Электрический управляемый вентиль Советский патент 1975 года по МПК H01J17/30 

Самым распространенным типом электрических вентилей з настоящее время являются вентили с дуговым разрядом. Они работают как нри пониженном давлении (в ртутных парах, в инертных газах), так и при повышенном давлении порядка нескольких атмосфер. Вентили последнего типа проектируются на токи до тысячи ампер и на напряжения в СО.ТНИ тысяч вольт.

Для возбуждения разряда между катодом и анодом дугового вентиля применяются различные методы, цель которых заключается в создании светлого пятна на поверхности катода и установке зон сплошной ионизации (зона сплошной проводимости) между анодом и катодам.

Одним из надежных методов зажигания дуговых вентилей является метод непосредственного пробоя про:межутка между анодом и катодом. То напряжение, при котором такой прямой пробой может произойти, заведомо должно быть больше рабочего напряжения вент,,ля. Работа вентиля будет тем надежнее IH устойчивее, чем выше отношение пробойного напряжения к рабочему. Для надежного зажигания зажигающий имнульс в свою очередь должен значительно превышать пробивное напряжение.

В вентилях, предназначенных для работы в преобразовательных схемах передачи постоянным током при напряжении в 100- 200 кв, пробивное напряжение промежутка между катодом и анодом должно быть порядка 500000 в или даже выше. Величина зажигаюшего импульса должна быть, так1им образом, почти 1 000000 о. Во всех случаях напряжение зажигающего импульса должно в несколько раз превышать рабочее напряжение вентиля.

Предметом настоящего изобретения является новый тип вентиля, в котором зажигание разряда производится прт помощи ультравысокочастотного импульса, возбуждающего высокое напряжеше внутри поЛЬ 69373

лой , в KO;;)pvK) н;5ед,.чЛ главные электроды вентиля и которая образует полый ьолебательный контур.

На фиг. I показан предлагаемый вентиль в разрезе по одному из возможных вариантов; па фиг. 2-диаграмма распределения напряжений и токов в полых камерах для случая, когда камера изолирована от анода п от катода; на фиг. 3 то же для случая, когда электрически соединена с электродами и разряд происходит в ее средней части.

В конструкции по фиг. 1 зажигаюодее напряжение возбуждается в камере Р, которая в дальнейшем будет назняваться «резонансной камерой.

В резонансной камере возбуждаются колебания таким образом, чтобы липни тока были направлены в плоскостях, параллельных оси камеры (меридиональные колебания). Магнитные лее силовые липкий о:бразуют круги, в п.госкостях, перпендикулярных к оси элэк.ТрОхО.ОВ.

На фиг. 1 главные злектрол.ы обозначены буквами Л н /i, а буквой Я обозначена изо.тяция.

Резонансная камера может быть электрически соединена с одним из электродов {|безразлнчно с катодом или анодом). Но можно также изолировать резонансную камеру от обоих электродов.

Высокочастотная зпергн. может быть вве.аена в резонансную камеру разнообразными способами, например при помон1и петли связи.

В тех случаях, когда резонансная камера изолирована от обоих электродов или когда резонансная гкамера соедипена с нз электродов, но петля изолирована от резонансноГг камер1 1, потепциал генератора, выра батывающего ультравысокочастотные нмпульсы, не связан с потенциалом анода вентиля. В установках, где вентили находятся- под высоким нйпряжением относительно земли (в каскадных схемах), можно в фидере, под1юдящем ультравысокую частоту к резонансной камере, сделать ряд изолирующих вставок для напряжен-ия низкой частоты, сквозь которые свободно пройдет паиряжение высокой зажигающей частоты.

На фиг. 1 схематически показана также конс -рукиня ввода, Г1редназначенного для подачн вь сокочастотных напряжений к .мавным электродам дугового вентиля. Ввод этот выполнен в виде коаксиального фидера. Внешняя и внутренняя трубы это1-о фидера не снлопшые, а выполнены из значительного числа изолированных один относительно другого участков, имеющих между собой достаточно большую емкость, а также соответствующую индуктивность, чтобы образовать совокупностью своих L и С компенсированную линию. Высокочастотная энергия свободно проходит через .такой эпергоканал. Для тока же с частотой 50 гц такой канал является разрывом цепи.

