СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫМИ ГАЗОРАЗРЯДНЫМИ КОММУТАТОРАМИ ТОКА Российский патент 2000 года по МПК H01T1/20 H01J17/00 

Изобретение относится к области газоразрядной техники, в частности к способу управления газоразрядными приборами с расположением управляющего электрода и электродов, коммутирующих ток, в изолированных друг от друга объемах.

Известны способы управления газоразрядными приборами с помощью подачи импульса напряжения положительной [1] или отрицательной [2] полярности на управляющий электрод, находящийся в одном объеме с электродами, замыкающими ток (катодом и анодом). Перевод коммутатора в проводящее состояние может осуществляться путем облучения межэлектродного промежутка ультрафиолетом, введением в разрядную камеру ВЧ- или СВЧ-излучений и др. [3]. Два последних способа направлены на увеличение быстродействия коммутирующих приборов, т.к. приводят к, практически, одновременному образованию заряженных частиц во всем межэлектродном пространстве, но являются достаточно сложными при практической реализации.

Наибольшее распространение получили способы управления в виде подачи импульса напряжения на управляющий электрод (сетку), который находится в одном объеме с электродами, коммутирующими ток, - катодом и анодом [1].

Недостатками данных способов управления являются:
1. Ограниченная скорость включения, связанная с тем, что образование плазмы под действием управляющего импульса происходит последовательно - сначала между катодом (анодом) и управляющим электродом и дальнейшим переносом разряда на анод (катод) [1, 2]. Характерное время перехода в проводящее состояние приборов тиратронного типа составляет 15-100 нс [4], что в ряде случаев снижает КПД устройства (например, при малой емкости накопителя энергии).

2. Наличие управляющего электрода в межэлектродном пространстве и возникновение инициирующего разряда между управляющим электродом и одним из тококоммутирущих электродов приводит к дополнительным потерям мощности, к выделению на нем дополнительной энергии из разряда, что приводит к повышенной эрозии электрода и сокращению срока службы коммутатора.

Изобретение направлено на увеличение быстродействия газоразрядных коммутаторов тока, уменьшение стартовых потерь, уменьшение тепловой нагрузки на электроды и увеличение временной стабильности параметров коммутатора.

Для решения этой задачи используется способ управления импульсными газоразрядными коммутаторами тока с помощью волны ионизации [5]. При данном способе управления образование плазмы в межэлектродном пространстве (между катодом и анодом) происходит со скоростью, значительно превышающей скорость образования плазмы при ионизации электронным ударом, а переход разряда на электроды, коммутирующие электрический ток, может осуществляться за единицы наносекунд. Поставленная задача достигается в устройстве с разделенными объемами, в одном из которых формируется волна ионизации, а в другом располагаются электроды, коммутирующие ток. Давления в этих объемах могут быть различными, исходя из оптимальности условий формирования волны ионизации и назначения коммутатора.

Предлагаемый способ может быть реализован, например, в устройстве, показанном на чертеже. Коммутатор состоит из двух изолированных объемов 1 и 2, первый из которых служит для формирования волны ионизации, во втором объеме размещены электроды, коммутирующие электрический ток. Объемы разделены металлической пластиной (перегородкой) 3. Управляющий импульс подается на управляющий электрод 4. Сильноточный разряд формируется между катодом 5 и анодом 6. Объем 1 заполняется газом до давления, при котором потери энергии, переносимой волной ионизации, являются минимальными (800 - 1200 Па), и имеет протяженность не менее 6 диаметров объема 1, т.к. на этом расстоянии происходит максимальное обострение градиента потенциала во фронте волны ионизации [6] . Объем 2 наполняется газом до давления 50 - 200 Па, характерного для импульсных газоразрядных коммутаторов тока.

При достижении пластины 3 волна ионизации наводит на ней потенциал, величина которого зависит от параметров управляющего импульса, геометрии и давления газа в первом объеме, и проникает в объем 2.

Перемещаясь в объеме 2, волна ионизации проводит интенсивную ионизацию газа, которая приводит к возникновению сильноточного разряда между катодом и анодом за 2-4 нс.

Список литературы
1. Ворончев Т.А. Импульсные тиратроны. - М.: Сов. радио.- 1958. - 164 с.

2. Киселев Ю.В., Черепанов В.П. Искровые разрядники. - М.: "Сов. радио", 1976. - 70 с.

3. Заявка 2179492, МКИ H 01 J 17/30, Великобритания, Тиратрон. Изобретение стран мира, 1988, вып. 128, N 2, с. 22.

4. Головина Л.С., Полякова А. А. Обзоры по электронной технике. Сер. 4. ЭВ и ГРП. Вып. 1 (345). Водородные тиратроны за рубежом. - М., ЦНИИ "Электроника", 1976. - 37 с.

5. Василяк Л.М., Костюченко С.В., Кудрявцев Н.Н., Филюгии И.В. Высокоскоростные волны ионизации при электрическом пробое. // УФН. 1994. Т. 164, N 3. С. 263-285.

6. Юдаев Ю. А. Волны ионизации и их использование для управления быстродействующими газоразрядными коммутаторами: Автореф. дис. канд. техн. наук. - Рязань: РГРТА. 1994. 16 с.

Изобретение относится к области газоразрядной техники и может быть использовано в сильноточных управляемых устройствах, коммутирующих электрический ток. Технический результат - улучшение временных и энергетических характеристик газоразрядных коммутаторов тока. Это достигается за счет применения в качестве управляющего воздействия волны ионизации, формирование которой происходит в объеме, изолированном металлической перемычкой, в котором находятся электроды, коммутирующие ток, причем давление в этих объемах может быть различным, исходя из оптимальных условий формирования волны ионизации и назначения коммутатора. 1 ил.

Способ управления импульсными газоразрядными коммутаторами тока, заключающийся в использовании волны ионизации в качестве управляющего воздействия, отличающийся тем, что волну ионизации формируют в объеме, изолированном металлической перемычкой от объема, в котором размещают электроды, коммутирующие ток, причем для формирования волны ионизации используют объем с протяженностью, равной не менее шести диаметров этого объема, который заполняют газом до давления 800-1200 Па, а давление газа в объеме, в котором размещают электроды, коммутирующие ток, устанавливают в диапазоне, характерном для импульсных газоразрядных коммутаторов.