надежную коммутацию цепи с напряжением в 1 кВ и током 100 кА.

За основу возьмем схему разрядЖ ника (см. фиг. 2), содержащее рабочее тело иэ трех пластин метаниобата лития (LiNBOg), спонтанная поляризация которогб Р— 0,7 Кл/М, а относительная диэлектрическая проницаеИ мость Я = 84 (f = 8, 85 10 — диэлектрическая проницаемость вакуума).

1. Наиболее простой формой разрядника может считаться прямоугольный параллелепипед, одна из граней кото4Q рого служит разрядным промежутком и вплотную прилегает к непроводящей выходной поверхности генератора ударной волны.

2. Ширина разрядного промежутка на45 ходится из известного значения электрической прочности в воздухе по поверхности диэлектрика 2...3 кВ/мм.

Для рабочего напряжения в 1 кВ величина разрядного промежутка, равная

2 мм, обеспечивает 4...6-кратный запас электрической прочности.

3. Размер стороны электрода, параллельного поверхностй разрядного промежутка, при заданной плотности тока

10 кА/мм должен равняться 10 мм.

4. Размер стороны электрода, перпендйкулярного поверхности разрядного промежутка, существенного влияния на работу разрядника не оказывает и может быть взят равным также 10 мм.

5. Электроды разрядника могут быть выполнены="из нержавеющей стали

Х18Н9Т толщиной 2 мм каждый.

Таким образом, выполнение твердотельных разрядникбв с рабочим телом

g5 из электрически активного материала тации ййэйо оМВтнйх электрических цепей.

Цель изобретения — повыаение на" дежностй коьЫутацйи с низким"напряжением. Поставленная цель достигается тем, =что в"-йзвестном твердотельном электри ческом разряднике, содержащем рабо 4ee тело йз -электрически активного материала, с двумя электродами, ца ралЛельными между собой и вектору поляризации, и генератор механического импульса с выходной поверхностью, перпендикулярной электродам, рабочее тело выполнено в виде набора устайовленных вплотную друг к другу пластий;""параллельных электродам, причем йаправление.вектора поляризации в смежййх "йластинах противойоложно.

Кроме того, количество пластин в наборе нечетное.

На фиг. 1 схематически изображен разрядник, рабочее тело которого состоит из набора пластин, на фиг.2— то же, пример выполйения; электрический разрядник 1, содер жит рабочее тело, выполненное в виде набора параллельных электродам 2 разрядника пластин 3. Направление

"поляризации в соседних пластинах противоположно и перпендикулярно выходной поверхности 4 генератора ударной волны. Здесь же показано распределеййе зарядов"в разрядном промежутке и на фронте ударной волны.

Замена рабочего тела разрядника, выполненного в виде одной пластины с постоянйым направлением поляризации по всему объему,на набор пластин"с"перемещающимся направлением йолярйэаций= прФвоцкФ к перераспре"- делению зарядов в разрядном промежутке и на фронте ударной. волны, распространяющейся в рабочем теле, а также, как следствие, к изменеййю картины электрических полей в объеме сегнетоэлектрика и в разрядном промежутке разрядника. Прй этом составляющая электрического поля, 1 возбуждаемого при деполяризации сегнетоэлектрика, вдоль поверхности разрядного промежутка будет достаточно велика, чтобы обеспечить срабатывание разрядника даже при незначительной величине напряжения, приложенного к электродам разрядника.

Действительно, как показано на чертеже, на торцах соседних пластин с противоположным направлением поляризации,образующих поверхность разрядного промежутка, высвобождаются за-ряды противоположного знака. Анало-. гична картина наблюдается и на участках фронта ударной волны, распространяющегося в рабочем теле разрядника.

Подобное распределение зарядов имеет мультипольный характер и приводит к появлению составляющей

705910

Формула изобретения

Составитель Е. Громов

Техред A.Ùåïàíñêàÿ

Редактор Т.Зубкова

Корректор Г.Решетник

Заказ 9228/72 Тираж 844 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4./! . . в виде набора пластин с противоположным направлением поляризации позволяет применять их в тех областях экспериментальной физики, где требуется надежность и точность синхронизации работы отделочных элементов сильноточных цепей с низким напряжением.

1. Твердотельный электрический разрядник, содержащий рабочее тело из электрически активного материала, обладающего свойством спонтанной поляризации, с двумя электродами на его поверхности, параллельных между собой и вектору поляризации, и генератор механического импульса, выходная поверхность которого перпендикулярна электродам, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повыае ния надежности коммутации низких нап« ряжений, рабочее тело выполнено в виде набора установленных вплотную друг к другу пластий, параллельных электродам, причем направление век тора поляризации в соседних пластинах противоположно.

2. Разрядник по п.1,.о т л и ч а ю шийся тем, что количество —— пластин в наборе нечетное.!

О

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Техника больших импульсных токов и магнитных полей. Под общ.ред.

1 В.С.Комелькова, A-И. — М., 1970, с. 147-109.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 92362835/25.кл.Н 01 Н 57/00, 1976-(прототип).