KR20020001224A - Spark-gap switch having three-pole electrode characteristics with adjustable control electrode - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 주파수동작방식의 조절 가능한 스파크-갭 스위치에 관한 것으로, 특히 임펄스 주파수특성을 갖는 고전압 펄스 발생기 또는 고전압 펄스 전원장치에서 고전압 임펄스를 형성하기 위한 조절가능한 조정전극을 구비한 3극 전극특성의 고전압 임펄스 방전기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an adjustable spark-gap switch of a frequency operation method, and more particularly to a three-pole electrode having an adjustable regulating electrode for forming a high voltage impulse in a high voltage pulse generator or a high voltage pulse power supply having an impulse frequency characteristic. A high voltage impulse discharger.
본 발명은 펄스 방전기술에 있어서 고전압을 조정가능한 안정된 주파수 동작특성을 갖는 임펄스 형태로 변환시키는 기술 및 그 장치에 관련되고, 수 킬로헤르츠(∼kHz)의 주파수 특성을 갖는 고전압 임펄스를 간편하고 효율적인 방법으로 임의조정 가능하게 하는 스파크-갭 스위치(방전기) 또는 스위칭 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a technique and apparatus for converting a high voltage into an impulse form having adjustable stable frequency operating characteristics in a pulse discharge technique, and a method for easily and efficiently converting a high voltage impulse having a frequency characteristic of several kilohertz (˜kHz). The present invention relates to a spark-gap switch (discharger) or a switching element that can be arbitrarily adjusted.
최근 임펄스 형태의 펄스고전압을 이용한 레이저방사, 전자방사, (초)고주파방사 및 전기방전에 의한 플라즈마 응용기술이 산업상의 응용분야가 확대되고, 이에 따른 관련연구와 관심이 증폭되고 있으나, 실제 이러한 유용한 고전압임펄스를 발생시킬 수 있는 스위칭 소자 또는 스파크-갭 스위치의 기술이 미흡하여 실용상 많은 문제점이 있을 뿐만 아니라 실질적으로 경제성 및 효율적 안정된 특성을 갖는 스위칭 소자가 없어 산업의 실제적용에는 극히 제한적인 상태이며, 특히 유효한 고전압펄스의 요건인 마이크로 초 이하의 극히 좁은 펄스 폭을 갖는 임펄스형태의 펄스를 발생시키는 스위칭 기술과 일정한 주기의 주파수 특성과 고속의 펄스발생 주기를 갖는 고주파 스위칭기술 및 소자가 없어 실제 산업에 유효한 고전압펄스 이용기술 및 전기방전을 이용한 플라즈마 응용기술의 실용에 많은 문제점을 갖고 있다.동시에 플라즈마를 이용한 산업상의 응용분야가 나날이 증가하고 있으나, 실제 유용한 플라즈마를 발생시키는 기술이 상기의 펄스를 발생시키는 기술과 밀접한 핵심기술로 기술개발이 미흡하여 실제 실용적으로 적용 가능한 스위칭소자가 없어 산업상의 실용에는 실적이 저조하다.Recently, the plasma application technology of laser radiation, electron radiation, (ultra) high frequency radiation and electric discharge using pulse high voltage in the form of an impulse has been expanded in industrial applications, and related studies and interests have been amplified. The technology of switching device or spark-gap switch that can generate high voltage impulse is not enough, and there are many problems in practical use, and there is no switching device having practically economical and efficient stable characteristics. In particular, there is no switching technology for generating impulse pulses with extremely narrow pulse widths of less than microseconds, which is a requirement for effective high voltage pulses, and high frequency switching technology and devices with constant frequency characteristics and high-speed pulse generation periods. High voltage pulse technology and electric room available for There are many problems in the practical use of plasma application technology. At the same time, the industrial application field using plasma is increasing day by day, but the technology for generating practically useful plasma is developed as a core technology closely related to the above-mentioned pulse generating technology. Since there is no switching device that is practically applicable, the performance is poor in industrial practical use.
이와 같이 고전압 펄스발생장치의 실용화가 미흡한 것은 효율적이고 안정적 운전특성과 유지 보수적 측면을 포함한 경제성을 갖는 고에너지 또는 고전력의 순간적인 절환기술의 구현에 핵심이 되는 순간 대전력, 주파수 특성을 갖는 스위칭 소자의 개발이 미흡한 까닭에 있다.This lack of practical application of the high voltage pulse generator is a switching element having instantaneous high power and frequency characteristics which is the key to the implementation of high energy or high power instantaneous switching technology with economical efficiency including efficient and stable operation characteristics and maintenance aspects. Lack of development.
제어 및 자동화가 용이하고 크기가 적으며 안정된 주파수 동작특성의 구현이 가능한 사이리스터(Thyristor, SCR), 트랜지스터 스위치 등의 반도체 소자와 그리드(Grid)를 갖춘 열음극 방전관(Thyratron) 등의 진공관 형태의 스위칭 소자에 있어서는 대 전력의 에너지를 전달할 수 있는 스위칭 전력 특성을 갖는 스위칭 소자가 없을 뿐만 아니라, 비교적 긴 수명과 안정된 동작특성의 구현이 가능한 것으로 알려진 반도체 스위칭소자에 있어서는 스위칭 동작의 허용범위에 있는 최근에 개발되어진 비교적 큰 대전력용 스위칭 소자에 있어서도 실제 적용 가능한 스위칭 능력에는 현저히 부족하며, 동시에 스위칭 능력의 허용범위에 있다고 하더라도 실제 산업에서의 고전압펄스의 활용 상에 있어서 순간 방전시 발생하는 전기방전 특성들로 인하여 역회복 전력 또는 순간적인 높은 역전압에 대한 저지가 어려워 실제 적용에 많은 문제점을 갖고 있어 이제까지는 실험설비 수준 또는 펄스 폭이 넓은 일반적인 펄스발생기술에만 적용되고 있다.Semiconductor elements such as thyristors, SCRs, transistor switches, and vacuum tube-type switching elements such as thermocathodes with grids, which are easy to control and automate, and have small size and stable frequency operation characteristics. In recent years, there is no switching device having a switching power characteristic capable of delivering high power energy, and in recent years, a semiconductor switching device known to be able to realize a relatively long life and stable operating characteristics has recently been developed in the acceptable range of switching operation. Even for a relatively large power switching device, it is not enough for the practically applicable switching capability, and at the same time, even if it is within the allowable range of the switching capability, electrical discharge characteristics generated during instantaneous discharge in the use of high voltage pulses in the actual industry Due to reverse recovery power or Since it is difficult to stop the instantaneous high reverse voltage, it has many problems in practical applications. Thus, it has been applied only to general pulse generating technology having a wide level or a wide pulse width.
진공관 형태의 열음극 방전관에 있어서는 선진국의 군사용 목적 또는 레이더장비에 이용한 소자를 이용하여 성능향상을 통한 대전력 스위칭 용도의 소자가 개발되어 있으나, 이 또한 스위칭 동작을 통한 에너지 전달능력에 수 킬로와트(kW) 수준에 이르지 못하고, 열음극 방전관의 일반적인 특성인 연속 사용시 내부 충진가스의 오염 및 변화로 인하여 그 수명이 평균 3∼6개월 정도 밖에 되지 못하여, 높은 주파수로의 스위칭 동작이 어렵고 수명이 짧아 산업상의 용도에는 적합하지 못하고, 사용한다고 하더라도 가격이 비싸 유지보수 비용 또한 적지 않아 경제적이지 못하다.In the case of hot cathode discharge tube of vacuum tube type, a device for high power switching through improved performance has been developed by using a device used for military purposes or radar equipment in developed countries, but this also has several kilowatts (kW) in energy transfer capacity through switching operation. In case of continuous use, which is a general characteristic of hot cathode discharge tube, due to contamination and change of internal filling gas, its life is only 3-6 months on average, so switching to high frequency is difficult and life is short. It is not suitable, and even if used, it is expensive and the maintenance cost is not small, so it is not economical.
