СПОСОБ ПОДЖИГА РАЗРЯДНИКА Российский патент 2000 года по МПК H01T2/02 H03K3/537 

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано в устройствах коммутации высоковольтных накопителей энергии.

Известен способ поджига разрядника, "Техника больших импульсных токов и магнитных полей". П.Н.Дашук и др., 1970 г., стр. 183, согласно которому на основные электроды разрядника подают напряжение, а через поджигающий искровой промежуток пропускают поджигающий импульс, который формируется на управляющем электроде разрядника при помощи генератора высоковольтных импульсов.

В этом способе при непосредственном подключении генератора высоковольтных импульсов к управляющему электроду разрядника трудно добиться увеличения энергии поджигающего импульса без увеличения длительности его фронта.

Известен также способ поджига разрядника, "Модернизированный вакуумный разрядник с шестизазорной стержневой электродной системой" авторов: Д.Ф. Алферова, В.А.Сидорова, "ПТЭ", 1996 г., N 3, с.82, 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 к предлагаемому является способ поджига разрядника, реализованный в изобретении по АС N 700886 В.Г.Филиппова "Управляемый искровой коммутатор", МПК H 01 Т 14/00, включающий подачу поджигающего импульса на основной разрядник после срабатывания вспомогательного трехэлектродного разрядника. На один из основных электродов, по меньшей мере, одного основного и вспомогательного разрядников, а также, по меньшей мере, одного из основных и дополнительных конденсаторов одновременно подают напряжение от одного и того же высоковольтного источника питания; особенностью данного способа является наличие в высоковольтной цепи трехвыводного резистора и дополнительного конденсатора, сглаживающего всплески напряжения на резисторе, чтобы уменьшить вероятность самопроизвольных преждевременных срабатываний коммутатора при срабатывании вспомогательного разрядника от внешнего запускающего импульса.

Недостатком прототипа являются снижение надежности ввиду присутствия высокого напряжения на резисторе при заряде и разряде емкостных накопителей и усложнение способа из-за операции по сглаживанию всплесков напряжения на резисторе путем введения дополнительного сглаживающего конденсатора для уменьшения вероятности самопроизвольных преждевременных срабатываний коммутатора. Наличие в прототипе трехвыводного специального изготовления резистора также усложняет данный способ поджига.

Основной целью по АС N 700886 являлось уменьшение времени срабатывания и повышение надежности коммутатора, состоящего из нескольких искровых промежутков, исключив его самопроизвольное срабатывание.

При создании заявляемого изобретения решалась задача разработки способа поджига разрядника для коммутации высоковольтных (1-20 кВ и выше) накопителей энергии.

Техническим результатом при решении данной задачи являлось упрощение способа поджига разрядника и увеличение его надежности при большом количестве включений без замены основных элементов.

Технический результат достигается тем, что, по сравнению с наиболее близким известным способом поджига разрядника, включающим подачу поджигающего импульса от вспомогательного трехэлектродного разрядника, при котором на один из основных электродов основного и вспомогательного разрядников, а также на батарею емкостных накопителей одновременно подают напряжение от одного и того же высоковольтного источника питания, новым является то, что для создания условия срабатывания вспомогательного разрядника вводится нагрузочный резистор в цепь вспомогательного разрядника со стороны основного электрода, не находящегося под высоковольтным напряжением при зарядке емкостных накопителей, и вместо трехвыводного специального резистора используется стандартный, также новым является то, что в предлагаемом способе не участвует дополнительный конденсатор по причине его ненадобности.

Упрощение способа поджига разрядника обеспечивается отсутствием дополнительных операций, таких как подключение трехвыводного резистора в высоковольтную цепь, параллельное подключение дополнительного конденсатора к основному, зарядка дополнительного конденсатора от основного источника питания и разряд его через основной разрядник. В отличие от прототипа в предлагаемом способе резистор размещается не на высоковольтной цепи, где он находится под напряжением и на которой формируется разность потенциалов для создания условия срабатывания основного разрядника, а в цепи вспомогательного разрядника для создания условия его срабатывания со стороны основного электрода вспомогательного разрядника, не находящегося под напряжением при зарядке емкостных накопителей. Поэтому в предлагаемом способе не надо вводить дополнительный сглаживающий конденсатор, как в прототипе, так как исчезает вероятность самопроизвольных преждевременных срабатываний основного разрядника вследствие возникающих напряжений на резисторе, особенно на фронте импульса напряжения. Соответственно, отпадает необходимость в операциях зарядки и разрядки дополнительного конденсатора. В предлагаемом способе при срабатывании вспомогательного разрядника от внешнего поджигающего импульса ток, протекая по цепи через батарею емкостных накопителей, вспомогательный разрядник, нагрузочный резистор и корпус, создает падение напряжения на резисторе. Таким образом на управляющем электроде основного разрядника появляется возрастающий потенциал напряжения, разрядник срабатывает и основной разряд батареи емкостных накопителей проходит через основной разрядник как по цепи с наименьшим сопротивлением.