В конструкции По фиг. 1 внещнпй и ВНутренний нроводпики фидера выполнены в виде входящих один в другой конических элементов. Применяя полтора.-два десятка таких конусов, находящихся один от другого на расстоянии нескольких сантиметров, можно надежно и-олировать напряжение порядка двух сотен киловольт. Снаружи такой фидер защищается фарфоровой Сболочкой. Внутренние конусы поддерживаются фарфоровым стержнем, в вариантах по фиг. 2 и 3 вдоль камеры укладывается примерно половина длины волны высокочастотного зажигающего импульса. Максимальное напряжение получается между рабочими электродами. Напряжение в месте разреза камеры обратно пропорционально величине емкости в месте разреза. Так как величину этой емкости можно сделать значительно больще емкости между рабочими поверхностями электродов, то и напряжение в месте разреза резонансной камеры может быть сделано значительно меньще напряжения, возникающего между главными электродами

Разрез в кольцевой камере или отверстия для пропуска рабочих электродов можно рассматривать как своеобразные щелевые антенны. В зазоры между резонансной камерой и рабочими электродами может .излучаться электромагнитная энергия. В предлагаемой конструкции площадь этих щелевых антенн значительно меньше квадрата длины электромагнитных волн, применяемых для зажигания и Для иоддержа.иия дуги. Сопротивление излучения этих нгелевых антенн, такн1м образом, нолучается небольшим. Поэтому и величина излученной мои пости незиачительная и никакого вредного эффекта эта мощность принести ле может.

Полная мощность, потребляемая на высокочастотное импульсное зажигание, зависит от декремента затухания колебательного контура, образуемого резонансной камерой и электродами вентиля.

Расчеты величины затухания полых контуров можно найти в многочислеанЕлх работах, посвященных технике ультравысоких частот. Как правило, чем больше отношение объема полого коптура к его поверхности и чем больше абсолютные геометрические по.юго контура, тем меньше его декремент затухания, тем меньшая лющпость нужна для получения требуемого напряжения между рабочим) электродами внутри полого контура.

С увеличением геометрических размеров колебательного контура (при сохранении геометрического подобия) декремент контура уменьшается как корень квадратный из его линейных размеров. Следовательно и мощность, необходимая для нолучения заданного напряжения Между электродами, падает с увеличением размеров колебательного Koirrypa и с удлинением его резонаисиой длины волны.

Резонансное сопротивление покрытого медью полого контура на Б10Л11У в 3-4 м может быть порядка нескольких мегом. Для по.1 чеиня на таком «онтуре нанряжения, например, в 500 кв .юлжна быть затрачена мощность порядка нескольких сотен киловатт. В коротком имнульее такую :Мощность легко получить от суи1сствуюн1нх типов радиолокацнонных установок.

Длительность зажигаюндего импу:гьса не должна быть чрез: 1е шо коротка, ибо необходимо, чтобы в ирострапстве ме:КД электро.:1.сЧ.:иИ установилась достаточно инте 1сивная ионизац1 И. Можно нолагать. что при пробивном напряжении промежутка до миллиона УЗОЛЫ можно будет получать вполне надежную ионизацию п усгойчшюе полл}4; тынан е дуги, затратив в 11оджи аюи 1ем И)Мпуль.се (Ичоло одного .1я.

В каскадных схемах преобразователе ;|,о-:жна быт обесне-юна сплошная проводндюсть всех носледонательио включенных вентилей в течение довольно длител Л1ой част иолуисмпюда iipeo6pa3yeNioro тока. При зажигании острокоиечн,п ;:.1;ульсом 1рсобр;к-и)вательная схема oжeт ие вступить в работу. Для обес1:ечеп я такоС почти целый по, уиериод проводимост между элект юдал дугового вентиля необходимо либо сделать длительный зажигаю Ц й мнульс, либо ио соответствующему энергоканалу к таниьп1 электродал подводить иа 1ряжепие дежурного зажига ия.

После того как произощел пробой :Между гла М1Ыми электродами, полая камера перестает резонатором для тока той часто ы, которая iiOT пробой вызвала.

После пробпя полая камера и закороченные э.1е ;тро;и резонансной системой, имеющей более низку О частоту (большую длин j-so.iHb). Дуга, гопяшая ежду главны и эле -;тродал 1. нриДо 69373