이러한 실용상에 문제로 인하여 기계적 구조특성을 갖는 기계방식의 스위치들이 적용되고 있으나, 이 장치들에 있어서는 크기가 크고 안정된 주파수 동작특성을 이루기 어려우며, 고속의 스위칭동작을 구현할 수 없어 실용상에 문제점을 갖고 있으며, 제어 또는 자동화가 어려우며 긴 수명과 안정된 동작특성을 유지하기 위해서는 빈번한 유지보수가 수행되어야 할뿐만 아니라, 스위칭 동작전압이 높아지면 높아질수록 스위치 또한 현저히 크게 할 수밖에 없어 적용이 어려우며, 스위칭 동작전압의 변화 등의 전기적 특성 및 기계적 특성에 따라 스위칭 동작특성이 크게 변화되는 문제점을 갖고 있다.Due to this practical problem, mechanical switches having mechanical structural characteristics are being applied, but in these devices, large size and stable frequency operation characteristics are difficult to achieve, and high speed switching operation cannot be realized. It is difficult to control or automate, maintain frequent service life and stable operation characteristics, and not only frequent maintenance should be performed, but also as the switching operation voltage increases, the switch also needs to be significantly larger, making it difficult to apply. There is a problem that the switching operation characteristics are greatly changed depending on the electrical characteristics and mechanical characteristics such as the change of.
도 9 및 도 10은 종래 방전기의 동작원리를 설명하기 위한 전기회로도로서, 도 9에 의한 방전기는 직류 고전압(HVDC)을 인가 받아 펄스 형성 콘덴서인 고전압콘덴서(Cp)에 고전압을 저장하고 반도체소자 또는 열음극 방전관인사이리스터(Thyristor) 또는 싸이라트론(Thyratron) 스위치를 스위칭소자로 사용한 것으로 고전압콘덴서(Cp)에 일정전압이 충전되면 스위치를 ON시켜 펄스변압기(Tp)를 통해 펄스전압을 증폭시켜 고전압 펄스를 생성시키는 방법이다.9 and 10 are electrical circuit diagrams for explaining the operation principle of a conventional discharger, wherein the discharger according to FIG. 9 receives a high DC voltage (HVDC) and stores a high voltage in a high voltage capacitor (C p ) that is a pulse forming capacitor. Alternatively, a thyristor or thyratron switch, which is a hot cathode discharge tube, is used as a switching element. When a constant voltage is charged in the high voltage capacitor C p , the switch is turned on to amplify the pulse voltage through the pulse transformer T p . To generate a high voltage pulse.
이 회로는 반도체 소자를 방전기로 사용함으로서 비교적 안정적인 주파수제어가 가능하지만, 이러한 전기소자들은 동작전압이 10킬로볼트(kV) 이내로 낮아 높은 증폭이 요구되는 펄스변압기(Tp)를 이용하여 펄스의 크기를 키워야만 유용한 펄스전압을 얻을 수 있는데, 이러한 펄스변압기(Tp)를 이용한 증폭과정에서 펄스의 높이뿐만 아니라 펄스 폭도 넓어져 1마이크로 초(㎲) 이내의 유용한 펄스를 형성시키기 어려우며, 펄스변압기(Tp) 또한 제작이 까다롭고 복잡하여 제작비용이 매우 높다. 또한 이러한 전기소자들은 대 전류를 흘리는데 있어 허용용량에 따른 한계가 있어 부하(ZL)의 변화에 따른 급격한 전류의 변화에 대응하지 못하고 파괴되는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점으로 인한 파손시 가격이 비싸 유지보수에 따른 비용이 높아 경제적이지 못하고, 비교적 짧은 펄스 절환 특성을 갖는 열음극 방전관인 싸이라트론의 경우에 있어서는 그 연속사용 시 그 수명이 3∼6개월 정도로 짧아 군사용 목적 등의 특수용도의 목적 이외의 산업설비에는 적용이 적합하지 못하다. 도 10은 상기 도 9의 전기소자를 이용하지 않고 기계적으로 방전기를 구성한 것이다. 도 11에 보이는 것과 같이 절연지지대(80)에 일정거리가 이격된 2개의 고정전극(40,60)을 배치하고 두 전극 사이에 걸리는 고전압을 계속 증가시키면 어느 순간두 전극간의 절연파괴전압에 이르는 전압에 다다르게 되어 두 전극사이에 불꽃방전이 발생한다. 이러한 강제적인 불꽃방전을 이용한 스위치 동작을 통한 방전기를 구성한 것이다. 도 10(a)와 도 11에서 직류고전압(HVDC)이 공급되면 펄스형성콘덴서(Cp)에 충전되고, 방전기의 일정 간격의 두 전극(40, 60) 사이에 절연이 파괴되는 전압에 다다르면 방전기의 제1의 전극(40)과 제2의 전극(60) 사이에 절연파괴로 인한 불꽃방전이 일어난다. 이때 펄스형성콘덴서(Cp)에 저장된 에너지가 커플링콘덴서(Cc)를 통해서 부하(ZL)에 펄스고전압이 전달된다. 상기 펄스형성콘덴서(Cp)에 충전된 고전압이 모두 방전되면, 방전기의 두 전극 사이는 절연이 회복되어 두 전극사이의 불꽃방전이 단속되고, 공급되는 고전압이 펄스형성콘덴서(Cp)에 또 다시 충전되어 방전기의 제1의 전극(40)과 제2의 전극(60) 사이의 전압이 절연파괴전압에 다다르면 재차 불꽃방전이 발생하여 같은 방법으로 부하(ZL)에 펄스고전압이 전달된다. 이와 같은 과정이 반복적으로 이루어지면, 결과적으로 부하(ZL)에 주기적인 펄스고전압이 걸리게 된다.This circuit is capable of relatively stable frequency control by using a semiconductor device as a discharger, but these electric devices have a pulse size using a pulse transformer (T p ) that requires high amplification because the operating voltage is less than 10 kilovolts (kV). In order to obtain a useful pulse voltage, it is difficult to form a useful pulse within 1 microsecond as the height of the pulse as well as the width of the pulse increases in the amplification process using the pulse transformer (T p ). T p ) is also difficult and complicated to manufacture, and the manufacturing cost is very high. In addition, these electric elements have a disadvantage in that a large current flows because there is a limit depending on the allowable capacity, so that the electric elements cannot be destroyed due to a sudden change in the current due to a change in the load (Z L ). In the case of Cythatron, which is a hot cathode discharge tube having a relatively short pulse switching characteristic, it is not economical due to high cost in case of breakage due to this disadvantage and high cost of maintenance, and its life span is short as 3 to 6 months in continuous use. It is not suitable for industrial facilities other than special purpose such as military purpose. FIG. 10 is a mechanically configured discharger without using the electrical device of FIG. As shown in FIG. 11, when the two fixed electrodes 40 and 60 are disposed on the insulating support 80 at a predetermined distance, and the high voltage applied between the two electrodes is continuously increased, the voltage reaching the dielectric breakdown voltage between the two electrodes is instantaneously increased. And discharge sparks between the two electrodes. The discharger is configured through a switch operation using such a forced flame discharge. 10 (a) and 11, when the DC high voltage (HVDC) is supplied, the pulse forming capacitor (C p ) is charged, and the discharger reaches a voltage at which insulation is broken between the two electrodes 40 and 60 at regular intervals of the discharger. Spark discharge due to dielectric breakdown occurs between the first electrode 40 and the second electrode 60. At this time, the energy stored in the pulse forming capacitor C p is transferred to the load Z L through the coupling capacitor C c . When all of the high voltage charged in the pulse-forming capacitor C p is discharged, insulation is restored between the two electrodes of the discharger, and spark discharge between the two electrodes is interrupted, and the high voltage supplied is supplied to the pulse-forming capacitor C p . When the battery is charged again and the voltage between the first electrode 40 and the second electrode 60 of the discharger reaches the breakdown voltage, spark discharge occurs again, and the pulse high voltage is transmitted to the load Z L in the same manner. If this process is repeated, the result is a periodic pulsed high voltage on the load Z L.
