Способ управления срабатыванием разрядника со скользящим разрядом и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК H01T1/00 

Изобретение относится к электроразрядной технике и может быть использовано при создании систем коммутации емкостных накопителей энергии в различных электрофизических установках с частотным режимом работы.

Известен способ управления срабатыванием разрядника со скользящим разрядом по поверхности диэлектрика с удельным поверхностным сопротивлением р 1012 Ом, на одной стороне которого установлены высоковольтный и заземленный электроды, а на другой стороне расположен токопроводящий элемент, соединенный с заземленным электродом, и включающий создание на поверхности диэлектрика отрицательного заряда путем подачи напряжения на электроды.

Недостаток известного способа заключается в сложности управления срабатыванием и низкой частоте коммутации из-за необходимости использования нескольких дополнительных коммутирующих элементов, формирующих импульсное напряжение на высоковольтном электроде Указанные

элементы имеют низкую надежность, малый ресурс в частотном режиме работы, требуют индивидуальной регулировки и усложняют управление срабатыванием разрядника.

Известно устройство для управления срабатыванием разрядника со скользящим разрядом по поверхности диэлектрика с удельным поверхностным сопротивлением р 10 Ом, содержащее высоковольтный и заземленный электроды, установленные на одной стороне диэлектрика, на другой стороне которого расположен токопроводяи ий олемент. соединенный с заземленным электродом.

Недостаток известного устройства заключается в отсутствии системы охлаждения поверхности диэлектрика, контактирующей с плазмой разряда. Поэтому известное устройство имеет ограниченный ресурс работы в частотном режиме, что связано с характером воздействия высокоинтенсивного излучения плазмы скользящего разряда, которое вызывает процесс развитого повер постного испарения диэлектрика.

(Л

Ч|

CJ

ел ю ел о

Цель изобретения - упрощение управления срабатыванием, повышение частоты коммутации и ресурса работы.

Поставленная цель достигается тем, что в способе управления срабатыванием разрядника со скользящим разрядом по поверхности диэлектрика с удельным поверхностным сопротивлением р 1012 Ом, на одной стороне которого установлены высоковольтный и заземленный электроды, а на другой стороне расположен токопрово- дящий элемент, соединенный с заземленным электродом, и включающем создание на поверхности диэлектрика отрицательного заряда путем подачи напряжения на электроды, указанный диэлектрик выполняют в виде неполярной замкнутой пленки, а после подачи напряжения отрицательной полярности на высоковольтный электрод и образования вблизи него указанного отрицательного поверхностного заряда протягивают диэлектрик в направлении к высоковольтному электроду.

В устройстве для осуществления предлагаемого способа, содержащем высоковольный и заземленый электроды, установленные на одной стороне диэлектрика, на другой стороне которого расположен токопроводящий элемент, соединенный с заземленным электродом, указанный элемент выполнен в виде металлического цилиндра,установленного с возможностью вращения вокруг своей оси, а указанный диэлектрик выполнен в виде неполярной замкнутой пленки, расположенной на внешней поверхности металлического цилиндра.

На фиг. схематически изображено устройство для осуществления предлагаемого способа.

Устройство состоит из металлического цилиндра 1 с укрепленной на его внешней поверхности диэлектрической пленкой 2, На поверхности диэлектрика 2 размещены высоковольтный электрод 3 (кромка касания А) и заземленный электрод 4 (кромка касания Б). Высоковольтный электрод 3 соединен с емкостным накопителем энергии 5 и с источником зарядного напряжения Uaap. Заземленный электрод 4 подключен к нагрузке 6, соединенной заземленной ламелью 7, которая касается внутренней поверхности цилиндра 1. Для вращения цилиндра 1 служит электродвигатель 8 с регулируемым напряжением питания.

Осуществление предлагаемого способа и работа соответствующего устройства заключается в следующем.

Перед включением электродвигателя 8 (металлический цилиндр 1 неподвижен) начинают повышать величину зарядного напряжения Uaap на емкостном накопителе

энергии 5. Присутствие напряжения U3ap на высоковольтном электроде 3 вызывает интенсивную автоэлектронную эмиссию (при Е 107 В ), особенно с его микронеровностей на кромке А (Е 109 В- ), что

порождает в приэлектродной области отрицательную корону с большой начальной концентрацией электронов. Змиттируемые электроны врезконеоднородном электрическом поле движутся по сложной траектории

с переменной крутизной наклона к поверхности диэлектрика 2, зависящей от соотношения нормальной и тангенциальной составляющих этого поля. Входящие в состав воздуха электроотрицательные газы

Оа, СО, СОг (за счет большого сродства к электрону) способствуют тому, что в поле короны образуются в основном отрицательные ионы, которые оседают на неполярный диэлектрик 2 и закрепляются в ловушках

или отдают электрон поверхностным состояниям. Таким образом, в результате совместного действия ионного и электронного потоков диэлектрик 2 вблизи высоковольтного электрода 3 приобретает поверхностный отрицательный заряд и выполняет роль идеального запирающего электрода за счет экранирования поля высоковольтного электрода 3. Уменьшение числа свободных электронов и появление вместо них

отрицательных ионов тормозит нарастание ионизационных токов, затрудняет формирование электрического разряда и приводит к повышению напряжения самопробоя разрядного промежутка lh no сравнению с 1)Пр, где

Unp Enpl - статическое напряжение пробоя разрядного промежутка скользящим разрядом для зазоров, характерных для разрядников с 12 см, Епр (3,0 - 3,5) кВ/см. Поскольку диэлектрик 2 выполнен в виде

неполярной пленки (лавсан, триацетат целлюлозы, полиимидная пленка) с высоким удельным поверхностным сопротивлением ( р 10 Ом), она из-за незначительных токов утечек способствует сохранению поверхностного отрицательного заряда вблизи высоковольтного электрода 3, формируя идеальный управляющий электрод и повышая величину напряжения самопробоя разрядника Ui Unp (на 10-12 кВ при I 9- м).

