РАЗРЯДНИК СО СКОЛЬЗЯЩИМ РАЗРЯДОМ Советский патент 1995 года по МПК H01J1/30 H01J17/00 

Изобретение относится к сильноточной электронике. Оно может найти применение в импульсной высоковольтной и ускорительной технике.

Целью изобретения является улучшение коммутационных характеристик разрядника.

На фиг. 1 схематично показан разрядник со скользящим разрядом; на фиг.2 приведены обозначения величин, определяющих выбор толщины диэлектрической прослойки.

Разрядник содержит основные плоские электроды 1 и 2; диэлектрическую пластину 3, управляющий полосковый электрод 4 и обратный токопровод 5.

На диэлектрической пластине 3 противоположно располагаются основные электроды 1 и 2. Один из основных электродов, например 2, выполнен с обратным токопроводом 5. Под одним из них в диэлектрической пластине 3 располагается полосковый управляющий электрод 4. Диэлектрическая пластина 3 может быть выполнена из полиэтилена, фторопласта, лавсана, оргстекла и др. материалов. Управляющий электрод 4 устанавливается в диэлектрической пластине 3. При этом возможно несколько вариантов выполнения узла предварительного зажигания разряда: управляющий электрод диэлектрик основной электрод. Основной электрод может быть плоским на конце, иметь цилиндрическую накладку, металлическую сетку. Между основным электродом и поджигающим электродом диэлектрик может быть выполнен в виде как цельного куска диэлектрической пластины 3, так и диэлектрической вставки в диэлектрическую пластину 3. При этом управляющий электрод может быть выполнен в виде тонкой металлической пластины (полоски) или металлизированного слоя, нанесенного на поверхность диэлектрической вставки, а также на основе одного из слоев фольгированного стеклотекстолита, фторопласта, алюминизированного лавсана. В случае выполнения диэлектрической пластины в виде сэндвича управляющий электрод 4 выполнен в виде полоскового слоя алюминия на лавсане, в котором остальная часть слоя алюминия стравлена. Разрядник может быть помещен в газовую или в вакуумную камеры.

Устройство работает следующим образом.

При подключении разрядника к разрядной цепи (формирующая линия, емкостный накопитель энергии и пр.) в качестве коммутатора для его срабатывания поступает на управляющий электрод импульс напряжения. При этом формируется незавершенный разряд по поверхности диэлектрической пластины 3 между основным электродом 2. Сформированный разряд представляет собой первичную головную лавину скользящего разряда между основными электродами 1 и 2. За счет того, что разрядные токи в незавершенном разряде шунтируются емкостными токами между основным электродом 2 и управляющим электродом 4, формируемая плазма достаточно однородная по всей ширине электрода 2. Первичная лавина распространяется в сторону другого основного электрода 1. При достижении лавиной разряда основного электрода 2 происходит коммутация основных электродов 1 и 2. Так как первичный разряд формируется по всей ширине основного электрода 2, то отсюда следует, что энергия в разрядном контуре выделяется равномерно по ширине канала, что позволяет уменьшить эрозию диэлектрической пластины 3, уменьшается индуктивность разрядного контура по сравнению с прототипом.

Для определения условий зажигания незавершенного разряда по поверхности диэлектрика (диэлектрической пластины 3) между основным электродом 2 и управляющим электродом 4 необходимо рассмотреть распределение напряженности электрического поля в поджигающем узле
E₁ (1)
E₂ (2) где Е₁ напряженность электрического поля в самой диэлектрической пластине 3 над управляющим электродом 4, В/м;
Е₂ напряженность электрического поля в воздушном промежутке между диэлектрической пластиной 3 и основным электродом 2, В/м;
К_Е коэффициент усиления электрического поля, обусловленный геометрией концевой части основного электрода, расположенного над управляющим электродом 4;
ε₁, h₁ диэлектрическая проницаемость и толщина диэлектрической пластины 3 (диэлектрической вставки) над управляющим электродом 4, h₁ м;
ε₂, h₂ диэлектрическая проницаемость и величина воздушного зазора между диэлектрической пластиной 3 и концом электрода 2, ε₂ 1, h м, h₂ определяется технологическим прижимом, поэтому h₂ ≈ 0,1 мм 10^-4 м;
U напряжение на поджигающем узле, В.

На фиг.2 приведено графическое распределение Е₁, Е₂ в соответствии с геометрией поджигающего узла.

