ПЛАЗМОЭРОЗИОННЫЙ РАЗМЫКАТЕЛЬ Российский патент 1996 года по МПК H05H1/00 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к коммутирующим устройствам для выключения импульсных токов, и может быть применено в энергетике в качестве аварийных выключателей и в экспериментальной технике для получения больших мощностей и напряжений.

Известны плазмоэрозионные размыкатели [1] содержащие вакуумную камеру, источник тока, подключенный к коаксиальным электродам, систему радиально расположенных плазменных пушек.

Недостатком известных размыкателей является низкая стабильность работы, относительно низкие напряжение и мощность, развиваемые при переключении тока, что в первую очередь определяется неконтролируемостью развития неустойчивостей плазмы по отношению к росту индуктивности.

Наиболее близким из известных технических решений является плазмоэрозионный размыкатель [2] который выбран в качестве прототипа. Известный плазмоэрозионный размыкатель содержит вакуумную камеру, коаксиально расположенные электроды, образующие разрядный канал, подключенные с одной стороны к разноименным клеммам источника тока, а с другой к нагрузке, систему плазменных пушек, установленных во внешнем электроде в радиальном направлении относительно разрядного канала, блок контролируемого роста индуктивности, выполненный в виде изолятора и размещенный между коаксиальными электродами со стороны нагрузки, при этом торцевая поверхность блока, обращенная к разрядному каналу, выполнена со спиральным каналом остроугольного профиля.

Недостатком известного размыкателя является малая мощность, коммутируемая в нагрузку.

Цель изобретения увеличение коммутируемой в нагрузку мощности за счет увеличения скорости изменения индуктивности.

Поставленная цель достигается тем, что в отличие от известного плазмоэрозионного размыкателя, содержащего вакуумную камеру, коаксиально расположенные электроды, образующие разрядный канал, подключенные с одной стороны к разноименным клеммам источника тока, а с другой к нагрузке, систему плазменных пушек, установленных во внешнем электроде в радиальном направлении относительно разрядного канала и блок контролируемого роста индуктивности, согласно изобретению последний выполнен в виде коаксиальных катушек индуктивности, установленных со стороны нагрузки в кольцевых пазах, выполненных в коаксиальных электродах со стороны разрядного канала, при этом один вывод каждой катушки подключен к соответствующему электроду, а другой расположен со стороны нагрузки, витки катушки изолированы друг от друга и от электродов, причем часть поверхности витков образует разрядный канал.

Кроме того, коаксиальные электроды со стороны блока контролируемого роста индуктивности выполнены со сквозными пазами, заполненными диэлектриком.

Сущность поясняется чертежом.

На фиг.1 приведен в разрезе общий вид предлагаемого размыкателя.

Размыкатель содержит вакуумную камеру 1, коаксиальные электроды 2,3 со сквозными пазами, заполненными диэлектриком (на рисунке не показаны), радиально расположенные плазменные пушки 4, блок контролируемого роста индуктивности, выполненный в виде коаксиальных катушек индуктивности 5,6, установленных в кольцевых пазах, выполненных в коаксиальных электродах, с витками, изолированными друг от друга и от электродов изолятором 7, нагрузку 8, источник импульсного тока 9.

Плазмоэрозионный размыкатель работает следующим образом.

После срабатывания плазменных пушек 4 к коаксиальным электродам 2,3 подключается источник тока 9. Ток течет по коаксиальным электродам и плазме, замыкающей электроды. Между электродами в ваккуумной камере 1 текущим током создается магнитное поле. Электромагнитные силы со стороны поля действуют на ток, протекающий по плазме, и ускоряют последнюю. Силы со стороны поля действуют всегда в направлении увеличения индуктивности, поэтому направление ускорения плазмы не зависит от полярности электродов, плазма будет ускоряться в направлении нагрузки 8.

Ускоряемый электромагнитными силами слой плазмы приобретает скорость вдоль электродов. Двигаясь вдоль электродов, плазменный слой перемещается на витки катушек индуктивности 5,6. Ток, протекавший по коаксиальным электродам, теперь течет по катушкам индуктивности и замыкающем их слое плазмы. Возникновение тока в катушках вызывает перестройку магнитного поля и возникновение электродвижущей силы индукции, переключающей ток в коаксиальные электроды за уступами в нагрузке. Возникающая ЭДС индукции зависит от скорости изменения индуктивности, которая в свою очередь пропорциональна квадрату числа витков, приходящихся на единицу длины катушки, и скорости движения плазменного слоя, т.е. L ≈ n²u, где L скорость изменения индуктивности, n - число витков, приходящихся на единицу длины катушки, v скорость движения плазменного слоя.

Переключение тока в нагрузку при дальнейшем движении плазменного слоя вдоль катушек индуктивности приводит к уменьшению тока в катушках практически до нуля, т.е. на несколько порядков меньше первоначального тока, вместе с током уменьшается и плотность тока в плазменном слое, что приводит к его распаду и полному прекращению тока и в катушках индуктивности. Переключенный ток течет по коаксиальным электродам к нагрузке, создает в вакуумной камере магнитное поле, обеспечивающее магнитную изоляцию электродов.

Импульсы напряжения, генерируемого на нагрузке, пропорциональны ЭДС индукции, возникающей при переключении, а следовательно, скорости изменения индуктивности n²v ЭДС индукции будет пропорциональна и мощности генерируемых импульсов, а так как они пропорциональны n²v, то заранее их величина может быть задана контролируемым образом.

Таким образом, применение коаксиальных электродов с уступами, содержащими катушки индуктивности, витки которых изолированы друг от друга и от коаксиальных электродов, позволяет значительно увеличить заранее контролируемым образом скорость изменения индуктивности и, следовательно, напряжение генерируемых импульсов и их мощность на нагрузке.

Использование: электротехника, техника мощных импульсных систем. Сущность изобретения: в коаксиальных электродах плазмоэрозионного размыкателя выполнены сквозные пазы, заполненные изолятором. Блок контролируемого роста индуктивности выполнен в виде электромагнитных катушек индуктивности, установленных со стороны нагрузки в кольцевых пазах, выполненных в коаксиальных электродах со стороны разрядного канала. Один вывод каждой катушки подключен к электроду, а другой расположен со стороны нагрузки. Витки катушек изолированы друг от друга и от электродов. Часть поверхности витков со стороны разрядного канала не изолирована. 1. з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Плазмоэрозионный размыкатель, содержаний вакуумную камеру, коаксиально расположенные электроды, образующие разрядный канал, подключенные с одной стороны к разноименным клеммам источника тока, а с другой к нагрузке, систему плазменных пушек, установленных во внешнем электроде в радиальном направления относительно разрядного канала, блок контролируемого роста индуктивности, отличающийся тем, что, с целью увеличения коммутируемой в нагрузку мощности за счет увеличения скорости изменения индуктивности, блок контролируемого роста индуктивности выполнен в виде коаксиальных катушек индуктивности, установленных со стороны нагрузки в кольцевых пазах, выполненных в коаксиальных электродах со стороны разрядного канала, при этом один вывод каждой катушки подключен к соответствующему электроду, а другой расположен со стороны нагрузки, витки катушек изолированы друг от друга и от электродов, причем часть поверхности витков образует разрядный канал. 2. Размыкатель по п.1, отличающийся тем, что коаксиальные электроды со стороны блока контролируемого роста индуктивности выполнены со сквозными пазами, заполненными диэлектриком.