УПРАВЛЯЕМЫЙ РАЗРЯДНИК Российский патент 2014 года по МПК H01T2/02 

Изобретение относится к газоразрядной технике и может быть использовано при создании управляемых разрядников тригатронного типа со стабильным диапазоном рабочих напряжений при большой долговечности для формирования коммутации сильноточных импульсов.

Известен управляемый разрядник тригатронного типа, содержащий анод и катод, выполненный с осевым цилиндрическим отверстием, в котором установлен управляющий стержневой электрод, отделенный от катода изолятором. (Киселев Ю.В., Черепанов В.П. Искровые разрядники. М., "Советское радио", 1976, с.12-17).

Недостатком этой конструкции разрядника является относительная малая долговечность при коммутации сильноточных импульсов. В процессе работы в режиме коммутации сильноточных импульсов происходит разрушение изоляционной втулки и вследствие этого снижение электрической прочности разрядного промежутка анод-катод, сужение диапазона рабочих напряжений и рост амплитуды импульса управляющего напряжения. Долговечность такого разрядника при работе в этом режиме составляет не более 8×10⁵ пробоев.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по конструктивному признаку является управляемый разрядник, содержащий высоковольтный электрод и заземленный электрод, в осевом отверстии которого расположен управляющий электрод в виде стержня. В данной конструкции изолятор между катодом и управляющим электродом вынесен из разрядного промежутка, а катод выполнен с центральным отверстием в виде цилиндра, переходящего в расширяющийся конус, или в виде чашки с центральным вырезом. Управляющий электрод находится на уровне рабочей поверхности катода. В этом случае в процессе работы стержневой управляющий электрод распыляется слоями, сохраняя свой вид, близкий к первоначальному, вплоть до начала конусной части выреза катода или внутренней кромки выреза катода, выполненного в виде чашки. Долговечность разрядника этой конструкции составляет не более 2×10⁶ пробоев. (Шкуропат П.И. Электрические характеристики управляемых искровых разрядников в воздухе при мощном поджиге, ЖТФ, 1966, XXXVI, с.1058).

Недостатком данной конструкции является то, что при распылении управляющего электрода до начала конусной части выреза катода или внутренней кромки выреза катода, выполненного в виде чашки, пробой промежутка катод-управляющий электрод происходит в глубине выреза катода. Это приводит к пропускам пробоя основного промежутка анод-катод и для пробоя основного промежутка необходимо увеличить амплитуду импульса управляющего напряжения и минимальное напряжение анода. При дальнейшей работе минимальное напряжение анода резко увеличивается, и пропуски пробоев основного промежутка наблюдаются вплоть до максимального напряжения анода.

Все рассматриваемые конструкции разрядников были выполнены с соблюдением оптимальных соотношений межэлектродных промежутков (а.с. №605279 кл Н01Т 3/00 1978).

Цель изобретения - повышение долговечности и надежности разрядника в широком диапазоне рабочих напряжений, уменьшение амплитуды импульса управляющего напряжения и снижение времени запаздывания пробоя.

Технический результат достигается за счет нанесения на внутреннюю поверхность керамического изолятора инициирующего покрытия, например, на основе коллоидно-графитового препарата, что приводит к снижению амплитуды импульса управляющего напряжения, времени запаздывания пробоя, предотвращению роста минимального напряжения анода и резкому увеличению долговечности разрядника.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном управляемом разряднике, содержащем противостоящие анод и катод, выполненный с центральным отверстием в виде цилиндра, переходящего в конус, или в виде чашки с центральным отверстием, в котором по оси установлен управляющий стержневой электрод, находящийся на одном уровне с катодом и отделенный от него керамическим изолятором, вынесенным из разрядного промежутка катод-управляющий электрод, на внутреннюю поверхность керамического изолятора с диаметром отверстия, равным диаметру управляющего электрода, нанесено инициирующее покрытие, не закорачивающее промежуток катод-управляющий электрод, например, на основе коллоидно-графитового препарата.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существующих по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «новизна» по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку не выявлены решения, в которых для повышения долговечности и надежности управляемого разрядника в широком диапазоне рабочих напряжений, уменьшения амплитуды импульса управляющего напряжения, снижения времени запаздывания пробоя, было бы использовано инициирующее покрытие, не закорачивающее промежуток катод-управляющий электрод, например, на основе коллоидно-графитового препарата, нанесенного на внутреннюю поверхность керамического изолятора, имеющего диаметр отверстия, равный диаметру управляющего электрода.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «изобретательский уровень» по действующему законодательству.

Изобретение поясняется чертежом. На фиг.1(а, б) схематично изображены управляемые разрядники с различными вариантами катодов и керамических изоляторов.

