УПРАВЛЯЕМЫЙ РАЗРЯДНИК Советский патент 1995 года по МПК H01T2/00 

Изобретение относится к электрофизике, в частности к многоканальным управляемым разрядникам, и может быть применено при создании емкостных накопителей энергии в различных электрофизических установках, используемых для получения высокотемпературной плазмы, в импульсных источниках света, в электротехнологии.

Известен управляемый многоканальный разрядник, содержащий токоподводящие шины, два основных электрода и один управляющий электрод между ними, расположенные на одной стороне диэлектрика с толщиной меньшей минимального расстояния между основными электродами, обратный токопровод, расположенный на другой стороне диэлектрика и электрически связанный с одним из основных электродов, а также канал инициирующего импульса, например кабель, подключенный одним полюсом к управляющему электроду, а другим - к обратному токопроводу.

При подаче инициирующего импульса на управляющий электрод по поверхности диэлектрика между управляющим электродом и основными развивается многоканальный скользящий разряд, обеспечивающий большую пропускную способность по току при малой индуктивности.

Недостатком такого разрядника является относительно большое собственное сопротивление и сравнительно низкое быстродействие, обусловленные большим расстоянием между основными электродами, которое выбирается из условия обеспечения электрической прочности по поверхности диэлектрика для максимального рабочего напряжения, а также незначительный срок службы диэлектрика, на который оказывает большое термическое воздействие многоканальный разряд.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является управляемый разрядник, содержащий два параллельно расположенных протяженных основных электрода и параллельно расположенный между ними протяженный управляющий электрод, установленные на одной стороне твердого диэлектрика, толщина которого меньше расстояния между основными электродами, и выполненные со сходящимися в направлении от поверхности диэлектрика противостоящими рабочими поверхностями, обратный токопровод, установленный на другой стороне твердого диэлектрика, и канал инициирующего импульса, один полюс которого подключен к управляющему электроду, а другой полюс - к обратному токопроводу.

В данном разряднике рабочие поверхности электродов расположены под острым углом к поверхности диэлектрика, причем рабочие и нерабочие внешние поверхности электродов плавно сопряжены.

При подаче управляющего импульса на управляющий электрод по поверхности диэлектрика развивается многоканальный разряд. При увеличении коммутируемого тока увеличивается толщина плазменного слоя. При этом сужение межэлектродных зазоров по мере удаления от плоскости диэлектрика приводит к уменьшению сопротивления разрядника.

Недостатками такого разрядника являются сравнительно низкое быстродействие, обусловленное большим расстоянием по поверхности диэлектрика между основными электродами, которое выбирается из условия обеспечения электрической прочности по поверхности для максимального рабочего напряжения, незначительный срок службы твердого диэлектрика, испытывающего термическое воздействие плазменных каналов, и недостаточная стабильность многоканального срабатывания.

Целью изобретения является повышение быстродействия и стабильности многоканального срабатывания и срока службы.

Цель достигается тем, что в известном управляемом разряднике, содержащем два параллельно расположенных протяженных основных электрода и параллельно расположенный между ними протяженный управляющий электрод, установленные на одной стороне твердого диэлектрика, толщина которого меньше расстояния между основными электродами, и выполненные со сходящимися в направлении от поверхности диэлектрика противостоящими рабочими поверхностями, обратный токопровод, установленный на другой стороне твердого диэлектрика, и канал инициирующего импульса, один полюс которого подключен к управляющему электроду, а другой полюс - к обратному токопроводу, согласно изобретению между управляющими и основными электродами параллельно им расположены на поверхности твердого диэлектрика дополнительно введенные вспомогательные электроды, каждый из которых выполнен в виде ряда токопроводящих колец, дискретно насаженных на стержень из резистивного материала, а искровые промежутки между электродами шунтированы дополнительно введенными резисторами делителя напряжения.