하지만 이 경우에 있어서는 1회의 불꽃방전으로 인하여 방전기 주변에 남아있는 불꽃방전 시 발생한 플라즈마 이온 등의 전기이온들로 인하여 횟수가 증가할수록 불꽃방전의 끊김이 나빠 임펄스 형태의 펄스전압을 얻을 수 없을 뿐만 아니라 재차 방전을 위한 전극간의 절연 회복 시간이 길어져 고전압 펄스가 급격히 저하되며, 펄스의 반복 횟수 또한 극히 제한적이며 안정적인 주기를 갖는 펄스를 발생시킬 수 없다. 이러한 펄스의 급격한 저하 방지 및 단속 효과를 높이기 위하여 부하(ZL)와 병렬 연결한 댐핑저항(RD, Damping Resistor)을 추가하여도 일정부분의 펄스의 급격한 저하는 막을 수 있어도 오히려 댐핑저항(RD)이 에너지를 소비하게 되어 경제적이지 못하다. 이러한 일정거리가 이격된 고정 갭 방식의 방전기에 있어서는 100킬로볼트(kV) 정도의 펄스를 얻고자 할 경우, 통상 전극간의 이격된 간극거리가 10밀리미터(mm) 정도 떨어뜨리게 되는데 방전단속 효과를 개선하기 위하여 거리를 넓히게 되면 불꽃방전이 발생하지 않아 방전기로서 역할을 수행할 수 없는 문제점이 있다.However, in this case, as the number of times increases due to the electrical ions such as plasma ions generated during the spark discharge remaining near the discharger due to one spark discharge, the breakage of the spark discharge is worse and impulse type pulse voltage cannot be obtained. Again, the insulation recovery time between the electrodes for the discharge is long, the high voltage pulse is sharply reduced, the number of repetition of the pulse is also extremely limited and can not generate a pulse having a stable period. In order to prevent the sudden drop of the pulse and to increase the intermittent effect, even if a damping resistor (R D , Damping Resistor) connected in parallel with the load (Z L ) is added, it is possible to prevent the sudden drop of a certain part of the pulse. D ) is not economical because it consumes energy. In the fixed-gap discharger spaced at a predetermined distance, if a pulse of about 100 kilovolts (kV) is to be obtained, the distance between the electrodes is about 10 millimeters (mm) apart. In order to increase the distance, there is a problem that the spark discharge does not occur and thus cannot serve as a discharger.
보다 효과적이고 높은 펄스발생횟수, 비교적 안정된 주파수를 얻기 위한 방법으로 도 10(b)와 도 12에 나타낸 바와 같이 두 개의 고정전극(40, 60)을 멀리하고 그 사이에 모터(M) 등의 회전체에 연결된 회전전극(50)을 배치하여 고정전극(40)과 (60) 사이의 중심점을 기준으로 절연재질의 회전축(70)에 연결된 회전전극(50)을 회전시킴으로서 회전전극(50)의 방전단자(a, b)가 고정전극(40)과 (60) 사이의 직선에 위치하게 되면 불꽃방전이 발생하고 멀어지면 단속됨으로서 방전기의 동작을 수행하게 된다.As shown in FIGS. 10 (b) and 12, the two fixed electrodes 40 and 60 are separated from each other and the motor M or the like rotates in a manner to obtain a more effective and higher pulse generation frequency and a relatively stable frequency. Discharge of the rotating electrode 50 by disposing the rotating electrode 50 connected to the whole to rotate the rotating electrode 50 connected to the rotating shaft 70 of the insulating material based on the center point between the fixed electrode 40 and 60 When the terminals a and b are positioned in a straight line between the fixed electrodes 40 and 60, spark discharges occur and are interrupted when they are far apart, thereby performing the operation of the discharger.
그러나, 산업 상에 유용한 펄스를 발생시키기 위해서는 부하(ZL)측에 고전압펄스의 파고치와 반복횟수를 높여야 되는데, 이 종래의 기술 또한 전회의 방전에 의하여 남아있는 전기이온의 영향으로 방전시간이 일정시간 끌리게 되어 첨예한 임펄스를 얻기 어려우며, 실용상 회전수를 분당 1500회 이상의 고속 회전체를 사용해야 하기 때문에 실용적이지 못하고 크기가 상당히 커질 수밖에 없으며, 고 속의 회전체를 적용하여도 잔류이온의 영향으로 펄스발생 횟수를 300 헤르츠(Hz) 이상 얻을 수 없다.However, in order to generate a useful pulse for the industry, it is necessary to increase the crest value and the repetition frequency of the high voltage pulse on the load (Z L ) side. This conventional technique also has a discharge time due to the influence of electric ions remaining by the previous discharge. It is difficult to obtain a sharp impulse because it is attracted for a certain time, and it is not practical and the size becomes considerably large because it needs to use a high speed rotating body of more than 1500 revolutions per minute in practical use. The number of pulse generations cannot be more than 300 hertz (Hz).
또한, 더욱 효과적인 방법을 얻기 위하여 도 13 및 도 14와 같은 방법으로 회전전극(50)의 방전단자의 수를 늘리는 방법이 있으나, 일정시간의 절연회복시간을 확보하기 위해서 고정전극(40, 60)의 사이를 더 벌려야 되고 회전전극(50)에 있어서도 각 방전단자의 간격을 벌리기 위하여 상대적으로 방전기의 크기를 더욱 크게 할 수밖에 없다. 이렇게 방전기를 크게 하여도 결과적으로는 모터(M)의 회전속도를 낮출 수 있는 효과 이외에는 전극사이의 절연회복시간 때문에 높은 주파수를 얻을 수 없다.Further, in order to obtain a more effective method, there is a method of increasing the number of discharge terminals of the rotating electrode 50 in the same manner as in FIGS. 13 and 14, but the fixed electrodes 40 and 60 may be used to secure an insulation recovery time of a predetermined time. In order to increase the spacing between the discharge electrodes and the rotary electrodes 50, the size of the discharger must be relatively larger. Even if the discharger is made large, a high frequency cannot be obtained due to the insulation recovery time between the electrodes except the effect of lowering the rotational speed of the motor M.
