Трехэлектродный разрядник Советский патент 1980 года по МПК H01T3/00 

(54) ТРЕХЭЛЕКТРОДНЫЙ РАЗРЯДНИК

1

Изобретение относится к сильноточным импульсным газоразрядным управляемым коммутационным устройствам тригатронного типа, используемым в качестве ключей в высоковольтных цепях, формирующих имny iibCbi тока или напряжения, например, и может быть использовано при разработке устройств для коммутации в емкостных и индуктивных накопителях энергии, в генераторах умножений напряжения по методу Аркадьева-Маркса.

В основном авт. св. № 601777 1 описан трехэлектродный разрядник тригатронного типа, наполненный электроотрицательным газом, например элегазом, содержащий два основных электрода и стержневой управляющий электрод, размещенный соосно в отверстии охватывающего его основного электрода.

, В этом разряднике, с целью увеличения ресурса и повыщения стабильности включений разрядника, канал охватывающего основного электрода выполнен с ущирением в сторону разрядного промежутка, а на торцовой и боковой, в области максимального сужения канала, поверхностях электрода выполнены углубления.

Недостатком разрядника..является небольщой диапазон рабочих напряжений, в котором коммутатор стабильно управляется без изменения давления газа в нем или без изменения межэлектродных расстояний. , Цель изобретения - расширение диапазона рабочих напряжений разрядника.

Эта цель достигается тем, что основной электрод, расположенный против торца управляющего электрода, выполнен с углублениями на части торцовой поверхности, обращенной к разрядно1у1у промежутку и имеющей диаметр, не превыщающий диаметра канала во втором основном электроде в области максимального сужения.

Кроме того, указанные углубления выполнены, в виде соосных кольцевых проточек.

15

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема устройства.

Устройство состоит ИЗ управляющего электрода 1, размещенного соосно с основными электродаАти 2 и 3, причем торцовая поверхность. 4 управляющего электрода находится заподлицо с внещней поверхностью охватывающего его основного электрода. На поверхности управляющего электрода (торцовой) и в месте минимального зазора между ним и охватывающими его основными электродами выполнены углубления, например кольцевые проточки, а острые кромки на охватывающем электроде скруглены. Второй основной электрод имеет полусфериЧескую форму с. плоским участком 5 против канала в охватывающем электроде. Диаметр плоской части не превыщает диаметр канала в месте его максимального сужения. Углубления и выступы поверхности этого электрода могут иметь другие формы. .

Разрядник работает следующим образом.

Кромки углублений, например кольцевых проточек, или ребра граней на поверхности электрода 3 усиливают локально электрическое поле, как и макронеоднородности на торцовой поверхности 4 электрода I и на кромках канала охватывающего его основного электроде. 2. Коэффициент усиления поля на поверхности электрода 3, являющегося катодом, должен быть меньще, чем на поверхности 4, так как с электрода 3 больще вероятность инициирования неуправляемого пробоя, например, за счет автоэлектронной эмиссии. Поэтому углубления на электроде 3 должны быть меньще, чем на поверхности 4; в частности, кольцевые проточки на участке 5 должны быть мельче и уже, чем проточки на поверхности 4, а кромки проточек скруглены по большему радиусу. Оптимальным для работы разрядника является равновероятность инициирования пробоя как с электрода 3, так и с электродов 1 и 2 при данной разности потенциалов Uft неуправляемого пробоя между электродами 3 и 1 (или 2).

Для создания запаса электрической прочности разрядника увеличивают в нем давление газа сверх того, при котором происходит неуправляемый пробой промежутка рабочей разностью потенциалов. При подаче на электрод 1 импульса запуска происходит возмущение начального распреде-ления электрического поля между электродами 1 и 2, 1 и 3. Чем больще диаметр канала в электроде 2 и чем больше диаметр электрода 1, тем на большем расстоянии от поверхности 4 воз.мущается поле и на большую величину возрастает его напряженность в разрядном объеме и на поверхности электрода 3. По мере роста электрического поля возникает и усиливается автоэлектронная эмиссия с кромок углублений на участке 5. В результате захвата молекулами элегаза автоэлектронов и под действием ионизационных процессов вблизи острий кромок образуется пространственный заряд отрицательных ионов Фронт облачка начинает под действием поля и в результате диффузии и эТтектростатического расталкивания перемещаться к поверхности 4, сокращая расстояние между фронтом и поверхностью 4 и усиливая электрическое поле на остриях кромок на этой поверхности. По достижении на них критической напряженности поля каждый свободный электрон способен инициировать лавину, трансформирующуюся в катодонаправленный стример и заверщающуюся разрядным каналом межДу электродами 1 и 3. Такими электронами могут быть фотоэлектроны, образующиеся под действием излучения из облака отрицательных ионов. Поэтому, чем плотнее и больще по размеру облако ионов у поверхности электрода 3, т. е. чем больще острий на участке 5, тем больще скорость перемещения фронта облака и тем больще образуется фотоэлектронов. После создания искры между электродами 1 и 3 или одновременно с ней происходит пробой кольцевого зазора между электродами 1 и 2. Оптимальным относительно минимальной задержки времени пробоя между электродами 1 и 3 является одновременность достижения Екр на остриях поверхности 4 и начала эффективной автоэмиссии с острий на участке 5, или, ( может быть создано несколько позже). Наиболее целесообразны углубления на той части поверхности электрода 3, где достигаются максимальные напряженности электрического поля при подаче импульса управляющего напряжения, т. е. в окрестности проекции границ канала в месте его максимального сужения на электрод 3.

Таким образом, при прочих равных условиях наличие на поверхности электрода 3 углублений и острий на их границах ускоряет развитие пробоя между электродами 1 и 3. Кроме того, образование облака отрицательных ионов и перемещение его к поверхности 4 создает эффект, эквивалентный уменьшению межэлектродного расстояния, что при данном давлении электроотрицательного газа позволяет расширить диапазон рабочих напряжений, в котором тригатрон стабильно запускается.

Проведенные испытания полностью подтвердили этот вывод. В частности, они показали, что диапазон рабочих напряжений разрядника расщиряется на 20-30% по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 601777, кл. Н 01 Т 3/00, 1976 (прототип).