Кроме того, с целью дальнейшего повышения стабильности многоканального срабатывания управляющий электрод выполнен также в виде ряда токопроводящих колец, дискретно насаженных на стержень из резистивного материала, а полюс канала инициирующего импульса, подключенный к управляющему электроду, выполнен многожильным по числу токопроводящих колец электрода, причем каждая жила полюса подключена к соответствующему токопроводящему кольцу управляющего электрода.

Для повышения стабильности срабатывания многоканального разряда основные электроды выполнены в виде дискретных элементов, а токоподводящие шины к основным электродам выполнены в виде гребенок, на выступах которых укреплены указанные элементы основных электродов.

На фиг. 1 изображен управляемый разрядник со сплошными основными и управляющим электродами, общий вид (первый вариант); на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.3 - вспомогательный электрод разрядника; на фиг.4 - управляемый разрядник с управляющим электродом, выполненным в виде токопроводящих колец, дискретно насаженных на стержень из резистивного материала, общий вид (второй вариант); на фиг.5 - то же, вид сверху; на фиг.6 - управляющий электрод разрядника, изображенного на фиг.4 и 5; на фиг.7 - управляемый разрядник с основными электродами, выполненными в виде дискретных элементов, общий вид (третий вариант); на фиг.8 - то же, вид сверху.

Управляемый разрядник состоит (см. фиг.1 и 2) из токопроводящих шин 1 и 2, двух сплошных основных электродов 3 и 4 и расположенного между ними сплошного управляющего электрода 5, установленных на поверхности твердого диэлектрика 6. Между управляющим электродом и основными электродами 3 и 4 расположены вспомогательные электроды. Искровые промежутки между электродами шунтированы резисторами 7 делителя напряжения. На противоположной стороне диэлектрика 6 установлен обратный токопровод 8, подсоединенный через нагрузку 9 к токопроводящей шине 2 основного электрода 4. К управляющему электроду 5 и обратному токопроводу 8 подключен канал 10 инициирующего импульса. Между шиной 1 и обратным токопроводом 8 включен емкостной накопитель энергии 11.

Каждый вспомогательный электрод (см.фиг.3) выполнен в виде токопроводящих колец 12, дискретно насаженных на стержень 13 из резистивного материала.

На фиг.4 и 5 представлен второй вариант исполнения управляемого разрядника с управляющим электродом (фиг.6), выполненным так же как и вспомогательные электроды в виде токопроводящих колец 14, дискретно насаженных на стержень 15 из резистивного материала. Полюс канала 10 инициирующего импульса выполнен многожильным, так что каждая жила 16 подключена к соответствующему токопроводящему кольцу 14.

На фиг.7 и 8 показан третий вариант управляемого разрядника, в котором основные электроды выполнены в виде дискретных цилиндрических элементов 17 и 18, которые укреплены соответственно на выступах 19 и 20 токопроводящих шин 1 и 2, выполненных в виде гребенок, т.е. с прорезями 21 (в шине 1) и 22 (в шине 2).

Управляемый разрядник (фиг.1 и 2) работает следующим образом.

Рабочее напряжение от накопителя энергии 11 через токопроводящие шины 1 и 2, обратный токопровод 8 и нагрузку 9 подают на электроды 3 и 4. Высокоомные резисторы 7 делителя напряжения, шунтирующие искровые промежутки между всеми электродами, установленными на поверхности диэлектрика 6, распределяют рабочее напряжение между ними. Кольца 12 вспомогательных электродов, касаясь поверхности диэлектрика 6, не изменяют электрической прочности по поверхности диэлектрика и значительно уменьшают суммарный искровой промежуток между основными электродами 3 и 4. При этом емкость диэлектрика между каждым электродом и обратным токопроводом 8 значительно превышает емкость межэлектродных искровых промежутков. Инициирующий импульс, имеющий крутой фронт, подают по каналу 10 инициирующего импульса на управляющий электрод 5. От управляющего электрода 5 в обе стороны, заполняя искровые промежутки между соседними электродами, в направлении к основным электродам 3 и 4 распространяются каналы инициирующего разряда. Благодаря значительно большей емкости на обратный токопровод каждого электрода по сравнению с емкостями межэлектродных искровых промежутков инициирующий импульс в первый момент создает большое перенапряжение на ближайших к управляющему электроду 5 искровых промежутках между электродами, вызывая тем самым пробой этих промежутков, причем плазменные образования каналов инициирующего импульса возникают на поверхностях электродов в точках наименьших зазоров и не касаются поверхности диэлектрика 6, а пусковое напряжение прикладывается к следующему газовому искровому промежутку и т.д., пока не пробьются все искровые промежутки. После завершения пробоя инициирующим импульсом с электрода 5 на основные электроды 3 и 4, присоединенные к токопроводящим шинам 1 и 2, электроды 3 и 4 оказываются замкнутыми и по многоканальному пути проходит разрядный ток коммутируемой цепи. При этом плазменные образования каналов основного напряжения не касаются поверхности диэлектрика 6.

