Управляемый разрядник Советский патент 1992 года по МПК H01J17/44 H01J17/46 

Изобретение относится к сильноточной электронике и может найти применение в мощной импульсной технике для создания генераторов импульсного напряжения, в лазерной, ускорительной технике и др.

Целью изобретения является увеличение ресурса стабильной работы разрядника, повышения частоты срабатывания разрядника.

Управляемый разрядник, состоит из двух основных электродов и поджигающего

электрода, отделенного от одного из основных электродов диэлектрической втулкой. В узел поджигающего электрода введены азимутально расположенные магнитоупругие пластинчатые электроды, кольцевой контактный электрод, шаговый двигатель со штангой, на которой расположен постоянный градиентный магнит, при этом магнитоупругие пластинчатые электроды соединены с n-рабочими элементами поджигающего электрода с одной стороны, а с другой - с

кольцевым контактным электродом. Последний электрически соединен с генератором импульсного напряжения для поджига разрядника, постоянный градиентный магнит на штанге располагается напротив маг- нитоупругого пластинчатого и поджигающего электродов, а основные электроды выполнены коаксиальными. При этом возможно один из основных электродов, не содержащий поджигающий узел, выполнен секцонированным.

Введение в узел поджигающего электрода азимутально расположенных магнито- упругих пластинчатых электродов, управляемых дискретно перемещающимся по азимуту постоянным градиентным магнитом, установленным на штанге, позволяет осуществить зажигание поджигающего разряда дискретно по азимуту путем уменьшения зазора. Это приводит к уменьшению эрозии материала диэлектрической втулки при формировании поджигающего разряда и, следовательно, к увеличению ресурса работы разрядника. Срыв плазменной струи - основного плазменного канала между основными электродами разрядника приводит к сокращению времени восстановления электрической прочности межэлектродного промежутка разрядника, а следовательно, и к увеличению частоты его срабатывания. Перемещение постоянного градиентного магнита на штанге осуществляется при помощи шарового двигателя, работа которого синхронизируется с работой поджигающего узла и самого разрядника.

Выполнение секционированным одного из основных электродов, не содержащих подвигающий узел, приводит к возможности режима работы разрядника - последовательной коммутации.

На фиг.1 показан предлагаемый управляемый разрядник, а также узел I; на фиг 2 - разрез А-А на фиг.1.

Разрядник содержит внешний основной электрод 1, металлическую вставку 2, внутренний основной электрод 3, диэлектрическую втулку 4, рабочий элемент поджигающего электрода 5, магнитоупругий и пластинчатый электрод 6, кольцевой электрод 7, диэлектрическую кольцевую вставку 8, изолятор 9, генератор 10 импульсного напряжения, постоянный градиентный магнит 11, штангу 12, шаговый двигатель 13, блок 14 управления шаговым двигателем блок 15 синхронизации.

Разрядник состоит из основных электродов 1 и 3, отделенных друг от друга изолятором 9 Электроды 1 и 3 могут быть изготовлены из меди, нержавеющей стали и других материалов, а изолятор 9 - из оргстекла, полиэтилена, керамики, капралона и др. Металлические вставки 2 выполняются с резьбой для возможности регулировки межэлектродного зазора основного разрядного

узла. Металлические вставки располагаются напротив поджигающих электродов. При выполнении основного электрода 3 секционированным в каждой секции размещаются металлические вставки 2.

0 Поджигающий узел состоит из набора рабочих элементов поджигающих электродов 5, магнитоупругих и пластинчатых элек- тродов 6 и кольцевого электрода 7. Магнитоупругий пластинчатый электрод 6

5 представляет собой магнитный контакт от герконов. Соединение магнитоупругого пластинчатого электрода б с рабочим элементом поджигающего электрода 5 и кольцевым электродом 7 осуществляется

0 посредством точечной сварки Рабочий элемент поджигающего электрода 5 представляет собой металлический угольник. Эти электроды 5 с магнитоупругими пластинчатыми электродами располагаются напротив

5 отверстий в основном электроде 3. В эти отверстия вставляются диэлектрические втулки 4. Диэлектрические втулки могут быть выполнены из фторопласта, оргстекла, керамики и других материалов.

