Многоканальный разрядник Фурмана Советский патент 1986 года по МПК H01T4/10 

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и предназначено для коммутации импульсных токов мегаамперного диапазона наносекундной длительности в режиме частоты следования импульсов, ограниченной временем деионизации газа и временем восстановления его электрической прочности. Известен многоканальный искровой разрядник, содержащий сплошной элект род и электрод с отверстиями,, в которих установлены поджигающие электроды, и вспомогательные электроды, соединенные каждый с помощью двух проводников со сплошным электродом в точках, расположенных на осях соседних вспомогательных электродов. В этом разряднике за счет перемаг ничивания охватывающих проводники ферромагнитных сердечников током каждого искрового канала и индуцирования напряжения на соседних искровых промежутках создаются условия для равномерного деления тока между каналами. В случае, если токи искровых каналов равны, индуктивное сопротивление, вызванное наличием ферромагнитных сердечников, близко к нулю. , Недостатком этого разрядника является недостаточно высокая стабильность многоканального срабатывания. Известен также многоканальный иск ровой разрядник, содержащий противостоящие сплошной электрод со вспомогательными электродами, соединенными с ним с помощью проводников, охвачен ных ферромагнитными сердечниками с короткозамкнутыми обмотками, и элект род с отверстиями, в которых установлены поджигающие электроды, окруженные дополнительными электродами В указанной конструкции разрядника из-за наличия дополнительных электродов искажается электрическое поле у электрода с .отверстием и снижается средняя напряженность электрическог поля в искровых промежутках, что сни жает скорость развития лавин, образование стримеров и, в конечном ито ге, ограничивает число каналов в ра ряднике. Кроме того, в этом разрядни ке каждые два соседних ферромагнитны сердечника соединены короткозамкнутой обмоткой, что ухудшает условия пробоя искровых промежутков и деления тока в каналах за счет парной симметрии соседних вспомогательных электродов. Наиболее близким известным техническим решением к изобретению является многоканальный разрядник, содержащий противостоящие сплошной электрод и электрод с отверстиями, в которых с зазором установлены поджигающие электроды, подключенные к одним из выводов соответствукнцих пусковых конденсаторов, другие выводы которых подключены через общий коммутатор к электроду с отверстиями, вспомогательные электроды, расположенные в .промежутке между сплошным электродом и электродом с отверстиями напротив поджигаю1цих электродов и электрически соединенные со сплошным электродом с помощью проводников, охваченных ферромагнитными сердечниками, через которые пропущена короткозамкнутая обмотка, резисторы, соединенные каждый одним из выводов с соответствующим поджигающим электродом, и источник питания. Наличие короткозамкнутой обмотки, пропущенной через все ферромагнитные сердечники, позволяет надежно регулировать распределение тока в каналах разрядника. Недостатком указанного разрядника является то, что условия многоканального срабатывания выполняются в очень узком диапазоне изменения заданного напряжения и слабо улучшаются при увеличении мощности управления, что снижает надежность многоканального срабатывания разрядника. Практически измеренные величины диапазона изменения напряжения срабатывания разрядника составляют 3%. .Цель изобретения - повышение надежности многоканального срабатывания . Это достигается тем, что известный многоканальный разрядник, содержащий противостоящие сплошной элект-род и электрод с отверстиями, в которых с зазором установлены поджигаюпще электроды, подключенные к одним из выводов соответствующих пусковых конденсаторов, другие выводы которых подключены через общий коммутатор к электроду с отверстиями, вспомогательные электроды, расположенные в промежутке между сплошным электродом и электродом с отверстиями напротив

поджигающих электродов и электрически соединенные со сплошным электроом с помощью,проводников, охваченных ферромагнитными сердечниками, ерез которые пропущена короткозамкнутая обмотка, резисторы, соединенныe каждый одним из выводов с соответствующим поджигающим электродом, источник питания, согласно данному изобретению снабжен импульсным трансформаторомj первичная обмотка которого подключена к указанному источнику питания, а вторичная обмотка которого включена между сплощным электродом и электродом с отверстиями и выполнена с двумя промежуточными выводами, один из которых подключен к другим выводам указанных резисторов, а другой из которых подключен через дополнительно введенную катущку индуктивности к общей точке соединения указанных пусковых конденсаторов и коммутатора, причем поджигающие электроды выступают в промежуток между сплошным электродом и электродом с отверстиями на расстояния, равные или меньщие величин зазоров между поджигающими электродами и электродом с отверстиями.

В предпочтительном варианте исполнения разрядник выполняют с дополнительной короткозамкнутой обмоткой, которая пропущена через ферромагнитные сердечники и включена встречно указанной короткозамкнутой обмотке.

На фиг. 1 представлена электрическая схема включения многоканального разрядника; на фиг. 2 - временные эпюры напряжения на формирующей инии (кривая А), напряжения на пусковом конденсаторе (кривая Б), напряжения на поджигающем электроде (кривая В) и напряжения на накопительном конденсаторе (кривая Г).

