Управляемый газонаполненный разрядник Советский патент 1980 года по МПК H01T1/00 

(54) УПРАВЛЯЕМЫЙ ГАЗОНАПОЛНЕННЫЙ РАЗРЯДНИК

1

Изобретение относится к газоразрядной технике и может быть использовано при создании газоразрядных приборов, например, управляемых га-- , зонаполненных разрядников с широким дйапазоном рабочих напряжений и.ма-; .пнм временем запаздывания п.робЬя при работе в сильноточном режиме.

Известны управляемые искровые ряз-. рядники тригатронного типа, содержащие внутри газонаполненной оболочки анод, катод и управляющий электрод, расположенный внутри катода и отделенный от него изоляционной втулкой 1.

Конструкция тригатронного типа имеет узкий диапазон рабочих напряжений при расстояниях между основными электродами более 8 мм и ограниченный срок службы в сильноточном ре-20 жиме работы. При коммутации импульсных токов с амплитудой в десятки килоампер происходит заметное распыление материала электродов и осаждение его на изоляционной втулке, что рез- 25 ко сужает диапазон рабочих напряжений и ухудшает временные характеристики.

Известен также управляемый разряд:Ник тригатронного типа,в котором изо- 0

ляционная втулка, отделяющая управляющий электрод от катода, выдвинута относительно катода в сторону анода. Выдвижение изоляционной втулки внутрь основного разрядного промежутка позволяет получить широкий диапазон рабочих напряжений и малое время запаздывания при больших значениях амплитуды импульсного напряжения на управляющем электроде 2.

Недостаток этой конструкции заключается в малом сроке службы при коммутации больших импульсных токов. При работе в сильноточном режиме происходит разрушение изоляционной втулки и вследствие этого ухудшение электрических параметров.

Наиболее б.пизок к предлагаемому рязряднику по конструктивному выполнению управляемый газонаполненный разрядник, содержащий анод и катод, выполненные в форме сферических чашек с цё нтральными круглыми углублениями, и управляю11ций электрод в виде штыря, прохсщящий через отверстие в катоде. Большой срок службы в сильноточном режиме работы достигается перемещением основного разряда по поверхности электродов под действием поля электромагнита 3.

738022

Недостагком этог.о разрядника явЛ1эетея узкий диапазон рабочих напряжени й и большое время запаздывания при 1чинймальном напряжении пробоя. ,

Цель изобретения - увеличение шиРИНЙ диапазона рабочих напряжений и уменьшение времени запаздьшания пробоя при работе разрядника в сильноточном режиме . ,..,. -.,...,,-..-- .

Указанная цель достигается тем, что рабочая часть управлякяцего электрода выполнена в. виде шарового сегмента, а размеры электродов и межэлектродных промежутков связаны соотношениями.

. 2

. . / -..., -, , V ,

п Q ; 1 9 U, I , f

2-где S,-- - расстояние между анодом и катодом; .

h - расстояние между катодом и плоскостью, проходящей че- рез основание шарового сег мента управляющего электрода; DI - диаметр шарового сегмента

управляющего электрода; D т- диаметр основания круглого

углубления в основных электродах , . , . . . . Выбранная геометрия электродов и их взаимное расположение обеспечи- , :;вйютпЪслёд6ватеЛьный пробой двух вспОмогйтельных промежутков; управляющий электрод - катод и управляющий электрод - анод от импульсного напряжения прджига, приложенного .к управ Ляющему электроду, что значительно

расширяет диапазон рабочих напряжений и yweHbfflaeT время запаздывания оснбв ногЪ проб6я.

На фиг. 1 йхематически показана конётрукцйя разрядника; на фиг. 2 - схема включения разрядника;, на фиг.З ДайьГ кривйе изменения дйапазона рабо-чих напряжений (отношение минимального напряжения пробоя -к ста тическому напряжению пробоя); на фиг. 4 - кривые зависимости времени

з апаздывания t- пробоя разрядника от величины отношения S/h.

Разрядник содержит анод Г и катод 2, выполненные в форме сферических чашек с центральными к-руглыми углублениями, управляющий электрод 3, пp6xp Jящий через отвёрстие в. катЪде, отделённый от него ,изоляционной втулкой 4 и заканчивающийся шаровым сегмён1 ом 5.. .

включений разрядника содер-жит высоковольтный выпрямитель б, зарядный резистор 7, основной разрядный контур , состоящий из йакопитель ного конденсатора 8, управляемого газонаполненного разрядника 3. йсопрЪтивления н агрузки ю, цепь поджиja, состоящую из блока 11 П15дЖйгаИ аэделительного конденсатора 12, и

конденсатор 13, по;;соединенный между анодом и управляющим электродом разрядника.

На фиг. 3 приведены кривые изменения диапазона рабочих напряжений 5 . Ufviin в зав.исимости от отношения

S/h при h const ш. 3 мм. ; Кривые даны для четырех значений отношения ,j:

А 1,3; Б 0,7; В - 0,8;

Г 1,2.

На фиг. 4 приведены кривые зависимости времени запаздывания f пробоя разрядника от величины отношения S/h относительно минимальной величины времени запаздывания Тд пробоя, соответствующей экстремальным точкамкривых.

Кривые даны для четырех значений отношения .DI/DJ :

--А 1,3;

., . ,7;

В 0,8;

Г 1,2

Разрядник работает следующим образом.

При подаче высоковольтного импульса напряжения с блока 11 поджига через разделительный конденсатор 12 на управляющий электрод разрядника 9 происходит поочередный пробой меж эЛек родных промежутков управляющий электрод-катод и управляющий злектрод-анод что влечет за собой пробой основного разрядно1о промежуткаанодкатод. При этом накопительный конденсатор 8, заряженный от высоковольтного выпрямителя 6 через зapядный резистор 7, разряжается через разрядник .9 и сопротивление нагрузки 10. Разделительный конденсатор 12 и конденсатор 13- образуют емкостный делитель нап&яжения, с помощью которого на управляющий эл.ектрод разрядника 9 подается часть напряжения, приложенного между основными электродами.