또한 이러한 기계식 방법의 방전기에 있어서도 불꽃방전 시 발생하는 전극의 마모로 인하여 연속사용 시 그 수명이 통상 3개월 정도 밖에 될 수 없다. 전극의 크기를 크게 하여 사용시간을 연장하려고 하여도, 연속사용시 전극의 마모로 인한 전극사이의 간격이 시간이 지날수록 멀어지고, 전극의 침식물로 인한 전극표면의 변화로 일정한 펄스 고전압을 얻을 수 없다. 따라서 안정적인 펄스발생을 위해서는 수시로 방전기의 작동을 멈추고 전극간격을 재조정하거나 전극을 보수하여야만 한다.In addition, even in the discharger of the mechanical method, due to wear of the electrode generated during spark discharge, its life can be only about 3 months in continuous use. Even when trying to prolong the use time by increasing the size of the electrode, the distance between electrodes due to the wear of the electrode in the continuous use becomes longer as time passes, and the constant pulse high voltage can be obtained by the change of the electrode surface due to the erosion of the electrode. none. Therefore, in order to generate a stable pulse, the discharger must be stopped from time to time and the electrode spacing must be readjusted or the electrode must be repaired.
결과적으로, 이러한 종래의 기술에 있어서는 불꽃방전시 발생하는 전기이온의 이탈과정에서 발생하는 고열로 인하여 전극들이 마모되어 시간이 지나면 안정적 방전이 급격히 저하되고, 방전기의 수명 또한 얼마 되지 않을 뿐만 아니라, 실용적인 펄스에너지를 전달하는 스위칭 효과의 관점에서 주파수 제어특성, 펄스의 형태 및 경제적인 측면에서 실용상에 많은 문제점을 갖고 있다.As a result, in this conventional technique, due to the high heat generated during the dissociation of the electrical ions generated during the spark discharge, the stable discharge of the electrode rapidly decreases over time, and the life of the discharger is not only short, but also practical. In view of the switching effect of transferring pulse energy, there are many problems in practical use in terms of frequency control characteristics, pulse shape, and economics.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 조정 가능한 수 kHz의 안정된 주파수특성을 갖는 고전압 임펄스를 간편하고 효율적인 방법으로 발생시킬 수 있는 방전기를 제공하기 위한 것이다.Accordingly, the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and to provide a discharger capable of generating a high voltage impulse having an adjustable stable frequency characteristic of several kHz in a simple and efficient manner.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 방전기는 절연물로 된 밀폐함 본체와, 내부에 관(Pipe)형태의 특수한 구리로 된 조정지지대와, 이 조정지지대에 연결된 축 방향으로 이동 가능하고 동일한 구조의 실린더 형상의 4개의 전극을 포함한다.In order to achieve the above object, the discharger according to the present invention is an insulated enclosure body, an adjustment support made of a special copper in the form of a pipe (Pipe) inside, and axially movable and the same structure connected to the adjustment support It includes four electrodes of a cylindrical shape.
상기 4개 전극들은 각각 두 개의 쌍으로 구성하여 각 쌍의 전극들은 일정한 거리를 이격하여 반대방향으로 마주보는 형태로 배치하고, 하나의 쌍 전극 중 하나의 전극은 다른 쌍 전극의 한쪽전극에 전기적으로 연결한 조종전극을 배치하고, 각 쌍의 전극 중 나머지 전극은 기본전극인 접지전극과 고전압전극을 형성한다.Each of the four electrodes is composed of two pairs, and each pair of electrodes is disposed to face each other in a direction opposite to each other at a predetermined distance, and one electrode of one pair of electrodes is electrically connected to one electrode of the other pair of electrodes. The control electrodes connected to each other are disposed, and the remaining electrodes of each pair of electrodes form a ground electrode and a high voltage electrode, which are basic electrodes.
본 발명에 따른 방전기는 각 전극의 간극을 임으로 조정가능하게 하기 위해 각 전극들에 연결된 조정지지대들과, 각 전극의 간극사이의 방전이후 신속한 전기절연회복을 시키기위한 공기공급관과, 공급되는 공기의 흐름을 전극사이에 일률적으로 확산시키기 위한 공기유도로를 구비한다.The discharger according to the present invention includes an adjustment support connected to each electrode to allow the gap of each electrode to be arbitrarily adjusted, an air supply pipe for rapid electrical insulation recovery after discharge between the gaps of each electrode, and supply of air. An air induction path is provided for uniformly diffusing the flow between the electrodes.
본 발명은 자동 또는 임의로 조정 가능한 조정전극이 구비되어 전극들의 마모를 보정하는 전 과정을 단순화 및 원격조정이 가능하고, 일정한 주파수동작특성및 임펄스주파수 조정을 임의로 수행할 수 있는 높은 안정성, 고효율 및 신뢰성을 갖는 방전기를 제공한다.The present invention is equipped with an automatic or arbitrarily adjustable adjusting electrode, which simplifies and remotely controls the entire process of correcting wear of the electrodes, and enables high stability, high efficiency and reliability to arbitrarily perform constant frequency operating characteristics and impulse frequency adjustment. It provides a discharger having a.
도 1은 본 발명에 의한 고전압 임펄스 방전기의 기본 구조를 보인 종단면도.1 is a longitudinal sectional view showing the basic structure of a high voltage impulse discharger according to the present invention.
도 2는 본 발명에 의한 방전기 본체의 외관을 나타낸 사진.Figure 2 is a photograph showing the appearance of the discharger body according to the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 임펄스 방전기의 종단면도.3 is a longitudinal sectional view of a high voltage impulse discharger according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명 고전압 임펄스 방전기의 동작을 설명하기 위한 압축공기 흐름도.Figure 4 is a flow diagram of compressed air for explaining the operation of the high-voltage impulse discharger of the present invention.
도 5는 본 발명 고전압 임펄스 방전기의 전기적 결선을 나타낸 도면.5 is a view showing the electrical connection of the high voltage impulse discharger of the present invention.
도 6a 및 6b는 본 발명에 따른 고전압 임펄스 방전기의 방전회로의 일 실시예를 나타낸 전기 회로도.6A and 6B are electrical circuit diagrams showing one embodiment of a discharge circuit of a high voltage impulse discharger according to the present invention.
도 7a 및 7b는 방전회로의 다른 실시예를 나타낸 전기 회로도.7A and 7B are electrical circuit diagrams showing another embodiment of the discharge circuit.
도 8a 및 8b는 본 발명의 고전압 임펄스 스위치에 대한 동작원리를 설명하기 위한 전기 회로도.8A and 8B are electrical circuit diagrams for explaining the operation principle of the high voltage impulse switch of the present invention.
도 9a, 9b 및 도 10a, 10b는 종래 방전기의 동작원리를 설명하기 위한 전기 회로도.9A, 9B and 10A, 10B are electrical circuit diagrams for explaining the operation principle of a conventional discharger.