Применение вспомогательных электродов (см. фиг.3), каждый из которых выполнен в виде токопроводящих колец 12, насаженных на стержень 13 из резистивного материала, позволяет в управляемом разряднике получить стабильный разряд с определенным числом каналов.

Более высокую стабильность многоканального разряда обеспечит вариант разрядника (фиг.4 и 5), в котором инициирующий импульс подают по разветвленным жилам 16 инициирующего канала 10 на токопроводящие кольца 14 управляющего электрода (фиг.6). С каждого кольца 14 управляющего электрода в обе стороны к основным электродам 3 и 4 распространяются плазменные каналы инициирующего импульса, которые обеспечивают многоканальный путь для разрядного тока коммутируемой цепи.

В большей степени повышается стабильность многоканального разряда в варианте управляемого разрядника (фиг.7 и 8), в котором прорези 21 и 22, выполненные соответственно в шинах 1 и 2 вдоль распространения разрядного тока, формируют участки длинных линий, исключающих выравнивание потенциала между элементами 17 и 18 основных электродов, присоединенными к выступам 20 и 19 между прорезями 21 и 22 в течение времени развития плазменных каналов разрядного тока.

Применение управляемого разрядника позволит снизить его активное сопротивление и повысить быстродействие и долговечность благодаря уменьшению искрового промежутка между основными электродами и уменьшению термического воздействия на поверхность диэлектрика в связи с удалением от нее плазменных каналов разряда.

Одновременно управляемый разрядник повышает стабильность многоканального срабатывания за счет обеспечения гарантированного числа каналов между основными электродами.

Эффективность применения указанного управляемого разрядника возрастает с увеличением электрической прочности газовой среды.

1. УПРАВЛЯЕМЫЙ РАЗРЯДНИК, содержащий два параллельно расположенных протяженных основных электрода и параллельно расположенный между ними протяженный управляющий электрод, установленные на одной стороне твердого диэлектрика, толщина которого меньше расстояния между основными электродами, и выполненные со сходящимися в направлении от поверхности диэлектрика противостоящими рабочими поверхностями, обратный токопровод, установленный на другой стороне твердого диэлектрика, и канал инициирующего импульса, один полюс которого подключен к управляющему электроду, а другой полюс - к обратному токопроводу, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и стабильности многоканального срабатывания и срока службы, между управляющими и основными электродами параллельно им расположены на поверхности твердого диэлектрика дополнительно введенные вспомогательные электроды, каждый из которых выполнен в виде ряда токопроводящих колец, дискретно насаженных на стержень из резистивного материала, а искровые промежутки между электродами шунтированы дополнительно введенными резисторами делителя напряжения. 2. Разрядник по п.1, отличающийся тем, что, с целью дальнейшего повышения стабильности многоканального срабатывания, управляющий электрод выполнен также в виде ряда токопроводящих колец, дискретно насаженных на стержень из резистивного материала, а полюс канала инициирующего импульса, подключенный к управляющему электроду, выполнен многожильным по числу токопроводящих колец электрода, причем каждая жила полюса подключена к соответствующему токопроводящему кольцу управляющего электрода.