Подала постоянного напряжения на управлянвдий электрод выравнивает электрическое поле внутри разрядника 9, искажёнйбё за счёт внедения в основной разрядный промежуток рабочей части управляющего электрода в видешарового сегмента.

При отношении- а 0,8 - 1,2 разрядник имеет м-аксимальный диапазон рабочих напряжений и минимальное вре. мя эапаздьтания в довольно широком интервале отношений S/h«. 2-4 Такой характер р зменения диапазона рабочих напряжений и времени эапаздьтания пробоя от величины отношения S/h объясняется следующим образом.

При подаче импульса поджига на управляющий электрод происходит заряд емкостей межэлектродных промежутков управляющий электрод-катод и упправляющий электрод-анод, а также подсоединенных к ним параллельно емкостей схемы включения до величины напряжения пробоя одного из промежутков .

При S/h 2 происходит пробой промежутка управляющий электрод-катод, который возбуждает колебания с малым декрементом затуханий в контуре, образованном эквивалентной емкостью ,анод-управляющий электрод (параллельное соединение емкости промежутка управляющий электрод-анод и конденсатора 13 схемы включения), параз-итной индуктивностью и нагрузочными элементами основного разрядного контура .

Напряжение между управляющим элекродом и анодом изменяется по характеру этих колебаний с амплитудой первой полуволны, равной величине напряжения пробоя промежутка управляющий. электрод - анод, и вызывает его пробой вследствие переходного процесса в вышеуказанном контуре, а вместе с тем - пробой основного разрядного промежутка при очень низких напряжениях, приложенных между анодом и катодом.

Отсутствие резко выраженной экстремальности диапазона рабочих напряжений в широком интервале изменения отношения S/h 2-4 объясняется характером распределения электрического поля с учетом геометрии электродов между управляющим электродом и катодом, с одной стороны, и управляющим электродом и анодом, с

другой стороны, с

При-г- 4 начинает сказываться

увеличение электррпрочност.и промежутка управляющий электрод-анод, что влечет за собой сужение диапазона рабочих напряжений и увеличение времени запаздывания пробоя.

g

При-т- «С 2 от напряжения поджига

происходит пробой промежутка управгляющий электрод-анод, который воз-, буждает колебания в контуре, образованном эквивалентной емкостью между управляющим электродом и катодом (параллельное соединение емкости промежутка управляющий электрод-ка.тод и емкости монтажа цепи поджига) и теми же элементами контура, и в предыдущем случае. При этом колебательное напряжение.между управляющим

электродом и катодом изменяется с большим декрементом затухания,так как эквивалентная емкость ,между управляющим электродом и катодом во много раз меньше эквивалентной емкости .между управляющим электродом и анодом. Этим объясняется резкое сужение диапазона рабочих напряжений и воз-, растание времени запаздывания пробоя

S X о

при 1 2.

0

D,

Отклонение отношения

в сторону

меньшего или большего зйачений относительно оптимального соотношения

тГ 0/8 - 1,2 изменяет характер распределения электрического поля между вспомогательными промежутк 1ми, что сужает интервал изменения отношения S/h, в котором разрядник имеет максимальный диапазон рабочих напряжений и минимальное время запаздывания пробоя. .

При выбранной геометрии и взаимном расположении электродов основной 5 искровой разряд статистически рас- « пределяется от пробоя к пробою между точками, лежащими на частях поверхностей электродов в виде колец, ограниченных диаметром основания центральных круглых углублений, что зна- .

0 чительно уменьшает распыление мате-. риала электрода в процессе долговечности и позволяет коммутировать большие импульсные токи порядка сотен килоампер.

5

Характер кривых (фиг. 3 и 4) сохраняется при изменении рода и давления газа в разряднике.

Таким образом, предлагаемая конструкция разрядника позволяет получить широкий диапазон рабочих напряжений

0 (минимальноенапряжение пробоя составляет сотни вольт при максималь- ном напряжении пробоя до нескольких десятков киловольт) и малое время запаздывания пробоя при работе в ,

5 сильноточном режиме (до килоампер). Основные электрические характеристики разрядника не критичны к точности установления межэлектродных расстояний.

0

Предлагаемый разрядник найдет широкое применение в сильноточных, генераторах, в системах для защиты мощных дорогостоящих радиоэлектронных изделий и в специальных областях нау

5 ки и техники.

Формула изобретения

Управляемый газонаполненный разрядник, содержащий анод и катод, выполненные в форме сферических чашек с центральными круглыми углублениями, и управляющий электрод, проходящий через отверстие в катоде, о т личающийся

тем, что.

целью увеличения ширины диапазона рабочих напряжений и уменьшения времени запаздьшания пробоя при работе в сильноточном режиме, рабочая часть управляющего электрода выполнена в виде шарового,/ сегмента, а размеры, электродов и Межэлект одных промежутков связаны соотношениями

S h

« 4

2 4

4 D, D,

0,8

41,2,

S h

-расстояние между анодом и катодом;

-расстояние между катодом и плоскостью, проходящей через оснойание шарового сегмента управляющего электрода

D - диаметр шарового сегмента управляющего электрода;

D - диаметр основания круглого углубления в основных электродах .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

738022

f,5 2,0 ,5 4

3,0 5,5

jO 4 40 5,5 Sfhf omn. ей Фие. 3 1,0 45 5,0 5,5 5/, отн.ед. Фиг A 4