도 11 내지 도 14는 종래 방전기의 여러 가지 실시예를 나타낸 사시도.11 to 14 are perspective views showing various embodiments of a conventional discharger.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 방전기 본체 2 : 조정지지대1: Discharger body 2: Adjustment support
3 : 고전압전극(Э3) 4, 6 : 조종전극(Э2)3: high voltage electrode (Э 3 ) 4, 6: control electrode (Э 2 )
5 : 접지전극(Э1) 7 : 특수플랜지5: grounding electrode (Э 1 ) 7: special flange
8 : 공기공급 관 9, 10 : 보조전극(PyФ)8: air supply pipe 9, 10: auxiliary electrode (P yФ )
11 : 금속보호막 12 : 공기유도로11: metal protective film 12: air induction
13 : 보조전극지지대 14 : 본체플랜지13: auxiliary electrode support 14: main body flange
15 : 본체결합 볼트 16 : 가스켓15: body coupling bolt 16: gasket
17 : 특수플랜지 고정볼트 18 : 전극간극고정볼트17: special flange fixing bolt 18: electrode gap fixing bolt
20 : 소켓 40, 60: 고정전극20: socket 40, 60: fixed electrode
50 : 회전전극 70 : 절연 회전축50: rotating electrode 70: insulated rotating shaft
80 : 절연지지대 M : 모터80: insulation support M: motor
a∼h : 방전단자 C, Cc, CpCy, Cy1∼Cy4, CyФ: 콘덴서a to h: discharge terminal C, C c , C p C y , C y1 to C y4 , C yФ : condenser
D, D1, D2: 다이오드(Diode) L, L1: 유도코일(Inductance)D, D 1 , D 2 : Diode L, L 1 : Inductance
Ry, Ry1, Ry2, RD: 저항(Resistor) ZL: 부하(Load)R y , R y1 , R y2 , R D : Resistor Z L : Load
Tp: 펄스변압기 α, β, γ : 방전점 및 동작구간T p : Pulse transformer α, β, γ: Discharge point and operation section
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings the present invention will be described in detail.
일반적으로 고전압 또는 대전력의 전기에너지를 절환하기 위한 스위칭 동작, 특히 임펄스 형태의 고전압을 스위칭하는 동작에 있어서, 산업 상에 유용한 목적의 임펄스를 전달 또는 발생시키는 스위칭동작의 기본은 마이크로 초 이하의 초 미소시간을 갖는 펄스 폭과, 가능한 한 큰 임펄스 형태의 높은 펄스전압, 안정된 동작특성, 비교적 높은 주파수를 얻을 수 있으면서, 산업현장에서의 안정성, 긴 수명, 정비의 단순, 경제성 등을 만족시켜야 한다.In general, in the switching operation for switching high voltage or high power electric energy, especially in the operation of switching high voltage in the form of an impulse, the basis of the switching operation for transmitting or generating an impulse for the purpose of industry is microsecond or less. A pulse width with a small time, a high pulse voltage in the form of an impulse as large as possible, stable operating characteristics, and a relatively high frequency can be obtained, while satisfying industrial stability, long life, simple maintenance, and economic efficiency.
따라서 본 발명에서는 안정적 동작 특성 및 높은 주파수 동작 특성 및 동작상태의 주파수 조절특성을 고려하여 조종전극을 구비한 3극의 스파크전극 회로를 이용한 방전기를 제공하기 위한 것이다.Accordingly, the present invention is to provide a discharger using a three-pole spark electrode circuit having a control electrode in consideration of stable operation characteristics, high frequency operation characteristics and frequency control characteristics of the operating state.
본 발명에서는 종래의 전기소자만으로 구성이 어려워 주파수동작특성 및 안정적 동작을 위한 제어 가능한 조절특성을 갖는 방전기를 아래의 방법과 구성을 통하여 실현하였다.In the present invention, a discharger having a controllable control characteristic for a frequency operation characteristic and a stable operation is realized through the following method and configuration because it is difficult to configure only a conventional electric element.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 고전압 임펄스 방전기의 구조를 보인 것이다. 본 발명의 방전기는 절연재질로 된 밀폐함 본체(1)와, 내부에 공기의 배출 및 전극간의 간극을 조절하기위한 관형태의 특수구조로 된 구리 조정지지대(2)와, 일정전압에 대하여 불꽃방전을 발생시키기 위하여 적정간극을 유지시켜 두 개의 쌍으로 배치되는 조정지지대(2)에 연결된 벽이 두꺼운 실린더 형상의 축 방향으로 이동 가능한 4개의 전극(3∼6)과, 전극(3,4)들의 불꽃방전에 의한 물리-화학적 변화의 방지 및 전극간의 방전여기상태를 형성시키기 위한 두 개의 보조전극(9,10)와, 전극간극의 조절을 목적으로 조정지지대(2)의 미세한 조정을 가능하게 하는 특수 플랜지(7)와, 본체(1) 외부로부터 공기공급을 위하여 연결되는 공기공급 관(8)과, 본체(1)의 내벽을 자외선 방사로부터 보호목적으로 사용되는 금속보호막(11)과, 본체(1) 내부에 공급되는 공기의 흐름을 유도하는 공기유도로(12)를 포함하여 구성된다.1 to 3 show the structure of a high voltage impulse discharger according to the present invention. The discharger of the present invention is a sealed enclosure body (1) made of an insulating material, a copper adjusting support (2) having a special structure in the form of a tube for controlling the discharge of air and the gap between the electrodes therein, and a flame against a constant voltage. Four electrodes (3-6) and electrodes (3,4) in which the walls connected to the adjusting support (2) arranged in two pairs to maintain a proper gap and move in the axial direction of a thick cylindrical shape in order to generate a discharge Two auxiliary electrodes 9 and 10 for preventing physical-chemical change and spark excitation between electrodes, and fine adjustment of the adjustment support 2 for the purpose of controlling the electrode gap. A special flange 7, an air supply pipe 8 connected to supply air from the outside of the main body 1, a metal protective film 11 used for protecting the inner wall of the main body 1 from ultraviolet radiation, Of air supplied to the body 1 It comprises an air induction path 12 for directing the flow.
상기 실린더형 전극(3∼6)들은 각 2개씩 쌍으로 구성하여 일정한 거리를 이격하여 서로 반대로 마주보는 형태로 배치하고, 한 쌍의 전극 중 하나의 전극(4)과 다른 한 쌍 중 또 다른 하나의 전극(6)을 서로 전기적으로 연결하여 조종전극(4, 6)의 기능을 수행하게 하고, 각 쌍의 반대편에 위치한 기본전극(3, 5)들을 각각 고전압전극(3)과 접지전극(5)이 되게 구성한다.The cylindrical electrodes (3 to 6) are formed in pairs of two each, and are arranged in the form of facing each other opposite to each other at a predetermined distance, and one of the pair of electrodes (4) and another of the other pair To electrically connect the electrodes 6 to each other to perform the functions of the steering electrodes 4 and 6, and the base electrodes 3 and 5 located opposite to each pair are respectively connected to the high voltage electrode 3 and the ground electrode 5, respectively. Configure to be
상기 조종전극(4,6)은 방전기의 사용상 배치를 고려하여 전극의 간극조절이 용이한 형태로 방전기의 대칭면에서 한 쪽에 배치하거나 대각선으로 배치하는 방법으로 구성할 수 있으며, 기본전극들인 접지전극(5) 및 고전압전극(3)과 방전기의 안정적인 동작을 목적으로 부가한 방전회로에 순차적으로 연결시킨 각각의 기본전극(3,5)들에 대하여 2개의 간극을 형성하여 주파수 및 펄스의 크기 작동전압을 임의로 조정 가능하게 할 수 있다.The control electrodes 4 and 6 may be configured in such a way that the gaps of the electrodes are easily adjusted in consideration of the arrangement of the dischargers in a symmetric plane of the dischargers or arranged diagonally. 5) and two gaps are formed for each of the basic electrodes 3 and 5 sequentially connected to the additional discharge circuit for the purpose of stable operation of the high voltage electrode 3 and the discharger. Can be adjusted arbitrarily.
