Трехэлектродный разрядник Советский патент 1991 года по МПК H01T2/02 

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике, а именно к импуль- сным разрядникам, и может быть использовано для коммутации заряжаемых емкостных накопителей, а также для получения «резанных импульсов высокого напряжения в широком временном диапазоне.

Известны импульсные высоковольтные разрядники, которые выдерживают фронт воздействующего импульса напряжения, а затем срабатывают на плоской части импульса. Такой режим работы характерен для обостряющих разрядников, включаемых между импульсно заряжаемым емкостным накопителем и нагрузкой, а также для срезающих разрядников, срабатывающих в определенный момент времени после начала импульса и шунтирующих нагрузку.

В наносекундном диапазоне времени воздействующего напряжения срабатывание разрядника на плоской части импульса обеспечивается благодаря конечному времени формирования разряда в перенапряженном искровом промежутке,

Однако, когда длительность фронта воздействующего напряжения становится больше времени запаздывания разряда, такой разрядник срабатывает на нарастающем участке импульса напряжений с определенным статистическим разбросом во времени. Это обуславливает нестабильность амплитуды напряжения, а также не позволяет получать срезанные импульсы напряжения прямоугольной формы.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей разряд- ника путем обеспечения требуемой задержки срабатывания.

На фиг. 1 приведена конструктивная схема трехэлектродного разрядника; на фиг. 2 - эквивалентная электрическая схема замещения разрядника; на фиг. 3 - эпюры напряжения на разряднике Ui-2 и его промежутках U1-5 И 1)5-2.

Разрядник содержит основные противостоящие электроды 1 и 2 (фиг. 1), корпус, составленный из двух изоляционных цилиндров 3 и 4, Между изоляционными цилиндрами закреплен поджигающий электрод 5 в виде диска с центральным отверстием. На боковую поверхность цилиндра 3 нанесено покрытие 6 из резистивного материала. Покрытие нанесено на внутреннюю поверхность цилиндра 3, однако тот же эффект

со

С

о

N О 1 О

о

достигается при нанесении покрытия на внешнюю поверхность цилиндра или на обе поверхности одновременно. .

Электрическая схема замещения содержит (фиг, 2) клеммы 7 и 8, к которым подклю- чены основные электроды 1 и 2. Поджигающий электрод 5 делит промежуток между электродами 1 и 2 на два последовательно соединенных искровых промежутка 1-5 и 5-2, параллельно кото- рым подключены конденсаторы 9 и 10, емкости которых Сз и d соответствуют межэлектродным емкостям разрядника. Промежуток 1-5 шунтирован резистором 11, сопротивление которого соответствует сопротивлению покрытия 6.

, Разрядник работает следующим образом.

На фиг. 3 показаны эпюры напряжений для симметрично выполненного разрядни- ка, когда емкости конденсатора 9 и 10 и пробивные напряжения Ui-s и Us-2 промежутков 1-5 и 5-2 равны между собой. При воздействии на разрядник импульса напряжения 1И-2, имеющего крутой передний фронт и плоскую вершину, благодаря конденсаторам 9 и 10 происходит емкостное распределение напряжения по промежуткам 1-5 и 5-2. После окончания нарастания напряжения Ui-2 начинается процесс пере- распределения напряжения по промежуткам 1-5 и 5-2 из-за шунтирующего действия резистора 11. При разряде конденсатора 9 через резистор 11 напряжение Ui-5 экспоненциально убывает, а напряже- ние U&-2 соответственно возрастает, поскольку на плоской части импульса выполняется соотношение Ui-s + U5-2 Ui-a. При достижении напряжением Us-2 значе- ния, равного пробивному напряжению l/5-a промежутка 5-2, происходит его пробой, после чего полное напряжение прикладывается к промежутку 1-5, вызывая его пробой. Таким образом, происходит полное срабатывание разрядника на плоской части им- пульса напряжения.