0 На штанге 12 располагается постоянный градиентный магнит 11, представляющий два постоянных магнита, например, самарий-кобальтовых или бариевых магнитов. Оба магнита намагничены встречно

5 друг другу. Для азимутального перемещения и установки постоянного градиентного магнита 11 напротив рабочего элемента поджигающего электрода 5 и магнитоупругого пластинчатого электрода б применяет0 ся шаговый двигатель типа ЩД-5 или ЩД-4 а блоками 14 управления шаговым двигателем. Синхронизация перемещения постоянного градиентного магнита 11 с поджигом разрядника осуществляется при помощи

5 блока 15 синхронизации. Генератор 10 импульсного напряжения для инициирования зажигания (пробоя) разрядника собран может быть по классическим схемам, например, на основе CR-разряда и др.

0 Разрядник может иметь газовое заполнение, а также возможен вариант вакуумного разрядника. Для получения последовательной коммутации основной электрод 1 выполняется секционированным

5 с диэлектрическими прокладками (позиция с, фиг.2).

Разрядник работает следующим образом.

На электроды 1 и 3 подано напряжение, которое необходимо коммутировать. Например, в схеме RC-генератора с коммутирующим элементом. При этом постоянный градиентный магнит 11 располагается напротив одного из магнитоупругих пластинчатых электродов 6 и рабочего элемента поджигающего электрода 5. В результате действия магнитного поля постоянного градиентного магнита 11 на магнитоупругий пластинчатый электрод б происходит его перемещение и в результате этого рабочий элемент поджигающего электрода 5 приближается к диэлектрической втулке 4, и создаются условия для формирования первичной искры инициирующей разряд в промежутке между основными электродами 1 и 3 при подаче импульса напряжения на кольцевой электрод 7 и основной электрод 3 от генератора 10 импульсного напряжения. После срабатывания разрядника (пробоя между основными электродами 1 и 3) посту- пает от блока 15 синхронизации импульс или серия импульсов в блок 14 управления шаговым двигателем для перемещения в азимутальном направлении постоянного градиентнокниагнита 11. При этом вследст- вие воздействия силы Лоренца со стороны магнитного поля происходит срыв плазменной струи - плазменного канала между основными электродами 1 и 3. В результате происходит изменение проводимости плаз- мы, так как изменяется концентрация ее .заряженных компонент. Это приводит к увеличению сопротивления плазменного канала, что, в конечном итоге,- к уменьшению времени восстановления электрической прочности и. следовательно, к увеличению частоты срабатывания разрядника. Поскольку при помощи шагового двигателя можно фиксированно точно устанавливать перемещение штанги 12 по азимуту, то на- против другого магнитоупругого пластинчатого электрода 6 и рабочего элемента поджигающего электрода 5 устанавливается постоянный градиентный магнит 11. Опять происходит повторение всех пред- ыдущих операций в устройстве: уменьшение зазора между рабочим элементом поджигающего электрода 5 и электродом 3, приводящее к получению условий зажигания первичного инициирующего разряда; последующий пробой газового промежутка между основными электродами разрядника 1 и 3; срыв плазменного канала при переходе постоянного градиентного магнита 11 на другой угол к другому электроду 5.

Таким образом, посредством предлага- емогоспособа управления поочередным перемещением поджигающих электродов осуществляется регулярное агчмутально- дискретное формирование пробоя газового

промежутка между основными электродами 1 иЗ.

Металлическая вставка 2 позволяет регулировать расстояние между основными электродами 1 и 3, что позволяет изменять пороговые условия пробоя газового промежутка между электродами 1 и 3. При получе- нии последовательной коммутации электрод 1 выполняется секционированным, поэтому применение металлических вставок 2 в каждой секции позволяет осуществлять работу разрядника при разных значениях амплитуды напряжения на каждой секци и электрода 1, Блок синхронизации формирует на своем выходе пакет импульсов напряжения или одиночные импульсы, исходя из выбора типа шагового двигателя.

П р и м е р. В установку для генерации сильноточных и ионных пучков входит генератор импульсного напряжения с управляемым разрядником, В известником разряднике используют обычный тригат- ронный разрядник как с диэлектрической втулкой, так и без нее. Напряжение на конденсаторе С 60 -W9 Ф составляет 20-50 кВ. Ресурс стабильной работы тригатронно- го разрядника N 106 включений без диэлектрической вставки и N 105 включений с диэлектрической вставкой из фторопласта. За основной параметр стабильной работы принимают временной разброс срабатывания разрядника (джиггер) г ± 10 не. В случае нестабильной работы разрядника он равен г ± 50 не. В предлагаемом разряднике напряжение на конденсаторе С 60 Ф составляет 20-50 кВ. Электроды 1 и 3 изготовлены из нержавеющей стали 12X18 Н9Т. Металлические вставки 2 изготовлены из нержавеющей стали 12X18f |9T диаметром 10 мм, легко перемещаются при помощи резьбового соединения с электродом 1 и позволяют осуществлять регулировку основного зазора разрядника между электродами 3 и 1.