만약 방전기의 작동전압이 20kV일 때 전극사이의 간극 표준 거리는 3.5mm이고, 간극이 2.5mm에서 4.5mm 사이의 간격에서는 방전기는 안정적인 작동을 할 수 있다. 이러한 방전기의 작동전압 및 효율을 보존하기 위해서 각 전극들에 연결된 조정지지대와 플랜지에 의하여 각 전극의 간극이 임으로 조정 가능하게 된다.If the operating voltage of the discharger is 20kV, the gap standard distance between the electrodes is 3.5mm, and the discharger can operate stably at the gap between 2.5mm and 4.5mm. In order to preserve the operating voltage and the efficiency of such a discharger, the clearance of each electrode can be arbitrarily adjusted by the adjustment support and the flange connected to each electrode.
또한, 전극들 사이에 압축공기를 실린더형 구조의 전극(3∼6)들의 외면에서 중심을 향하여 흐르게 하여 전극 간극간의 방전시 발생하는 전기이온인 플라즈마 이온과 전극의 침식물을 함유한 폐공기는 전극(3∼6)들과 조정지지대(2a,2b,2c,2d)들의 중심구멍을 통하여 방전기 외부로 배출시켜 방전기의 스위치동작에 있어서 각 전극의 간극사이에 방전이후 전기절연강도를 신속히 회복시킨다.In addition, the compressed air flows between the electrodes toward the center from the outer surfaces of the electrodes 3 to 6 of the cylindrical structure, and waste air containing plasma ions, which are electrical ions generated during discharge between the electrode gaps, and erosions of the electrodes. It discharges to the outside of the discharger through the center hole of the electrodes 3 to 6 and the adjusting supports 2a, 2b, 2c, and 2d to quickly restore the electrical insulation strength after discharge between the gaps of the electrodes in the switch operation of the discharger. .
압축공기는 2개의 공기공급 관(8)을 통하여 방전기 본체(1) 안으로 직접공급하고, 각각의 전극간극에 일정한 공기흐름을 유도하기 위한 공기유도로(12)를 통과하여 전극사이로 공급된다.Compressed air is supplied directly into the discharger body 1 through two air supply pipes 8, and is passed between the electrodes through an air induction path 12 for inducing a constant air flow in each electrode gap.
공기의 공급에 있어서는 공기공급관(8)을 통하여 외부로부터 공기를 공급하거나, 반대로 조정지지대(2)를 통하여 강제로 공기를 배출시키는 방법이 모두 적용가능하며, 여과기와 가스흐름 냉각기를 이용하여 폐쇄 사이클에 따라 실현될 수도 있다. 또한 공기를 다른 여러 성분과 혼합하여 사용하거나 전기절연가스를 사용할 경우에는 방전기의 특성향상 및 크기를 줄일 수 있는 방법으로 사용될 수 있다.In the supply of air, either air is supplied from the outside through the air supply pipe (8), or conversely, the method of forcibly discharging the air through the adjusting support (2) is applicable, and a closed cycle using a filter and a gas flow cooler is applicable. It may be realized according to. In addition, when air is used in combination with other components or when an electric insulating gas is used, it may be used as a method for improving the characteristics and size of the discharger.
또한 방전기의 안정적인 작동을 위하여 본체(1) 내부의 2개의 전극사이를 자외선 방사에 의한 전극들 표면의 침식물 부착방지와 방전 여기상태의 조성을 위한 보조전극(9,10)이 배치되어 방전기의 시동 순간과 일치되어 작동하고, 방전기가 동작할 때 발생하는 자외선 방사와 전극들의 침식 물로부터 본체(1) 내부표면을 보호하기 위하여 방전기 내부에 금속보호막(11)이 설치된다.Also, for stable operation of the discharger, auxiliary electrodes 9 and 10 are disposed between the two electrodes in the main body 1 to prevent erosion of the electrodes on the surface of the electrodes by ultraviolet radiation and to form a discharge excited state. The metal protective film 11 is installed inside the discharger to operate in coincident with the moment and to protect the inner surface of the main body 1 from ultraviolet radiation and erosion of the electrodes generated when the discharger operates.
상기 조절 가능한 3극의 전극구조를 갖는 방전기의 방전회로가 도 6(a)에 나타나 있다. 이 방전회로에서, 고전압(V0)이 충전된 초기콘덴서(C0)로부터 스위치가 닫히면 충전콘덴서(C)에 충전되는 전압은 초기콘덴서(C0)의 용량이 충전콘덴서(C)보다 충분히 큰 조건(C0>> C)에서, 유도코일(L)과 다이오드(D)를 통하여 공진충진에 따라 충전콘덴서(C)에 충전되는 전압 V는 계산식에 의하여 완전충전 되는 충전사이클 끝에 이르러서는 거의 2배에 가까운가 된다. 여기서이 된다. 따라서 이러한 전기적 특성으로 인하여 결과적으로 기본전극들인 접지전극Э1(5, 24)과 고전압전극Э3(3, 22) 사이에는 2V0의 전압이 걸리게 되고, 조종전극인 Э2(4와 6, 21과 23)에는 그의 반에 해당하는 V0의 전압이 걸리게 된다.The discharge circuit of the discharger having the adjustable three-pole electrode structure is shown in Fig. 6A. In the discharge circuit, a high voltage (V 0) is filled initially the capacitor (C 0) from a closed, the switch voltage to be charged in the charging capacitor (C) is the capacity of the initial capacitor (C 0) sufficiently larger than the charged capacitor (C) Under the condition (C 0 >> C), the voltage V charged to the charging capacitor C according to the resonance charging through the induction coil L and the diode D is calculated. Almost twice as far as the end of a full charge cycle Becomes here Becomes Therefore, due to these electrical characteristics, a voltage of 2V 0 is applied between the ground electrodes Э 1 (5, 24) and the high voltage electrodes Э 3 (3, 22), and the control electrodes Э 2 (4 and 6, 21 and 23) take half the voltage of V 0 .
또한, 도 6(a)의 전기회로에서 C의 충전과 동시에 조종용 저항(Ry)을 통하여 조종용 콘덴서(Cy)도 충전된다. 충전콘덴서(C)에 충전이 완료되면, 다이오드(D)가 닫히게 되어 충전콘덴서(C)에 충전된 전압은 보존되어 결과적으로 기본전극들 Э1, Э3(3,5) 사이에는 2V0의 전압을 유지하게 된다. 다이오드(D)가 닫히면 조종콘덴서(Cy)에는 과 충전 현상이 발생하여 도 6(b)에 표시된 전극들 사이의 전위차 변화와 같이 조종전극Э2(4와 6, 21과 23)와, 접지전극Э1(5, 24) 사이에 걸리는 전위는 일정하게 유지되는 충전콘덴서(C)의 충전전압의 크기까지 높아지고, 따라서 상대적으로 조종전극Э2(4와 6, 21과 23)와, 고전압전극Э3(3, 22) 사이의 전위 차는 감소하게 된다.In addition, in the electric circuit of FIG. 6 (a), the controlling capacitor C y is also charged through the controlling resistor R y simultaneously with the charging of C. When charging is completed in the charging capacitor C, the diode D is closed so that the voltage charged in the charging capacitor C is preserved, resulting in 2V 0 between the basic electrodes Э 1 , Э 3 ( 3 , 5). Maintain the voltage. When the diode D is closed, an overcharge phenomenon occurs in the control capacitor C y so that the control electrodes Э 2 (4 and 6, 21 and 23) and ground, as shown in the potential difference between the electrodes shown in FIG. The potential applied between the electrodes Э 1 (5, 24) increases to the magnitude of the charging voltage of the charging capacitor C which is kept constant, and thus the control electrodes Э 2 (4 and 6, 21 and 23) and the high voltage electrode The potential difference between Э 3 (3, 22) is reduced.
