Способ управления срабатыванием разрядника со скользящим разрядом Советский патент 1993 года по МПК H01T1/20 

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

Цель изобретения упрощение схемы запуска и повышение ее надежности.

Осуществление предлагаемого способа поясняется на чертеже и заключается в следующем. Вначале начинают повышать напряжение (-U3ap) на емкостном накопителе энергии 1, соединенном с высоковольтным электродом 2 разрядника. Присутствие напряжения (-(Jaap) на высоковольтном электроде 2 вызывает интенсивную автоэлектронную эмиссию (при Е 107 В м1), особенно сего

микронеровностей на кромке касания поверхности диэлектрика 3 (Е 109 В ), что порождает в приэлектродной области электронные лавины с большой начальной концентрацией электронов (пе 1012 ... 1013 м ). Эмиттируемые электроны в резконеод- нородном электрическом поле движутся по сложной траектории с переменной крутизной наклона к поверхности диэлектрика 3, зависящей от соотношения нормальной и тангенциальной составляющих этого поля. Входящие в состав воздуха электроотрицательные газы 02, СО, С02 (за счет большого сродства к электрону) способствуют тому, что в поле лавин образуются отрицательные ионы, которые оседают на неполярный диэ00

о

S

с со

лектрик 3 и закрепляются в ловушках или отдают электрон поверхностным состояниям. Таким образом, в результате совместного действия ионного и электронного потоков диэлектрическая подложка 3 вблизи высоковольтного электрода 2 приобретает поверхностный отрицательный заряд и выполняет роль идеального запирающего электрода за счет экранирования поля высоковольтного электрода 2. Известно, что 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 Ui по сравнению с 0Пр, где Unp Епр I - импульсное напряжение пробоя разрядного промежутка длиной I скользящим разрядом,

Для характерных зазоров с см напряженность поля самопробоя составляет величину ЕПр (3 ... 3,5) кВ/см. Так как подложка 3 выполнена в виде неполярной диэлектрической пленки(лавсан, триацетат целлюлозы, полиимидная пленка) с высоким удельным поверхностным сопротивление (р 1012 Ом), то незначительные токи утечек способствуют сохранению поверхностного-отрицательного заряда .вблизи высо- ковольтного электрода 2, формируя идеальный управляющий электрод и повышая величину напряжения самопробоя разрядника Ui Unp (на 10 ... 12 кВ при 9 ).

Установив величину напряжения на высоковольтном электроде 2 равную U Unp + Ди (где Ли 3 ... кВ), освещают на диэлектрике область управляющего электрода излучением 4 импульсного лазера с плотностью энергии в пучке на уровне 0,1 Дж/см2, оказывающим тепловое воздействие на неполярную диэлектрическую пленку и вызывающим частичную десорбцию отрицательных ионов с ее поверхности при достаточно большой длительности импульса излучения г 0,1 мс. Кроме того, полиимидная пленка в условиях работы диэлектрической подложки разрядника при импульсном освещении пучком лазера с плотностью энергии 0,1 Дж/см2 и ,1 мкс приобретает фоторезистивные свойства. Это приводит к кратковременному снятию отрицательного поверхностного заряда из зоны разрядного промежутка между высоковольтным электродом 2 и заземленным электродом 5, соединенным с токопроводя- щей обкладкой б на обратной стороне диэлектрика 3. Таким образом, возникают условия для пробоя разрядника и передачи энергии от накопителя 1 в нагрузку 7, поскольку напряжение самопробоя разрядника понижается до .величины Unp. После пробоя разрядника вновь повышается напряжение самрпробоя, так как на высоковольтном электроде 2 постоянно присутствует высокий потенциал (-U3ap), задающий формирование поверхностного отрицательного управляющего электрода. Дальнейшее повторное освещение области управляющего электрода импульсами лазерного излучения вызывает периодическое

срабатывание разрядника. Таким образом, процесс коммутации происходит с частотой, определяемой частотой следования импульсов лазерного излучения, при этом максимальная частота ограничена временем

восстановления отрицательного поверхностного заряда.Известно, что процессы зарядки подложки не прекращаются и при напряжении Unp. Следовательно, отрицательный потенциальный барьер начинает

восстанавливаться уже в момент возникновения пробоя разрядника за время, определяемое скоростью дрейфа электронов, ионов и длиной пробега зарядов в воздухе. Самоторможение электронных лавин в

близких условиях (см. статью Андреева С. М., Новиковой Г. М. О роли взрывных процессов на катоде при пробеге газозарядного промежутка в условиях высокого перенапряжения//ЖТФ, - 1980. - Т. 50, №

3 - С. 530 - 535) наблюдается на расстоянии 40 мкм от высоковольтного электрода, что при скорости дрейфа электронов Ve (3 ... 6) 10 м/с и ионов Vi 10 м/с дает оценку максимальной величины времени восстановления электрической прочности разрядника на уровне 40 не.

Экспериментальная отработка способа управления срабатыванием разрядника со скользящим разрядом проводилась на диэлектрических пленках типа лавсан, триацетат целлюлозы, полиимидная пленка, толщина которых изменялась от 40 мкм до 175 мкм. Использовались импульсные лазеры с длиной волны 0,69 мкм, 1,06 мкм, 10,6

мкм и длительностью импульса излучения от 30 не до 0,5 мс. При плотности энергии излучения на поверхности пленки 0,1 Дж/см2 управление срабатыванием разрядника происходило с меньшей надежностью,

чем при плотности 0,1 Дж/см2 и выше. Однако при плотности энергии лазерного и злу-, чения 0,1 Дж/см2 в частотном режиме энерговклада на пленке возникали остаточные следы, деструкции диэлектрика.

Использование предлагаемого способа управления срабатыванием разрядника со скользящим разрядом обеспечивает по сравнению с прототипом упрощение схемы запуска и повышение ее надежности, так как отпадает необходимость использования дополнительного источника постоянного напряжения для питания механизма (электродвигателя) перемещения диэлектрика.

Формула изобретения Способ управления срабатыванием разрядника со скользящим разрядом по поверхности неполярного диэлектрика в виде пленки с удельным поверхностным сопротивлением р 10 Ом, на одной стороне

0

которого установлены высоковольтный электрод и заземленный электрод, а на другой стороне которого расположена токопро- водящая обкладка, соединенная с заземленным электродом, включающий создание на поверхности диэлектрика вблизи высоковольтного электрода отрицательного заряда путем подачи на высоковольтный электрод напряжения отрицательной полярности, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения, надежности, указанную область отрицательного заряда на поверхности диэлектрика облучают излучением импульсного лазера с плотностью энергии на поверхности диэлектрика на уровне 0,1 Дж/см .

Способ управления срабатыванием разрядника со скользящим разрядом. Сущность: на поверхности неполярного диэлектрика с удельным поверхностным сопротивлением/ 10 Ом создают отрицательный электрический заряд путем подачи на высоковольтный электрод напряжения отрицательной полярности. Затем область отрицательного заряда облучают излучением импульсного лазера. 1 ил.

V 2 Л

3

И,

I I

V 2 Л

/