Отсутствие дополнительного конденсатора позволяет отказаться от дополнительных кабелей и контактных соединений, что, в свою очередь, повышает надежность работы предлагаемого способа в целом и упрощает эксплуатацию установок, где он будет использоваться.

На чертеже изображена схема для реализации заявляемого способа.

Способ поджига разрядника 1 включает подачу поджигающего импульса от вспомогательного трехэлектродного разрядника 2. На основной электрод 3 основного и основной электрод 4 вспомогательного разрядников одновременно подают напряжение от одного и того же источника питания 5. Поджигающий импульс на вспомогательном разряднике 2 создает генератор высоковольтных импульсов 7. Условие срабатывания вспомогательного разрядника 2 создают введением нагрузочного резистора 6 в цепь вспомогательного разрядника 2 со стороны основного электрода, не находящегося под напряжением. Кроме того, на схеме показаны батарея емкостных накопителей 9 и индуктивная нагрузка 8.

В примере конкретной реализации заявляемого способа в качестве основного разрядника (1) использовался управляемый вакуумный разрядник РВУ-40. Одновременно от источника питания (5) ВС 20-10 подается постоянное напряжение на батарею емкостных накопителей (9), состоящую из двух конденсаторов ИС 20-6,65, соединенных параллельно, для их зарядки до 10 кВ и на один из основных электродов (3) и (4) разрядника (1) РВУ-40 и вспомогательного разрядника (2) РУ-62. После того, как батарея (9) зарядилась до номинального напряжения, по команде от блочного импульсного наносекундного генератора высоковольтных импульсов (7), имеющего на выходе электрический импульс положительной полярности амплитудой 9 кВ и с фронтом 6 нс, подается импульс с данными параметрами на управляющий электрод вспомогательного разрядника (2) РУ-62. Так как на выходе РУ-62 стоит нагрузочный резистор (6) КЭВ-20 сопротивлением, равным 6,2 МОм, вспомогательный разрядник (2) РУ-62 срабатывает.

При протекании тока через нагрузочный резистор (6) на нем создается падение напряжения. Соответственно на управляющем электроде РВУ-40 появляется возрастающий потенциал напряжения, максимальная амплитуда которого равна зарядному напряжению. Разрядник (1) РВУ-40 срабатывает и батарея емкостных накопителей (9) разряжается на индуктивную нагрузку (8) через основной разрядник (1) как по цепи с наименьшим сопротивлением.

Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемый способ поджига разрядника является более простым и надежным, проверенным на 500-х включениях.

Использование: в высоковольтной импульсной технике, в устройствах коммутации высоковольтных накопителей энергии. Технический результат заключается в упрощении способа поджига разрядника и повышение его надежности. В предлагаемом способе при срабатывании вспомогательного разрядника от внешнего поджигающего импульса ток, протекая по цепи через батарею емкостных накопителей, вспомогательный разрядник, нагрузочный резистор и корпус, создает падение напряжения на резисторе. В связи с этим на управляющем электроде основного разрядника появляется возрастающий потенциал напряжения. Разрядник срабатывает и основной разряд батареи емкостных накопителей проходит через основной разрядник как по цепи с наименьшим сопротивлением. 1 ил.

Способ поджига разрядника, включающий подачу поджигающего импульса от вспомогательного трехэлектродного разрядника, при котором на один из основных электродов основного и вспомогательного разрядников, а также на батарею емкостных накопителей одновременно подают напряжение от одного и того же высоковольтного источника питания, отличающийся тем, что создают условие срабатывания вспомогательного разрядника введением нагрузочного резистора в цепь электродов разрядников при зарядке емкостных накопителей.