이러한 일련의 각 전극사이의 전위 차의 변화에 따라 Э1, Э2사이의 전극 간극에 절연파괴 전압인 관통전압에 다다르면 곧바로 불꽃방전에 의한 통전현상이 일어나고 곧이어 Э2, Э3간극도 통전 되어 방전기는 짧은 시간 도통상태를 유지하는 스위치 동작을 하게 되어 충전콘덴서(C)에 충전된 에너지가 일시에 순간적으로 부하(ZL)에 모두 전달된다.In accordance with the change of the potential difference between the sequence of each of these electrodes Э 1, reaches to the feed-through voltage breakdown voltage in the electrode gap between Э 2 occurs immediately electrification phenomenon caused by spark discharge soon Э 2, Э 3 gap also energized The discharger performs a switch operation to maintain the conduction state for a short time so that the energy charged in the charging capacitor C is transferred to the load Z L instantaneously.
만약 계속적으로 고전압이 공급되고 있다면 충전콘덴서(C)에 충전된 에너지가 부하(ZL)에 모두 전달되는 순간 방전이후, 충전콘덴서(C)는 동일한 방법으로 충전주기를 가지고 재충전되고, 방전기의 동작에 따라 부하(ZL)에 에너지를 전달하는 방전을 반복한다.If the high voltage is continuously supplied, after the instant discharge when all the energy charged in the charging capacitor C is transferred to the load Z L , the charging capacitor C is recharged with the charging cycle in the same manner, and the operation of the discharger is performed. As a result, the discharge which transfers energy to the load Z L is repeated.
이 회로에서 조종저항(Ry)와 조종콘덴서(Cy)의 값을 변화함으로서 방전기의 충전 사이클 시작점과 방전기의 작동 순간을 일정한 정도로 변화시킬 수 있다. 하지만 도 6(b)의 파형도에서 보이는 것과 같이 조종전극 Э2에 걸리는 전압의 증가변화에 대한 약간 경사진 전면 때문에 방전기 동작의 시간특성의 안정성이 높지 않은단점이 있다. 방전기 동작의 이완 상태에서 동작하는 보조전극 PyФ(9,10)의 간극이 자외선 방사에 의하여 충방전 사이클의 지속성의 시간분산을 줄이고 일정한 정도로 방전기 전극간의 방전사이에 동작하여 일정한 정도의 방전기의 작동을 안정시킨다.In this circuit, by changing the values of the steering resistor (R y ) and the control capacitor (C y ), the starting point of the charge cycle of the discharger and the operating moment of the discharger can be changed to a certain degree. However, as shown in the waveform diagram of FIG. 6 (b), there is a disadvantage in that the stability of the time characteristic of the discharger operation is not high because of the slightly inclined front surface of the increase in the voltage applied to the control electrode Э 2 . The gap between the auxiliary electrodes P yФ (9,10) operating in the relaxed state of the discharger operation reduces the time dispersion of the duration of the charge / discharge cycle due to ultraviolet radiation and operates between the discharges between the discharger electrodes to a certain degree so that the operation of the discharger to a certain degree is achieved. Stabilize.
도 6의 회로에서 보다 효과적인 방전기 동작의 시간특성을 개선하기 위한 방법으로 변형된 회로는 도 7과 같다.The circuit modified in the method for improving the time characteristic of the discharger operation more effective in the circuit of Figure 6 is shown in FIG.
도 7(a)의 회로에서 충전콘덴서(C)의 충전은 도 6(a)회로의 동작과 같다. 진폭 값까지 충전콘덴서(C)가 충전되면, 다이오드(D)가 닫히게 되어 충전회로에 있는 유도코일(L)을 통하여 역 방전을 저지함으로서 충전콘덴서(C)의 충전전압(2V0)은 계속 유지된다. 충전콘덴서(C)의 충전시 함께 충전된 조종용 용량분할콘덴서 Cy1과 Cy2에 충전된 용량들은 이들의 용량 값과 유도코일(L)의 값에 의해 결정되는 LC공진에 의한 비교적 높은 주파수를 가지고 유도코일(L)을 통하여 방전을 시작한다. 이러한 과정은 방전기의 시동 임펄스를 형성하기 위해서 이용된다.The charging of the charging capacitor C in the circuit of FIG. 7A is the same as the operation of the circuit of FIG. 6A. When the charging capacitor C is charged up to the amplitude value, the diode D is closed to prevent reverse discharge through the induction coil L in the charging circuit, thereby maintaining the charging voltage (2V 0 ) of the charging capacitor C continuously. do. The capacities charged in the pilot capacity division capacitors C y1 and C y2 charged together during charging of the charging capacitor (C) have a relatively high frequency by LC resonance determined by their capacity value and the value of the induction coil (L). Discharge is started through the induction coil (L). This process is used to form the starting impulse of the discharger.
도 7(b)의 파형도에서 보이는 것과 같이 충전콘덴서(C)의 충전 시 고전압전극Э3(3, 22)의 전위는 상기와 같은 법칙에 의하여 V(t) 값으로 정해지며, 조종전극Э2(4와 6, 21과 23)의 전위는가 된다. 만약, Cy1= Cy2일 때 조종전극Э2(4와 6, 21과 23)의 전위는 V(t)/2가 되어 방전기의 전극들 사이의 2개의 간극사이의 전위는 평등하게 분할되어 나누어진다. 이것은 전극간에 동일한 간격들을 유지할 경우 충전콘덴서(C)의 충전과정에서 전극들의 전위강도를 정확히 평등하게 유지시켜 평등한 전위강도 또는 절연강도를 보장하여 결과적으로는 방전기의 최대 에너지 강도를 보장한다.As shown in the waveform diagram of FIG. 7 (b), the potential of the high voltage electrodes Э 3 (3, 22) during charging of the charging capacitor C is determined as the V (t) value according to the same rule as described above. The potential of 2 (4 and 6, 21 and 23) is Becomes If C y1 = C y2 , the potentials of the control electrodes Э 2 (4 and 6, 21 and 23) become V (t) / 2 so that the potential between the two gaps between the electrodes of the discharger is equally divided. Divided. This ensures equal potential strength or insulation strength by maintaining the same potential intensity of the electrodes exactly during the charging process of the charging capacitor C when the same intervals are maintained between the electrodes, consequently ensuring the maximum energy intensity of the discharger.
