Трехэлектродный разрядник Советский патент 1978 года по МПК H01T3/00 

Изобретение относится к сильноточным гямпульспым газоразрядным унравляемым коммутационным устройствам тригатронного типа. Такие разрядники используются в высоковольтных цепях лля форЛ:о1рова}г,я } мпульсов тока ИЛ|И напряжения, в частности в генераторах умножения напряжения но методу Маркса, для коммутации н.изкоимаедансных емкостных накоиителей.

Извест 1Ы управляемые разрядники-трнгатроны, соаержаи,пе два основных электрода и один управляюн1,ий в виде стержня, размещенный соосно в отверстии одного из основных электродов 1 .

Для ускорения срабатывания разрядник наполняют сжатым газом (воздухом или азотом), что позволяет уменьшить длину разрядного прО.межутка между основными электродами и увеличить напряженность электрического поля в промежутке. Минимальный зазор между управляющим и охватывающим его основньгм электродами выполняют как можно ближе к верщине управляюп;его электрода.

Недостатками .известных трехэлектродных разрядников являются 1евысокое быстродей.ствие и .низкая стабильность управляемых включений.

Ближайшее техническое рещени.е к пред.тожениому - трехэлектродный разрядник

трИгатронного тлна, )1аполненный электроотр.пцательным газом, например элегазом, содержащий два основных электрода и стсржнезой управляюн1,ий электрод, размеп1ени п соосно в отверстии охватывающего его основного электрода 2. В этом разряднике уппавляюн1ий и охватызаюиип его основной электроды поддерживаются под положительным относительно второго основного электрода потенциалом. В результате повыщается электропрочность тригатрона и одновременно уменьшается время задержки его срабатывания при подаче на управляюпип электрод и.мпульса напряжения положительной полярности с крутым перед П1м фронтом.

Недостаткам;. известного разрядника являются высокая эрозия кромок управляюид,его электрода и связанное с эгим уменьшение ресурса и стабильно.сти включений.

Цель изобретения - увеличение ресурса и повышение стабильности включений разрядника.

Эта цель дост; гается тем, что канал охватывающего основного электрода выполнен с уширением в сторону разрядного иром ежутка, а на торцовой и боковой, в области максимального суже:1ия канала, поверхностях управляющего электрода выполнены углубления.

Изобретение поясняется чертежом.

Упразляющ.ий электрод / размеще соосио с основными электродами 2 я 3, причем тор;Цовая поверхность 4 управляюпдего электрода находится заподлицо с внешней поверхностью электрода 2. На торцовой и боковой, в месте М1инимального зазора между электродами 1 и 2, поверхностях электрода / выполнены кольцевые пазы, а острые кромки на электроде 2 скруглены. Электро,д 3 имеет полусферическую форму с плоской частью 5 против тОрца управляющего электрода. Электроды размещены в €реде сильноэлектроотр1Ицагсльного iraaa, например элегаза.

Устройство работает следующим образом.

При выбранной полярности потенцлалоз электродов напряжени1е U „ .неуправЛЯемого пробоя тригатрона выше, чем при о,братной лоляриости лри прочих равных условиях. Связано это ,с тем, что на.ходящийся иод отрицательным потенциалом электрод 3, являющийся катодом, имеет более гладкую поверхность, чем электроды / ,и 2, поэтому усиление электрического поля на макронеодноро.дностях его поверхности м-еньше. Для эмиссии, например автоэмиссии, с поверхности электрода 3 электронов, которые могли бы инициировать пробой, необходимо пр.и даииой геометрки электродов тригатроиа и данном давлен ии и роде газа создать разность потенциалов электродов 2 и 3 больщую, чем при положительной полярности электрода 3. Отсюда следует, что 1нри выбранной лолярности потенциалов электродов aainac электролрочности разрядника /С выше лр.и прочих равных условиях. Кроме того, при давно,м L,, такая полярность электродов позволяет около вершинь электрода ,1 создать между электрода-МИ / л 2, образующими составной анод, больщий зазор.

Оптимальны.ми относительно максимальной электрической прочности являются такая зелячила зазора между электродами I и 2 и такая их геометр.ия, при которых инициирование разряда равновероятио как с электродов / л 2, так и с электрода 3.

Кроме повышенной электропрОЧ«01Сти, разрядник ири указанной полярности лотенщлалов электродов .и 1пр,и лодаче на электрод / и.М1пульса управляюшего напряжения положителБиой лолярлости с крутым передним фронтом (дл1ите тьность импульса меньше времени пролета иона) характеризуется мень. Ш.ИМ временем задержки л более высокой стабильностью срабатывания. Это связано с тем, что при подаче на электрод I управляющего им;пульса положительной поляр1ност.и по доСБижени.и критлческои для начала разряда иалряженност ; поля образующ1иеся вблизи кромок кольцевых дрогоч ек электроны инициируют катодонаправлениый стример, двлжущийоя К электроду 3 л 1пере1ходящ,ий в разрядный канал.