Разрядник содержит (фиг. 1) сплошной электрод 1, вспомогательные электроды 2, соединенные со сплошным электродом 1 проводниками, охваченными ферромагнитными сердечниками 3 с двумя короткозамкнутыми встречно включенными обмотками 4, и электод 5 с отверстиями с поджигающими электродами 6, выступающими над поверхностью электрода 5 на величийу д, равную или меньшую величины зазора между электродами 5 и 6. Каждый оджигающий электрод 6 соединен с электродом 5 с помощью последовательно включенных пускового конденсатора 7 и общего коммутатора 8. К электродам 1 и 5 подключена вторичная обмотка 9 импульсного трансформатора, промежуточные выводы которой соединены соответственно через резисторы 10 с поджигающими электродами 6 и через катушку индуктивности 11к общей точке соединения пусковых конденсаторов 7 и коммутатора 8. Первичная обмотка 12 импульсного трансформатора подключена к источнику питания, содержащему накопительный

C конденсатор 13, тиристор 14, дроссель 15 и источник постоянного напряжения (на чертеже не показан); па- . . раллельно вторичной обмотке 9 импульсного трансформатора включены

0 последовательно соединенные формирующая линия 16 и нагрузка 17.

Конструктивно многоканальный разрядник выполнен симметрично относительно выводов, формирующей-линии 16

5 и нагрузки 17 с расположением искровых промежутков между электродами 2 и 5 по окружности. При этом электрод 1 совмещается с потенциальным электродом коаксиальной формирующей

0 линии типа блюмляйн Такое выполнение конструкции разрядника обеспечивает наименьшую индуктивность, и пригодность его для коммутации токов мегаамперного диапазона при наносекундной длительности времени срабатывания.

Разрядник работает следующим образом.

В исходном состоянии накопительный

Q конденсатор 13 заряжен от источника постоянного напряжения до требуемого напряжения U. При подаче управляющего импульса на тиристор 14 накопительный конденсатор 13 начинает

е разряжаться в колебательном режиме через первичную обмотку 12 импульсного трансформатора (см.фиг.2, криваяГ). Индуцируемая во вторичной обмотке 9 Импульсного трансформатора

Q электродвижущая сила (ЭДС) заряжает формирующую линию 16 и пусковые конденсаторы 7. При этом на поджигающие электроды 6 подается напряжение той же полярности и формы, но мень- шей амплитуды, что и на вспомогательные электроды 2. Это позволяет уменьшить искажение электрического поля у электрода 5, вызванное введением поджигающих электродов 6 в

искровые промежутки, и повысить напряженность электрического поля в зазорах искровых промежутков. Величины сопротивлений резисторов 10 и индуктивность катушки 11 выбираются, исходя из условия ограничения тока трансформатора при последующем замыкании коммутатора 8, и достаточно малы, что позволяет заряжать конденсаторы 7 практически без потерь энергии в зарядной цепи, так как ток их зарядки близок к синусоидальной форме.

В момент времени t, напряжение на формирующей линии 16 (фиг. 2, кривая

A)достигает значения U. что достаточно для пробоя искровых промежутков между электродами 2 и 6 в том случае, если бы электроды6 имели

.потенциал электрода 5. При наличии потенциала на поджигающих электродах 6 формирующая линия 16 заряжается до напряжения, близкого к U и ограниченного прочностью искровых промежутков между электродами 2 и 6 в данных условиях изменения напряжения на них. В момент времени t замыкается коммутатор 8 и напряжение пусковых конденсаторов 7 (фиг,2, кривая В) прикладывается к зазорам между поджигающими электродами 6 и электродом 5. Напряжение U, на формирующей линии 16 (фиг. 2, кривая А) в этот момент близко к максимальному напряжению U , а напряжение на подfT

жигающем электроде (фиг. 2, кривая

B)достигает значения U. При этом напряжение на поджигающих электродах 6 резко снижается, изменяет знак и стремится достичь величины напряжения на конденсаторах 7. Это вызывает развитие искры между поджигающими электродами 6 и вспомогательными электродами 2,. При достижении напряжения пробоя на зазорах между элект- 45 родами б и электродом 5 происходит дополнительная подсветка развивающегося искрового канала между поджигаю1цими 6 и вспомогательными 2 электродами. Такие условия поджига сохраняются в интервале времени t,-t при соответствующем соотношении величин & , и , и для заданной длины искрового промежутка и позволяют иметь гарантированную зону регулирования момента поджига искровых каналов. Поскольку в рассматриваемом разряднике пробой канала начинается и

может произойти еще до смены знака напряжения на поджигающем электроде 6, то для подсветки искрового промежутка требуется значительно меньшая энергия, а следовательно, существенно проще обеспечить короткий фронт пускового импульса на электрод 6.