Характерной особенностью является реализация процессов на высоковольтном электроде в ряде устойчивой последовательности импульсов Тричелла, характерных для отрицательной короны в воздухе.

Установив величину зарядного напряжения на емкостном накопителе энергии 5 в диапазоне Unp I- U3apl Ui, включают электродвигатель 8, который начинает вращать металлический цилиндр 1 с укрепленной на его внешней поверхности диэлектрической пленкой 2. Перемещение диэлектрика на длину идеального поверхностного электрода приводит к кратковременному уносу отрицательного поверхностного заряда из зоны разрядного промежутка и возникновению условий для пробоя разрядника. После пробоя разрядника вновь повышается напряжение самопробоя, так как на высоковольтном электроде 3 постоянно присутствует высокий потенциал-и3ар, задающий формирование поверхностного отрицательного управляющего электрода. Дальнейшее перемещение диэлектрика 2 вновь вызывает срабатывает разрядника.

Таким образом, процесс коммутации происходит с частотой, определяемой соотношением между скоростью перемещения диэлектрической пленки 2 и целой группой параметров (длиной межэлектродного зазора I, мощностью источника зарядного напряжения - U3ap, производительностью процессов автоэлектронной эмиссии, объемных механизмов создания отрицательных ионов и осаждения их на диэлектрик, частотой следования импульсов зарядки диэлектрика). Характерная длительность импульса пробоя, определяемая запасом энергии в емкостном накопителе 5 и сопротивлением плазменного канала скользящего разряда, составляет VI0 мкс Прекращение импульса пробоя связано с падением напряжения на высоковольтном электроде на величины |- Unp из-за конечной величины мощности зарядного источника. Однако процессы зарядки подложки не прекращаются и при Шост « Unp. Следовательно, отрицательный потенциальный барьер начинает восстанавливаться уже в момент возникновения пробоя разрядника за время, определяемое скоростью дрейфа отрицательных ионов Vn Ю3 м/с. Так как скорость перемещения диэлектрика 2 U« Un, а восстановление напряжения на высоковольтном электроде 3 при мощном зарядном источнике происходит за время порядка 0,5 мс, то отрицательный потенциальный барьер HC диэлектрике 2 растет до полного запирания процессов автоэлектронной эмиссии с рабочей кромки А электрода 3 за время ,5 мс на длине диэлектрика 1 V -т. При этом за счет периодических импульсных процессов развития волн ионизации (импульсы Тричелла) перед

кромкой А высоковольтного электрода 4 почти мгновенно (за - с) формируется зона зарядки диэлектрика 2, протяженность которой зар пропорциональна

напряжению на высоковольтном электроде 3 |- Uaap I и составляет величину L3ap 5 мм при I- U3ap I 6 кВ, 15 мм при l-Uaap l 30 кВ. Время, необходимое для смещения этой зоны под высоковольтный электрод L3ap/V, и время, требуемое на восстановление на высоковольтном электроде 3 напряжения -U3ap, определяют период между импульсами коммутации разрядника. Регулировка частоты коммутации производится изменением скорости вращения металлического цилиндра 1 с диэлектрической пленкой 2, а величина энергии, переданной в нагрузке 6, варьируется изменением зарядного напряжения на емкостном накопителе 5 в диапазоне Unp l-U3ap I Ui.

Использование предлагаемого способа управления срабатыванием разрядника со скользящим разрядом и устройства для его

осуществления обеспечивает по сравнению с прототипом упрощение управления срабатыванием и повышение частоты коммутации, так как отпадает необходимость в сложной схеме управления с несколькими

дополнительными коммутирующими элементами, дополнительно повышается ресурс работы за счет снижения тепловых нагрузок на диэлектрик при его перемещении

Формула изобретения 1, Способ управления срабатыванием разрядника со скользящим разрядом по поверхности диэлектрика с удельным поверхностным сопротивлением р 1012 Ом, на одной стороне которого установлены высоковольтный и заземленный электроды, а на другой стороне которого расположен токо- проводящий элемент, соединенный с заземленным электродом, включающий создание на поверхности диэлектрика отрицательного заряда путем подачи напряжения на электроды, отличающийся тем, что, с целью упрощения, повышения частоты коммутации и ресурса работы, в качестве указанного диэлектрика используют неполярную замкнутую пленку, а после подачи напряжения отрицательной полярности на высоковольтный электрод и образования вблизи него

указанного отрицательного поверхностного заряда, протягивают диэлектрик в направлении к высоковольтному электроду

2 Устройство для управления срабатыванием разрядника со скользящим разрядом по поверхности диэлектрика с удельным поверхностным сопротивлением /9 10120м, содержащее высоковольтный и заземленный электроды, установленные на одной стороне диэлектрика, на другой стороне которого расположен токоподво- дящий элемент, соединенный с заземленным электродом, отличающееся тем,

что токоподводящий элемент выполнен в виде металлического цилиндра, установленного с возможностью вращения вокруг своей оси,а диэлектрик выполнен в виде неполярной замкнутой пленки, расположенной на внешней поверхности указанного металлического цилиндра.

Существо: на электроды, расположенные на поверхности неполярного диэлектрика с удельным поверхностным сопротивлением р 10 Ом подают напряжение и после образования отрицательного поверхностного заряда у высоковольтного электрода диэлектрик протягивают в направлении высоковольтного электрода с помощью металлического цилиндра, соединенного с одним из электродов. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

-и