Разрядник имеет тригатронную конструкцию и содержит анод 3 и катод 1, выполненный с осевым отверстием, в котором установлен управляющий электрод 2 в виде стержня, отделенный от катода изолятором 4. Управляющий электрод находится на одном уровне с катодом, а керамический изолятор вынесен из разрядного промежутка катод-управляющий электрод. На внутреннюю поверхность керамического изолятора, имеющего диаметр отверстия, равный диаметру управляющего электрода, нанесено инициирующее покрытие, например, на основе коллоидно-графитового препарата 5.

Разрядник работает следующим образом: между анодом и катодом разрядника подается постоянное напряжение, катод разрядника заземлен. При подаче импульса управляющего напряжения происходит пробой промежутка анод-катод в заданном диапазоне рабочих напряжений с частотой следования импульсов управляющего напряжения.

Сравнительные испытания разрядников на долговечность показали преимущества конструкции с применением покрытия на внутренней поверхности керамического изолятора в сравнении с разрядниками, имеющими обычные изоляторы. В табл.1 приведены данные об изменении параметров приборов, полученные в результате таких испытаний:

- например, с коллоидно-графитовым покрытием на внутренней поверхности керамического изолятора, с диаметром отверстия, равным диаметру управляющего электрода (1);

- без коллоидно-графитового покрытия (2).

Таблица 1 Кол-во пробоев: 0 1·10⁶ 2·10⁶ 3·10⁶ 5·10⁶ 1·10⁷ 1,2·10⁷ Наименования параметров   Конструктивные особенности   1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 1 Минимальное напряжение анода, кВ 1 1 1 1,2 1 1,5 1 1,8 1 3,5 1,1 1,2 Максимальное напряжение анода, кВ 4,9 4,9 4,9 4,9 14,9 4,9 4,9 4,9 4,9 4,8 4,6 4,6 Амплитуда импульса управляющего напряжения, кВ 4,0 4,7 4,0 6 4,0 6 4,0 6,1 4,3 6,3 4,5 4,5 Время запаздывания при минимальном напряжении анода, мкс 0,7 2,5 0,7 3 0,8 6 0,8 9 1 9 1 1 Время запаздывания при максимальном напряжении анода, мкс 0,1 0,1 0,1 0,6 0,1 0,9 0,1 1 0,1 1,2 0,1 0

Из таблицы ясно видно, что нанесение инициирующего покрытия на внутреннюю поверхность керамического изолятора увеличивает долговечность разрядника минимум в 4 раза, снижает амплитуду импульса управляющего напряжения, а также снижает и стабилизирует время запаздывания пробоя.

Это объясняется тем, что при подаче импульса на управляющий электрод под напряжение попадает и инициирующее покрытие, например, на основе коллоидно-графитового препарата. На границе инициирующее покрытие-диэлектрик за счет микрозазоров, возникающих из-за пористости керамики, происходит значительное искажение электрического поля и, соответственно, увеличение напряженности. Создаются условия для автоэлектронной эмиссии электронов в межэлектродные промежутки, что в свою очередь предотвращает рост амплитуды импульса управляющего напряжения и увеличивает долговечность разрядника, по крайней мере, в четыре раза.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «промышленная применимость» по действующему законодательству.

Изобретение относится к газоразрядной технике и может быть использовано при создании управляемых разрядников для коммутации сильноточных импульсов. Разрядник имеет тригатронную конструкцию и содержит анод (3) и катод (1), выполненный с осевым отверстием, в котором установлен управляющий электрод (2) в виде стержня, отделенный от катода изолятором (4). Управляющий электрод находится на одном уровне с катодом, а керамический изолятор вынесен из разрядного промежутка катод-управляющий электрод. На внутреннюю поверхность керамического изолятора, имеющего диаметр отверстия, равный диаметру управляющего электрода, нанесено инициирующее покрытие (5), например, на основе коллоидно-графитового препарата. Технический результат - повышение долговечности и надежности разрядника в широком диапазоне рабочих напряжений, уменьшение амплитуды импульса управляющего напряжения и снижение времени запаздывания пробоя. 2 ил., 1 табл.

Управляемый разрядник, содержащий противостоящие анод и катод, выполненный с центральным отверстием в виде цилиндра, переходящего в конус, или в виде чашки с центральным отверстием, в котором по оси установлен управляющий стержневой электрод, находящийся на одном уровне с катодом и отделенный от него керамическим изолятором, вынесенным из разрядного промежутка катод-управляющий электрод, отличающийся тем, что на внутреннюю поверхность керамического изолятора, имеющего диаметр отверстия, равный диаметру управляющего электрода, нанесено инициирующее покрытие, не закорачивающее промежуток катод-управляющий электрод, например, на основе коллоидно-графитового препарата.