Если пробой между электродами 2 и 5 происходит одновременно и ток в

искровых промежутках равный, то в короткозамкнутых обмотках 4 устанавливается ток, равный току одного искрового канала, и ферромагнитные сердечники 3 перемагничиваются под

действием напряжения, равного падению напряжения на короткозамкнутой обмотке, распределенному на все сердечники, и собственная индуктивгность системы мала. По окончании импульса

тока ток в короткозамкнутых обмотках 4 затухает и размагничивает сердечники .

В случае, если осуществляется пробой одного или нескольких промежутков, ферромагнитные сердечники 3 и электроды 2 образуют дроссели насыщения и ток в каналах ограничивается величиной тока перемагничивания сердечников. При этом на обмотках 4.

индуцируется ЭДС, которая прикладывается за счет взаимоиндуктивной связи к межэлектродным промежуткам невключенных искровых каналов, препятствуя разряду междуэлектродной

емкости, а при включении больше половины разрядных промежутков дополнительно подзаряжает ее, улучшая при этом условия развития каналов в невключившихся искровых промежутках.

Так, при несрабатывании одного промежутка к нему дополнительно приложена ЭДС обмоток 4, равная сумме двух напряжений, индуцированных перемагничивающимися сердечниками. вызывает его принудительный пробой. До пробоя последнего промежутка ток всех искровых каналов ограничен током перемагничивания сердечников, и, поскольку величина его значительно меньше коммутируемого тока формирукмцей линии 16, к электродам 1 и 5 приложено практически все напряжение формирующей линии А, которое уравновешивается на дросселях насыщения, образованных ферромагнитными сердечниками 3. Аналогично происходит деление тока между каналами. Если ток в отдельных каналах превышает ток, уста71новившийся в обмотке 4, то ферромаг нитные сердечники 3 начинают перемагничиваться, возникает дополнительное индуктивное падение напряже ния, которое препятствует увеличени тока и в то же время индуцируется на вспомогательные электроды 2 с меньшим током, увеличивая ток в них Использование двух встречно включецуалх короткозамкнутых обмоток 4, охватывающих все ферромагнитные сердечники, позволяет получить ток в этих обмотках, который в промежутках между каналами направлен встречно. При выполнении этих участков обмоток в виде линий, например, полоскового типа значительно уменьшается собственная индуктивность обмоток. Кроме того, ток в каждой обмотке становится в два раза меньше, чем в одной обмотке. Это позволяет уменьшить время установления токов в этих обмотках, сумма которых равна току, коммутируемому одним каналом разряд.иика, и тем самым улучшить форму фронта импульса тока в нагрузке 17. 2 В данном многоканальном разряднике заложены все условия для работы в частотном режиме, и он сочетает лучшие свойства разрядников с искажением поля и тригатронного типа, а именно: обеспечивает условия многоканального срабатывания всех искровых промежутков за счет дополнительного перенапряжения как со стороны отрицательного электрода, так и положительного в случае неодновременного срабатывания искровых каналов до их полного включения, обеспечивает подсветку искрового промежутка и обеспечивает плазму вблизи отрицательного электрода; обеспечивает надежное деление тока между отдельными каналами с разбалансом тока в отдельных каналах, ограниченном на уровне тока перемагничивания ферромагнитного сердечника; имеет простую конструкцию и систему синхронизации. Указанные факторы позволяют коммутировать большие импульсные токи с малыми потерями в чдстотном режиме с частотой следования импульг сов тока, ограниченной параметрами газовой среды.

1. Многоканальный разрядник, содержащий противостоящие сплошной электрод и электрод с отверстиями, в которых с эазором установлены поджи1 ающие электроды, подключенные к одним из выводов соответствукицих пусковых конденсаторов, другие выводы которых подключены через общий коммутатор к электроду с отверстиями, вспомогательные электроды, рас- положенные в промежутке между сплошным электродом и электродом с отверстиями напротив поджигающих электродов и электрически соединенные со сплошным электродом с помощью проводников, охваченных ферромагнитными сердечниками, через которые пропущена короткозамкнутая обмотка, резисторы, соединенные каждый одним из выводов с соответствукицим поджигающим электродом, и источник питания, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности многоканального срабатывания, он снабжен импульсным трансформатором, первичная обмотка которого подключена к указанному источнику питания, а вторичная обмотка включена между сплошным электродом и электродом с отверстиями и выполнена с двумя промежуточными выводами, один из которых подключен к другим выводам указанных резисторов, а другой под9 ключен через .дополнительно введенную катушку индуктивности к общей точке соединения указанных пусковых конденсаторов и коммутатора, причем с поджигающие электроды выступают в промежуток между сплошным электродом и электродом с отверстиями на расстояния, равные или меньпше величин зазоров между поджигающими электроСО дами и электродом с отверстиями. . 2. Разрядник по п. 1, о т л и to ;ч а ю щ и и с я тем, что он снабжен 00 дополнительной короткозамкнутой ю обмоткой, которая пропущена через ферромагнитные сердечники и включена встречно указанной короткозамкнутой обмотке.