Так как развитие разряда наиболее вероятно с мест максимальной напряженности электрического поля, то наличие на то1р:цовой поверх ностп управляющего электрода

проточек с острыми кромкам.и, имеющими большую общую дллну, способствует их меньшему «затуплению с числом включений тригатрола и повышает ресурс его стабильных запусков.

Макронеоднородности поэерхности управ, ляющего электрода могут быть образованы и друпими способами, например насечкой, а выступы и углубления иметь различную форму. Особенно эффективнь пазы, есл.и их ширина и -глубина сравнимы с ш:лриной и глубиной кольцевого зазора между электродами -/ и 2 около вершл лы электрода L Наличие подобных пазоз на цилиндрической поверхности электрода 1 в окрестности млиималыно.. го кольцевого зазора между электрода ми / и 2 также способствует повышению стабильности задержки пробоя этого зазора з течение большего ч.нсла рабочих циклов, и в итоге также стабилизирует временные характеристики тр.игатрона. Кроме перечисленного, разнесение (по сравнению с аналОГами и с прототипом) по поверхности электрода / «точек солрикос(иовен1ия с ним каналов разрядов с электродов 2, 3 прлводит к меньше.му разогреву и эрозии электрода /, меньшему запылению частичками металла изоляторов Tpfiгатрона, что в совокупности также увеличивает долговечность разрядника.

Оптимальными относительно минимального расстояния между электродом 3 и находящимися под общим положительным потенциалом электродами / л 2 при даином давлени) газа и данной величине U являются такие геометрические параметры кромок на электроде 3 и кро.мок пазов на поверхности 4, при которых инициирование неуправляемого пробоя равновероятно как с ловерхности электрода 3, так 1И с поверхности 4.

Были проведены ислытания макета разрядника с электродами, выполненными аналагично показанным на чертеже. Расстоякие между |Электродами .2 н 3 составляло 7 мм, диаметр электрода 17 мм, величина кольцевого зазора около вершины управляющего электрода и минимального зазора составляла соответственно 4 и 2 мм. Разрядник валолнялся смесью элегаза (30%) с азотом (70%) и ком.мутировал конденсатор ИК-100-нО,4У4 (100 кВ; 0,4 мкФ), заряжаемый до 100 кВ (запасаемая энергия 2 кДж). На электрод / подавался импульс напряжения лоложительной лолярности (амллитудой около 40 кВ и с длительностью переднего франта около 13 нсек.

Испытания локазали, что лри рабочем налряжении U 100 -кВ разброс времени задержки сра.батывания тригатрона не превышает ± 5 нсек в диапазоне изменения давления от соответствующего неуправляемому пробою при и 100 кВ (давление равно 3 ат, запас /С 0%) до максимального 12 ат, выше которого разброс становился больше указанного, а залас электропрочности при 12 ат составлял 110% (давление 12 аг соответствовало напряжению неуправляемого Про.боя 0„ 210 кВ}. В течение цикла (2000 последовательных запусков тригатрона с частотой 2 раза в минуту) дри К 100% тригатрон стабильно включался с разбросом времени задержки не .более + 5 нсек. Выступание на 0,15 мм в разрядный промежуток торцовой поверхности управляющего электрода / относительно поверхности электрода 2 или, наОборот, заглубление ее на такую же величину ие изменяли пусковых характеристик тригатрона.

Таким образом, изобретен1ие о беспечивает увеличение ресурса и повышение стабильности .срабатывания.

Особый интерес представляют предложенные :разрядник;И в случаях, копда необходимо коммутировать сильноточные (50 кА) цепи с большой запасаемой энергией ( 10 кДж.

Формула изобретения Трехэлектродный разрядииК тригатронного тина, наполненный эле-к;троот;рицательным газом, на-пример элегазом, содержащий дза основных электрода и стержневой управляющий электрод, размещенный соосно в отверстии охватывающего его основного электрода, о т л .и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью увеличеви,я ресурса и повышения стабильности включений разрядн-ика, канал охватывающего основного электрода выполнен с ушо1рением в сторону разрядного промежутка, а на торцовой и боковой, з области максимального сужения канала, поверхностях управляющего электрода выполНдны углубления.

Источ.нии информации, принятые во внима ние при экспертизе:

1.«Техника больщи.с имлульсных токов и магнитных полей, -под ред. В. С. Комелькова,

М., Атомиздат, 1970, с. 194.

2.Markins D. «JEE Trans, v. К-S--18, 4, 1971, p. 296.