МНОГОЗАЗОРНЫЙ РАЗРЯДНИК С ПАРАЛЛЕЛЬНО ВКЛЮЧЕННЫМИ ЗАЗОРАМИ Российский патент 1995 года по МПК H01T1/00 

Изобретение относится к радиоэлектронике. Преимущественная область использования радиотехника для создания импульсных генераторов гармонических колебаний, для использования их в радиотехнике, в заводской технологии, в ультразвуковой практике и др.

Известны конструкции коммутационных разрядников [1] электроды, которых имеют различные геометрические формы: торцы цилиндров, сферы, полусферы и т. д. Путем использования электрических элементов схемы включения удалось повысить число разрядников и получить устойчивую работу генераторов с последовательной цепочкой, доведя число разрядников до сорока и более [2]
Известна также конструкция [3] многозазорного устройства, состоящего из последовательной цепочки электродов в виде цилиндров с округленными краями, укрепленных на верхней и нижней диэлектрических пластинках в шахматном порядке.

Исследование разрядника было проведено для больших мощностей (20 кВ, 100 А, 2 мкс, 500 Гц).

Обнаружились следующие недостатки разрядной цепи:
сильная эрозия электродов ограничила ресурс конструкции до 1,5 мин;
большой уровень шума при работе вызывает затруднения его обслуживания.

В качестве прототипа выбран "многоканальный разрядник" [4] с параллельно включенными зазорами, содержащий два параллельно расположенных электрододержателя, на каждом из которых закреплены параллельно расположенные дискретные электродные элементы. В зазорах этих элементов находится край металлической пластинки покрытой кварцем.

Недостатки конструкции:
ограниченное число электродных элементов (до 20 шт.) не дает существенной разгрузки электродных элементов (10⁵ а);
при нагреве электродных элементов нет компенсации их линейного расширения, что может нарушить величину зазора;
введение в зазор края пластинки создает условия для поверхностной утечки.

Целью настоящего изобретения является создание конструкции разрядника, где электроды, будучи разгруженными по току, ослабляли бы эрозию, тем самым увеличивая его ресурс.

Указанная цель достигается путем создания конструкции многозазорного разрядника, в которой используется краевой эффект в перекрестном электрическом поле в зазорах электродных элементов, имеющих дискретное строение.

На фиг.1 представлен предложенный многозазорный разрядник, общий вид; на фиг. 2 электрододержатель, вид сверху; на фиг.3 то же, с электродными элементами.

В качестве примера конкретного выполнения многозазорного разрядника использовались проволочные электродные элементы, которые при определенной ориентировке работали в перекрестном электрическом поле. На двух плоских металлических рамках 1 из листового никеля толщиной 1,0-2,0 мм располагались по 10 проволочных электродных элементов 2 из вольфрама сечение 0,5 мм; расстояние между ними по ширине устанавливалось в 2,5 мм. Длина проволочек выбиралась такой, чтобы они только с одной стороны рамки выступали на 3-5 мм (при необходимости сделать более надежный контакт с рамкой). Крепление электродных элементов 2 производилось только к одной стороне рамки 1 при помощи алундовой суспензии, концы на противоположной стороне рамки 1 оставались свободными или лишь слегка прижимались сверху слюдяной пластинкой. Затем, рамки 1, обращенные электродными элементами 2 внутрь, ориентировались так, чтобы, глядя на них сверху, была бы видна сетка из квадратных ячеек. Такая ориентировка и создавала перекрестное поле при работе. Чтобы сделать между электродами зазор величиной 0,5 мм, между отверстиями в вершинах рамок 1 подкладывались четыре стеклянные шайбы 3 высотой 1,5 мм с наружным диаметром 8 мм и внутренним 4,1 мм. Далее рамки 1 через отверстия в вершинах стягивались керамическими болтами 4 длиной 20 мм, сечением 4,0 мм с металлическими гайками 5 толщиной 2 мм и наружным диаметром 8 мм.

Прежде чем приступить к монтажу разрядника необходимо иметь в виду следующее:
куски проволоки, предназначенные для электродов, не должны иметь изгибов и должны быть одинаковыми по сечению (точность 0,01);
при наклейке проволочных электродов необходимо их слегка прижимать грузиком 30-50 г с гладкоотшлифованной поверхностью;
прогревать pамку с наклеенными электродами надо на электроплите с прижимными грузиками до полного высыхания суспензии;
поверхности сторон рамок должны лежать в одной плоскости.

С целью проверки правильности проведенного монтажа (до проведения стеклодувных работ) проводилось испытание разрядника на электрический разряд в воздухе. От генератора поджига на разрядник подавалось напряжение 2-3 кВ (при малом токе). В этом случае одновременно во многих местах перекрестий электродных элементов 2 возникали искровые разряды, которые быстро перемещались по всем перекрестиям.

