Твердотельный электрический разрядник Советский патент 1980 года по МПК H01H57/00 H05H5/00 

1 . .

Изобретение относится к сильноточной импульсной технике, а конкретно - к твердотельным электрическим разрядникам.

Широко известны управляемые трехэлектродные разрядники ij

Однако эти разрядники имеют ряд существенных недостатков: узкий диапазон рабочих напряжений, большую амплитуду пускового импульса, большую зависимость времени задержки сраба-. тывания и его стабильности от рабочего и пускового напряжений.

Эти недостатк;: устранены в твердотельных разрядниках, у которых в качестве рабочего тела использованы электрически активные материалы сегнетозлёктрики, обладаю(цие свойством спонтанной поляризации (Рд), что создает новые возможности в преодолении указанных выше недостатков, а также позволяет эффективно использовать для управления работой разрядника ударную волну.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является твердотельный электрический разрядник, ссодержгцдий рабочее тело из электрически активного материала с двумя :ьлектродами, параллельными между сот

бой и вектору поляризации Pg , и геЧ1ератор ударной ВОЛТ1Ы с выходной поверхностью, перпендикулярной электродам 2 .

При воздействии на рабочее тело разрядника ударной волны-определенной интенсивности спонтанная поляризация сегнетоэлектрика изменяет свою величину вплоть до полного исчёзновения. В результате этого в объеме рабочего тела возбуждаются электрические поля, а на поверхностях, непараллельных вектору поляризации, наблюдается высвобождение ранее связанных

зарядов. Если поверхность, на которой высвобождаются заряды, пересекается с поверхностями электродов, к которым приложено достаточное по неличине напряжение, то происходит срабать вание разрядника и коммутация электрической цепи, в которую он включен. Недостатком 5того устройства является то, что собственное электрическое поле, возбуждаемое в электрически активном материале при его деполяризации, направлено перпендикулярно к разрядному промежутку и не участвует в развитии пробоя между электродами разрядника. Это частично снижает его надежность при комму {ШГТййЭГкго скпьтньйс )1ектрических цепей. изобретения - повьииение надежности коквлутации с низким напря ением. „ Псэставленная цель достигается т ё твёрдотельном элект .чёскЬм разряднике, содержа1цем рабомёё тело из электрически активного материала, с двумя электродами, параййёльными между собой и вектору Поляриэации, и генератор механического импульса с выходной поверхност перпендикулярной электродам, рабоче тело выполнено в виде набора убта Г ИОВленных вплотную друг к другу пла ° тйн7 йа.раллёЛьных электродам, приче М1травЛёйие вектора поляризации в смёяшйх Штасйтйнах Противоположно . Кроме того, количество пластин в на боре нечетное. . . На фиг. 1 схематически изображен разрядник, рабочее тело которого состоит из набора пластин/ ни фиг.2 то же, пример выполнения. Электрический разрядник 1, содер жит рабочее тело, выполненное в ви де наборапа айяёльйых электродам 2 разрядника пластин 3. Направление ПОЛйризации в соседних пластинах пр тивоположно и rtepneH-дикулярно выход ной поверхности 4 генератора ударно волны. Здесь же показано распределе 7 П йё заряд6в В разрядном промежутке и на фронте ударной волны. Замена рабочего тела разрядника, выполненного в виде одной пластины с постбянйьйл направлением поляризации по всему объему, на набор плac тйн с пёрёмёгдакиаймся направлением n lfй§1цШГ11рз1 сЩй г к nepeiJacnpeдёлёнйю зарядов в разрядном промежутке и на фронте ударной, волны, распространяющейся в рабочем теле, и также, как следствие, к изменеШй картины электрических полей в o6TieMe сегнетоэлёктрика и в разрядном промежутке разрядника. ПриэтОм Сбставляющая электрического поля, возбуждаёмОгЪ при дёполяризации сегнетоэлёктрика, вдоль поверхности раз рядного промежутка; будет достаточно велика, чтобы обеспечить срабатыва нй §рядШ|{са даже при незначительной величине напряжения, прило.женного к электродам разрядники. Действительно, как показано на чертеже, на торцах соседних пластин противоположным направлением поляризаций, образующих поверхность разрядного промежу тка, высвобождаются зарйды противоположного знака. Аналогична картина наблюдается и на участ Kkx фронта ударной волны, распространяющегося в рабочем теле разря дника.;-/:.г /.. V- - - - : -- ....:,- -Подобное распределение зарядов , имеет У1ультипольный характер и приводит к появлению составляюсхей элё1ктрй4ёс1 бго поля вдоль поверхности разряднрго промежутка. Чтобы исключить влияние электри- ческих полей, возбуждаемых при воздействии ударной волны в. рабочем -,ёлё разрядника, на состояние электрической цепи, в которую включен разрядник, достаточно, чтобы число . пластин в наборе было нечетным. При этом возбуждаемые в разряднике элект- рические поля будут иметь симметричный характер и не будут изменять электрический потенциал электродов самОго разрядника. Таким образом, выполнение.рабоче го тела разрядника из нечетного числа пластин, симметрично расположенных Относительно центральной пластийы, с перёИёЖаюдамся направлением поляризации обеспечивает .надежную коммутацию цепей со значительно более Низким рабочим напряжением, чем в известном разряднике. Рассмотрим в качестве примера расчёта разрядника, рабочее тело которого набрано из ряда симметрично расположенных пластин с противоположным направлением поляризации, задачу, в которой требуется обеспечить надежную коммутацию цепи с напряжением в 1 кВ и током 100 кА. За основу возьмем схему разрядника (см. фиг. 2), содержащее рабочее тело из трёх пластин метаниобата лития (LiNBO), спонтанная поляри- зация которого Pg 0,7 Кл/М , а отНоЬительная Диэлектрическая проницаемость 84 (60 8,85-10 - диэлектрическая проницаемость вакуума). 1.Наиболее простой формой разрядника может Считаться прямоугольный параллелепипед, одна из граней котоfiOro служит разрядным промежутком и вплотную Прилегает к непроводящей выходной поверхнбст й генератора ударной волны. 2.Ширина разрядного промежутка находйтся йз известного значения электрической прочности в воздухе по поверхности диэлектрика 2...3 кВ/мм. Для рабочего напряжения в 1 кВ величина разрядного промежутка, равная 2 мм, обеспечивает 4...6-кратный запас, электрической прочности. 3. Размер стороны электрода, параллельного поверхности разрядного промежутка, при заданной плотности тока iO кА/мм должен равняться 10 мм. 4.Размер сторОнь электрода, перпендикулярного поверхности разрядного промежутка, существенного влияния на работу разрядйика не оказывает и может быть взят равным также 10 мм. 5.Электроды разрядника могут быть В1ш1бЙйёйы йЗ нёр))савеющей стали Х18Н9Т толщиной 2 мм каждый. Таким образом, выполнение твердотёльйы ргГзряДййкбв с рабочим телом из электрически активного материала