Как видно из фиг. 3, момент срабатывания разрядника на плоской части импульса tcp определяется фактически временем роста напряжения Us-2 до пробивного напря- жения промежутка 5-2, поскольку после пробоя промежутка 5-2 промежуток 1-5 пробивается, за существенно более короткий промежуток времени, чем tcp. Поэтому момент срабатывания разрядника tcp на плоской части импульса легко регулируется в широких пределах путем изменения величины Uj , например, путем изменения величины давления газа, наполняющего разрядник, при неизменной величине воздействующего напряжения Lh-2. В том случае, если после срабатывания разрядника и разряда емкостного накопителя на нагрузку происходит следующий цикл заряда емкостного накопителя (на разрядник подается следующий импульс напряжения Ui-a), то путем регулировки величины tcp разрядник обеспечивает регулировку частотй следования импульсов fa на нагрузке, поскольку fen «l/tcp. Характерное время перераспределения напряжения по промежуткам разрядника пропорционально произведению С Rn, где С - емкость межэлектродных промежутков и Rn - величина сопротивления полупроводящего покрытия. В реальных конструкциях разрядников величина межэлектродных емкостей С лежит в пределах 10 -10 Ф, что при величине сопротивления полупроводящего покрытия Rn в диапазоне 103 - 10 Ом дает возможность получения величины tcp в широком временном диапазоне - практически от десятков наносекунд до единиц миллисекунд. Нанесение резистивных покрытий на изоляцион- ные конструкции в настоящее время достаточно хорошо отработано.

Таким образом, нанесение резистивно- го покрытия, шунтирующего один из промежутков разрядника, при водит к достижению поставленной цели, а именно обеспечение автоматического срабатывания разрядника на плоской части импульса с заданной временной задержкой в широком временном интервале.

Экспериментальная проверка работоспособности устройства проводилась на симметричном трехэлектродном разряднике с напряжением самопробоя 20 кВ (каждый промежуток имел пробивное напряжение 10 кВ). Резистивное покрытие в разряднике моделировалось подключением параллельно одному из промежутков резистора типа КЭВ, поверхность которого представляет собой полупроводящее покрытие на основе пленки осажденного углерода и двуокиси олова. Межэлектродные емкости имели величину 10 пФ, Разрядник включался между емкостным накопителем емкостью 5 нФ, который импульсно заряжался до напряжения 10-20 кВ за время 100 мкс, и нагрузкой (резисторы ТВО с общим сопротивлением 12 Ом). Разрядник автоматически срабатывал на плоской части импульса при входном напряжении до 20 кВ. Момент срабатывания разрядника на плоской части импульса tcp регулировался путем подключения резисторов КЭВ различных номинальных сопротивлений, а также изменением амплитуды подаваемого на разрядник импульса напряжения при

фиксированной величине сопротивления Rn. Были получены времена задержки срабатывания разрядника tcp от ЮОмксдо 10 мс. Нестабильность времени tcp при фиксированных условиях не превышала 10%. Формула изобретения .Трехэлектродный разрядник, содержащий два основных противостоящих электрода, расположенных внутри заполненного

газом цилиндрического корпуса, выполненного в виде двух соосных изоляционных ци- линдров, разделенных дисковым поджигающим электродом с центральным отверстием, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, на боковую поверхность одного из изоляционных цилиндров корпуса нанесено полупроводящее покрытие.

Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей разрядника путем обеспечения требуемой задержки срабатывания. Разрядник содержит два осносных электрода, расположенных в изоляционном корпусе, выполненном в виде двух цилиндров, разделенных дисковым поджигающим электродом. Один из промежутков между поджигающим и основным электродами шунтирован резистором. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

Фиг 1.

V

9V/: 2

7ГПР. 7fnp

U1-S U$-2

о-5

&ИГ.З

Редактор В.Бугренкова

Составитель В.Гомзин Техред М.Моргентал

Корректор Л.Патай