В случае, если плоскости рамок 1 при их изготовлении были нарушены или неточности допущены при монтаже искровые разряды сосредотачивались на малой рабочей поверхности или возникали вдоль перекрестий какой-либо одной пары электродов.

Для опробирования работы разрядников в режиме управления была собрана последовательная цепочка из трех разрядников.

Постоянное напряжение имело порядок 1000 В, управляющее направление от генератора поджига 2-3 кВ подавалось на первый разрядник (относительно минуса). Сосуд был наполнен неоном при давлении 5320-13300 Па. Средняя мощность на границе темного и тлеющего разрядов, выделяемая в колебательном контуре, была около 150-200 Вт на частоте следования импульсов 30-40 Гц и частоте заполнения 1 мГц и оценивалась визуально по накалу сетевой лампы в 300 Вт. Ограниченная мощность источника питания (умножителя) не позволила приблизиться к верхней границе возможной мощности разрядной цепочки.

Важно отметить, в собранной цепочке последовательно включенных многозазорных разрядников каждый многозазорный разрядник можно рассматривать как большое количество элементарных разрядов, включенных параллельно.

Известно, что при параллельном включении отдельных разрядников при подаче на них напряжения пробоя сработает из всех какой-нибудь один, при этом условия пробоя для остальных ухудшаются из-за падения напряжения питания, и они уже не сработают.

Рассмотрим, как обстоит дело при использовании данного многозазорного разрядника.

1. В случае, когда радиус кривизны электродных элементов меньше или равен величине зазора между электродными элементами, большой ток в подводящих проводах в зазорах разбивается на большое число малых токов.

Если начался разряд в одном из зазоров, то напряжение питания остальных не изменяется (или изменяется на очень малую долю), следовательно, многие из "ожидающих" пробоя зазоров пробьются.

2. Кроме того, известно какое существенное значение на одновременность пробоя имеет величина напряженности электрического поля. Напряженность поля увеличивается с уменьшением радиуса кривизны электродных элементов и тем самым способствует одновременности разряда.

Основное преимущество использования разрядников на краевом эффекте в перекрестном электрическом поле (в последовательно-параллельных цепях) это возможность работать на любых электродных материалах (химически чистых, с присадками, оксидных и др.).

Наличие в разряднике радиаторов в виде металлических рамок ускоряет процесс деионизации в зазорах, тем самым увеличивая пропускную способность разрядника по частоте импульсов. Металлические рамки вносят в схему дополнительную емкость (диэлектрик). Кроме того, падающая вольт-амперная характеристика разряда вносит в цепь отрицательное сопротивление, компенсирует часть активной составляющей в цепи разрядника. Форма импульса становится прямоугольной признак отсутствия большого затухания в цепи, что увеличивает КПД устройства. Преимущества предлагаемых разрядников по сравнению, например, с мощными генераторными лампами:
отсутствие цепей накала;
энергия в разряднике не расходуется в момент отсутствия импульса;
мгновенная готовность к работе;
простота конструкции разрядника;
отсутствие дорогих металлов (золота);
низкая себестоимость изготовления разрядника, а следовательно и самого генератора;
отсутствие сеток (наличие их в лампах и тиратронах);
простота управления;
разрядник позволяет применять оксидированные электроды. В мощных лампах такой возможности нет, так как оксидный катод загрязняет сетку, что ведет к понижению КПД
путем изменения толщины проводов для электродов разрядника возможно изменение плотности тока;
предлагаемая конструкция разрядника не требует водяного охлаждения и при большой мощности можно ограничиться принудительным воздушным охлаждением;
для "произвольной" мощности разрядной цепи возможно включение разрядников не только последовательно, но и одновременно параллельно.

Последовательное включение зазоров увеличивает индуктивность цепи и уменьшает "паразитную" емкость, параллельное наоборот.

Сушность изобретения: на некотором расстоянии друг от друга располагаются две плоские параллельные металлические или диэлектрические рамки, на которых жестко укреплены одним концом наборы тонких проволочных электродных элементов, перекрывающих по своей длине окна рамок. Электродные элементы противоположных рамок расположены перпендикулярно друг другу, в результате чего создается перекрестное электрическое поле. Электрический разряд происходит в зазорах перекрытий проводников. 3 ил.

МНОГОЗАЗОРНЫЙ РАЗРЯДНИК С ПАРАЛЛЕЛЬНО ВКЛЮЧЕННЫМИ ЗАЗОРАМИ, содержащий два параллельно расположенных электрододержателя, на каждом из которых закреплены параллельно расположенные дискретные электродные элементы, отличающийся тем, что электрододержатели выполнены в виде плоских рамок, а электродные элементы выполнены в виде проволок, перекрывающих окна рамок с образованием в них просветов и закрепленных на рамках одними своими концами, причем электродные элементы противоположных рамок расположены перпендикулярно друг к другу.