Из (1) и (2) видно, что Е₂ определяет условия зажигания незавершенного разряда по поверхности диэлектрика под концом основного электрода 2, являющегося поджигающим разрядом основного скользящего разряда по поверхности диэлектрика между основными электродами. Таким образом это условие имеет вид:
E₂ ≥ E_пор (3) где Е_пор пороговая напряженность электрического поля зажигания незавершенного разряда;
Е_пор определялось экспериментально при запитке поджигающего узла генератором импульсного напряжения при К_E= 1 (электрод 2 на конце выполнялся плоским с большим радиусом кривизны). В случае положительной полярности напряжения на основном электроде 2Е_пор⁺ линейно возрастают на порядок по отношению к зависимости для отрицательной полярности напряжения на основном электроде. Аналитическая зависимость Е_пор от давления остаточного газа Р имеет вид:
Е_пор^- К₁К₂Р, В/м
1˙0,55˙10¹² ˙Р, В/м, (4) где К₁ коэффициент сорта газа, для воздуха К₁ 1, азота К₁ 1,1, для элегаза К₁ 1,5 ˙К₁ принимаем равным К₁ 1;
Р давление газа в разряднике, Па;
К₂ коэффициент пропорциональности размерности физических величин, К₂ 0,55˙ 10¹³ Р, В/м ˙Па. Для положительной поляpности напряжения на основном электроде формула (4) принимает вид:
Е_пор⁺ К₁К₂Р, В/м 5,5 ˙10¹² Р, В/м (5) Подставляя в условие (3) значения Е_пор^± из (4) и (5), получаем общее условие формирования поджигающего разряда незавершенного разряда по поверхности диэлектрика:
E₂ ≥ E-п

_ор=0,55·10¹² P, B/м (6)
E₂ ≥ E+п_ор=5,5·10¹² P, B/м (7) Из (6) и (7) определим условие выбора толщины диэлектрической прослойки h_e между управляющим электродом 4 и основным электродом 2:
≥ E±п_ор
K_E U^± ε₁≥E_пор^± (10^-4 ε₁-h₁)
K_E U^±-10^-4 ε E_пор^±≥E_пор^±˙h₁ (8)

10 ≥ h₁ где Е_пор^- 0,55 ˙10¹² Р, В/м;
Е_пор⁺ 5,5 ˙10¹² Р, В/м; С другой стороны толщина h₁ определяется электрической прочностью диэлектрика Е_пр. Для этого необходимо выполнить условие:
< E_пр (9)
Из него определим условие выбора h1:
U<E_пр [10^-4 ε₁+h]10^-4 ε
E_пр + h₁E_пр'
h₁ > 10^-4ε₁ (10)
Тогда, объединив условия (8), (10), получаем общее условие выбора толщины h₁ диэлектрической прослойки:
10 м ≥ h₁> 10, м (11) где E_пор^±- пороговая напряженность электрического поля соответственно для положительной и отрицательной полярности напряжения U^±.

Введение управляющего электрода в диэлектрическую пластину под один из основных электродов позволяет, по сравнению с прототипом, преобразовать поджигающий разряд узел. При этом такое выполнение управляющего электрода позволяет формировать предварительный разряд, формирующий скользящий разряд между двумя основными электродами по поверхности диэлектрика. За счет того, что разрядные токи шунтируются емкостными токами, это приводит к однородному формированию первичного разряда по всей ширине основного электрода. Условие выбора толщины диэлектрической прослойки необходимо для подбора параметров элементов разрядника. В совокупности этих признаков в предложенном разряднике улучшаются коммутационные характеристики уменьшение времени коммутации, уменьшение индуктивности разрядной цепи разрядника, уменьшение энергии поджигающего импульса напряжения.

Изобретение относится к электронной технике. Цель изобретения улучшение коммутационных характеристик разрядника. Управляющий полосковый электрод устанавливается внутри диэлектрической пластины под рабочим электродом. Для выбора глубины расположения дается математическое выражение. Для положительной полярности напряжения на управляющем электроде пороговая напряженность электрического поля в промежутке между диэлектрической пластиной и основным электродом равна 5,5·10¹²·P, В/м, а для отрицательной 0,55·10¹²·P, В/м, где Р давление газа в разряднике, Па. В предложенном разряднике уменьшается время коммутации, уменьшается индуктивность разрядной цепи, энергия поджигаемого импульса напряжения. 2 ил.

РАЗРЯДНИК СО СКОЛЬЗЯЩИМ РАЗРЯДОМ, содержащий два основных плоских электрода, расположенных на противоположных сторонах диэлектрической пластины, и управляющий полосковый электрод, отличающийся тем, что, с целью улучшения коммутационных характеристик разрядника, управляющий полосковый электрод установлен внутри диэлектрической пластины на глубине h₁, выбираемой из выражения

где U^± напряжение на управляющем электроде, В;
ε₁ диэлектрическая проницаемость пластины;
E_пр электрическая прочность пластины, В/м;
K_E коэффициент усиления электрического поля;
E±п

_ор пороговая напряженность электрического поля в промежутке между диэлектрической пластиной и основным электродом,
причем для положительной полярности напряжения U⁺ на управляющем электроде -E+п_ор= 5,5·10¹²·P, B/м, а для отрицательной полярности напряжения U^- на управляющем электроде E-п_ор= 0,55·10¹²·P, B/м, где P давление газа в разряднике, Па.