Изолятор 9 изготовлен из капралона. Диэлектрическую кольцевую вставку 8 и втулку 4 из фторопласта соответственно устанавливают внутрь электрода 3 и в паз этого электрода. Кольцевой электрод 7 из нержавеющей стали посредством точечной сварки имеет соединения с магнитоупруги- ми пластинчатыми электродами 6 и от гер- конов КЭМ. Число этих электродов 6 составляет 12. К этим электродам б точечной сваркой приваривают цилиндри1 еские поджигающие электроды с геометрической формой в виде угольника, которые имеют шляпку в виде диска. В качестве постоянного мз-нита 11 используют самарий-кобальтовый магнит с поперечными размерами 2 х 5 мм и длиной 40 мм. Для управления штангой 12 используют шаговый двигатель ЩД- 5. Электронное оборудование 10, 14, 15 используют стандартное. Диаметр электрода 3 равен 50 мм, а диаметр электрода 1-100 мм. Штангу 12 фиксируют при помощи диэлектрической вставки из фторопласта. Ресурс стабильной работы при 12 поджигающих электродах увеличивает практически в 12 раз. Ресурс работы пропорционален N3 Nc (где N3-число поджигающих электродов, Nc - ресурс стабильной работы разрядника) и составляет (2-12) -106 включений.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет улучшить физические характеристики разрядника, а именно повысить ресурс стабильной его работы.

Исследования повышения частоты срабатывания показали, что в разряднике частота может быть увеличена при указанных параметрах напряжений коммутации до 40 Гц. В известном устройстве частота срабатывания составляет 1 Гц. Таким образом, увеличение частоты срабатывания достигнуто в 40 раз.

Для получения последовательной коммутации электрод 4 выполнен из четырех секций, отделенных одна от другой фторопластовыми прокладками. К каждой секции подключены коаксиальные линии, заряженные до различных напряжений: Ui 5 кВ, U2 Ю кВ, Уз 15 кВ, 20 кВ. В результате срабатывания, управляемого при помощи перемещающихся поджигающих элект-. родов, получены четыре импульса на согласованной нагрузке, смещенных во вре- мени один относительно другого. Смещение во времени определяется условиями запуска разрядника.

Формула изобретения

Управляемый разрядник, „содержащий два основных электрода и поджигающий электрод поверхностного искрового разряда по диэлектрической втулке, отделяющей его от одного из основных электродов, о т личающийся тем, что, с целью повышения ресурса стабильной работы и возможности повышения частоты срабатывания, основные электроды выполнены в виде коаксиальной системы, во внутренней полой части

которой установлен блок поджигающего электрода, выполненного в виде общего кольцевого контактного электрода, соединенного через п магнитоупругих пластинчатых электродов соответственно с п - числом

азимутально расположенных рабочих элементов поджигающего электрода, размещенных соответственно напротив отверстий во внутреннем основном электроде и магнитосвязанных с постоянным гра0 диентом магнитом, укрепленном на введенной по оси системы Г-образной штанге, выполненной с возможностью ша- гогозого перемещения по окружности.

Изобретение относится к сильноточной электронике и может найти применение в высоковольтной импульсной технике, ускорительной, лазерной технике и др. Сущность изобретения: в управляемый разрядник, состоящий из двух основных электродов и поджигающего электрода, отделенного от одного из основных электродов диэлектрической втулкой, введены азимутально расположенные магнитоупру- гие пластинчатые электроды, кольцевой контактный электрод, шаговый двигатель со штангой, на которой расположен постоянный градиентный магнит. При этом магнито- упругие пластинчатые электроды соединены с поджигающим электродом с одной стороны, а с другой - с кольцевым контактным электродом, который электрически соединен с генератором импульсного напряжения для поджига разрядника, постоянный градиентный магнит на штанге располагается напротив магнитоупругого пластинчатого и поджигающего электродов, а основные электроды выполнены коаксиальными. Для получения последовательной коммутации в разряднике один из основных электродов, не содержащий поджигающий узел, выполнен секционированным. Решение дает улучшение физических характеристик разрядника: увеличение ресурса стабильной работы разрядника, повышение частоты срабатывания разрядника; расширение функциональных возможностей разрядника - получение последовательной коммутации. 2 ил. У Ё VI Ю ю ь о

п