УПРАВЛЯЕМЫЙ РАЗРЯДНИК Советский патент 1995 года по МПК H01T1/22 

Изобретение относится к устройствам для коммутации больших токов в системах с емкостными накопителями энергии и может быть использовано в импульсных генераторах напряжения и тока различных электрофизических установок.

Известен управляемый разрядник, содержащий высоковольтный и заземленный электроды и управляющий электрод, расположенный внутри заземленного и отделенный от него изоляционной втулкой, выступающей в разрядный промежуток, в котором пробой между высоковольтным и заземленным электродами происходит в результате искажения электрического поля.

Наиболее близким из известных технических решений к данному предложению является управляемый разрядник, содержащий установленные в разрядной камере, коаксиально расположенные, образующие кольцевой межэлектродный промежуток основные электроды, внутренний из которых выполнен в виде стержня, а внешний - в виде кольца, и управляющий полый цилиндрический электрод, установленный коаксиально снаружи указанного стержневого основного электрода.

Основными недостатками этого разрядника являются сложность запуска и невысокая долговечность. Сложность запуска связана с необходимостью формирования высоковольтного (несколько десятков киловольт) импульса поджига, а невысокая долговечность - с прохождением разрядного тока между основными электродами через управляющий электрод, и, как следствие, быстрый износ последнего.

Цель изобретения - упрощение запуска и повышение срока службы.

Это достигается тем, что в известном управляемом разряднике, содержащем установленные в разрядной камере, коаксиально расположенные, образующие кольцевой межэлектродный промежуток основные электроды, внутренний из которых выполнен в виде стержня, а внешний - в виде кольца, и управляющий полый цилиндрический электрод, установленный коаксиально снаружи указанного стержневого основного электрода, согласно изобретению управляющий электрод выполнен составным из двух электрически соединенных, аксиально смещенных друг относительно друга элементов, установленных вне указанного межэлектродного промежутка, симметрично относительно плоскости симметрии кольцевого основного электрода, перпендикулярной его геометрической оси, причем управляющий электрод подключен к кольцевому основному электроду через последовательно соединенные дополнительно введенные токоограничивающий резистор и управляемый коммутатор.

На чертеже показан продольный разрез данного управляемого разрядника.

Разрядник состоит из разрядной камеры 1, коаксиальных стержневого 2 и кольцевого 3 основных электродов, образующих межэлектродный промежуток 4. Цилиндрический управляющий электрод 5 выполнен в виде двух гальванически связанных перемычкой 6 элементов, расположенных соосно основным электродам 2 и 3 и закрепленных болтами на стаканах 7.

Последние установлены на изоляторах 8. Управляющий электрод 5 подключен к основному электроду 3 (катоду) через управляемый коммутатор 9 и токоограничивающий резистор 10.

Радиус скругления рабочей поверхности катода 3 не превышает 6 мм. Толщина цилиндрического управляющего электрода 5 не лимитируется, но его внутренний диаметр должен быть равен внутреннему диаметру кольцевого катода 3. Расстояние от каждого из двух элементов управляющего электрода 5 до плоскости симметрии катода, перпендикулярной его геометрической оси, равно толщине катода 3. Такой выбор геометрических размеров управляющего электрода 5 и катода 3 и их взаимное расположение обеспечивают минимальное искажение электрического поля в межэлектродном промежутке 4 в исходном проводящем состоянии коммутатора 9 и максимальное - в его непроводящем состоянии.

В качестве коммутатора 9 для управления разрядником может использоваться магнитоуправляемый контакт, управляемый искровой промежуток, электромагнитный, пневматический и т. п. коммутационные аппараты. Резистор 10 ограничивает ток через коммутатор 9 при случайных пробоях с основного электрода 2 анода разрядника на управляющий электрод 5.

Разрядник работает следующим образом.

От высоковольтного источника к основному электроду 2 (аноду) прикладывается напряжение ниже статического разрядного. Коммутатор 9 находится в проводящем состоянии, потенциалы катода 3 и управляющего электрода 5 равны. Электрическое поле в межэлектродном промежутке 4 и в пространстве между управляющим электродом 5 и анодом 2 достаточно близко к равномерному, а его напряженность меньше критической. В момент перевода управляемого коммутатора 9 в непроводящее состояние электрическое поле в промежутке 4 резко изменяется, в результате чего происходит усиление его напряженности свыше критической величины. В пространстве между анодом 2 и катодом 3 возникают ионизационные процессы, приводящие к пробою межэлектродного промежутка 4.

В данном управляемом разряднике достигается упрощение системы запуска, что обусловлено отсутствием необходимости формирования высоковольтного импульса поджига. В цепи запуска находится низковольтный коммутатор, управление которым может осуществляться маломощным сигналом. Применение низковольтной аппаратуры увеличивает надежность схемы управления и уменьшает ее габариты. Кроме того, поскольку управляющий электрод выведен из межэлектродного промежутка, то образующаяся при разряде плазма практически не воздействует на него. Таким образом, долговечность данного разрядника не зависит от эрозионной стойкости управляющего электрода и поэтому является более высокой по сравнению с известными конструкциями.

Как показали испытания опытных образцов, конструкция разрядника обладает высокой надежностью и долговечностью. Так, например, многократная коммутация токов до 100 кА не привела к каким-либо изменениям геометрии и поверхности управляющего электрода, а значит и к изменению связанных с его состоянием коммутационных характеристик разрядника. Система запуска данного разрядника, в котором в качестве коммутатора был использован геркон, является более простой, а габаритные размеры блока запуска вдвое меньше по сравнению с прототипом.

УПРАВЛЯЕМЫЙ РАЗРЯДНИК, содержащий установленные в разрядной камере, коаксиально расположенные, образующие кольцевой межэлектродный промежуток основные электроды, внутренний из которых выполнен в виде стержня, а внешний - в виде кольца, и управляющий полый цилиндрический электрод, установленный коаксиально снаружи указанного стержневого основного электрода, отличающийся тем, что, с целью упрощения запуска и повышения срока службы, управляющий электрод выполнен составным из двух электрически соединенных аксиально, смещенных друг относительно друга элементов, установленных вне указанного межэлектродного промежутка, симметрично относительно плоскости симметрии кольцевого основного электрода, перпендикулярной его геометрической оси, причем управляющий электрод подключен к кольцевому основному электроду через последовательно соединенные дополнительно введенные токоограничивающий резистор и управляемый коммутатор.