또한 충전콘덴서(C)의 충전이 완료되면 L, Cy1, Cy2회로에 재 충전과정이 계속되었을 때 도 7의 b)에서 보이는 바와 같이 처음 반주기 동안에 유도코일(L)과 다이오드(D) 사이의 중간 점의 전위는 제로(0) 정도까지 감소한다. 동시에 똑 같은 과정에 의해 조종전극Э2(4와 6, 21과 23)의 전위와도 관련하여 행해진다. 이때에 조종전극Э2(4와 6, 21과 23)와 고전압전극Э3(3, 22) 사이의 간격에 걸리는 Э2Э3간격에 있는 전위 차는 충전콘덴서(C)의 충전전압인 2V0까지 증가하기 시작하며, 방전기의 파라미터인 전극간극의 통전전압(V0 < V통전(sp)< 2V0)을 적당히 선택할 때 Э2Э3간극은 이 과정의 전면에서 절연파괴 되어 불꽃방전에 의해 통전 되며, 이로 인하여 충전콘덴서(C)의 충전전압인 고전압전극Э3(3, 22)에 걸린 전압 2V0이 조종전극Э2(4와 6, 21과 23)에 걸리게 되어 접지전극Э1(5, 24)과 조종전극Э2(4와 6, 21과 23) 사이의 간극인 Э1Э2제2의 간극 또한 과 전압에 의하여 통전 됨으로서 방전기는 순간적으로 도통상태가 된다.In addition, when charging of the charging capacitor C is completed, when the recharging process is continued in the L, C y1 , and C y2 circuits, as shown in b) of FIG. 7, between the induction coil L and the diode D during the first half cycle. The potential at the midpoint of is reduced to about zero. At the same time, the same procedure is performed with respect to the potential of the control electrodes Э 2 (4 and 6, 21 and 23). The one trillion kinds of electrode Э 2 (4 and 6, 21 and 23) and the high-voltage electrode Э 3 (3, 22), the charging voltage of 2V 0 of the potential difference between charging a capacitor (C) in the Э 2 Э 3 distance across the gap between the When the electrification voltage (V0 <V conduction (sp) <2V 0 ) of the electrode gap, which is the parameter of the discharger, is selected, the Э 2 Э 3 gap is insulated from the front of this process and is energized by the spark discharge. As a result, the voltage 2V 0 applied to the high voltage electrodes Э 3 (3, 22), which is the charging voltage of the charging capacitor C, is applied to the control electrodes Э 2 (4, 6, 21, 23) and the ground electrode Э 1 (5 , 24) and control electrode Э 2 (4 and 6, 21 and 23) a gap of 1 Э Э discharger 2 by being energized by the voltage of the second gap and also between are momentarily rendered conductive by.
또한 도 7(b)에 표시된 충전콘덴서(C)의 충전에 따른 방전기의 전압과 전극간의 전압변동을 설명하기 파형에서 방전기가 시동되는 Э2Э3간극의 통전이 일어나는 간격전압은 "γ"점으로 표시하였고, 방전기의 안정적인 동작을 수행하기 위해서는 전극간극의 조절을 통하여 "γ"점이 "α"점과 "β"점 조절될 수 있다.In addition, the interval voltage at which the energization of the Э 2 Э 3 gap in which the discharger is started is generated in the waveform to explain the voltage variation between the discharger voltage and the electrode according to the charging of the charging capacitor C shown in FIG. 7B. In order to perform a stable operation of the discharger, the "γ" point may be adjusted to the "α" point and "β" point by adjusting the electrode gap.
본 발명에서는 이러한 상기의 주파수동작방식의 조절 가능한 조종전극Э2(4와 6, 21과 23)를 갖는 3극 스파크 전극회로에 있어서 방전기로 대진폭 임펄스형태의 과도전압을 형성할 수 있도록 도 8과 같이 보다 복잡한 정형화된 제어회로가 부가된 방전회로를 제공한다.In the present invention, in the three-pole spark electrode circuit having the adjustable control electrode Э 2 (4 and 6, 21 and 23) of the above-described frequency operation method, a large amplitude impulse type transient voltage can be formed by the discharger. A discharge circuit to which a more complicated shaped control circuit is added is provided.
도 8(a)의 회로도는 상기 도 7보다 발전된 방전회로에 관한 것으로서, 충전콘덴서(C)의 충전시 전극사이의 간격에 유발되는 전위차를 동등화하기 위하여 콘덴서를 이용한 조종용 용량분할기(Cy1+ Cy3= Cy2+ Cy2)가 보충되었다. 상기와 동일한 방법에 의하여 충전콘덴서(C)에 충전이 완료되면 다이오드(D)가 닫히게 되고, 그 이후의 재 충전과정은 조종용 용량분할콘덴서 Cy1과 Cy2만 동작하게 된다. 그 이유는 용량분할콘덴서 Cy3과 Cy4는 다른 보충된 다이오드 D1에 의해 차단되기 때문이다. 만일 Cy1>> Cy2로 할 경우 Cy2에서 발생하는 전압변화에 비하여 Cy1의 전압변화는 무시될 수 있으므로 이 회로의 동작과 관련한 변수 값은 Cy2의 용량에 의해 결정되고, 그 최대 값은 3V0에 도달할 수 있다. 이는 Э2Э3간극의 통전전압이 V0근방이라고 할 때 이의 3배에 해당한다.The circuit diagram of FIG. 8 (a) relates to the discharge circuit developed from the above-described FIG. 7, and the pilot capacitor divider C y1 + using a condenser to equalize the potential difference caused by the gap between the electrodes when the charging capacitor C is charged. C y3 = C y2 + C y2 ). By the same method as described above, the charging of the charging capacitor (C) is completed, the diode (D) is closed, and the subsequent recharging process is operated only for the pilot capacity division capacitors C y1 and C y2 . The reason is that the capacitor division capacitors C y3 and C y4 are blocked by another supplementary diode D 1 . If C y1 >> C y2 , the voltage change of C y1 can be ignored compared to the voltage change occurring at C y2 . Therefore, the variable value related to the operation of this circuit is determined by the capacity of C y2 , and the maximum value Can reach 3V 0 . This corresponds to three times the current flow counter to that of the voltage V 0 Э 2 Э third gap neighborhood.
결국 Э2Э3간극의 전위가 순간적으로 통전전압의 3배 수준에 다다르는 3V0까지 상승되어 보다 확실한 방전기 시동을 이룰 수 있게된다. 또 다른 다이오드 D2와 저항기 Ry2는 방전기 동작 직후 다음 사이클 시작 전에 제어회로의 모든 요소들이 초기화될 수 있도록 용량분할콘덴서 Cy4에 충전된 전압의 방전을 위해서 사용된다.As a result, the potential of the Э 2 Э 3 gap instantaneously rises to 3 V 0 , which is almost three times the supply voltage, resulting in more reliable start-up of the discharger. Another diode D 2 and resistor R y2 are used for the discharge of the voltage charged in the capacitor division capacitor C y4 so that all elements of the control circuit can be initialized immediately after the discharge operation and before the start of the next cycle.
방전기의 안정작동구역인 "α"점과 "β"점 사이에 통전 점 "γ"을 배치하는 것은 방전기 작동의 최대 안정성 관점에서 보면 도 7 b)와 도 8 b)와 같이 하는 것이 가장 적당할 것이다. 하지만 연속사용으로 인한 장기간 사용 시 전극간극의 변화 때문에 또 방전기의 운영 및 정비에 대한 정기 작업의 관점에서 작업기간을 확대할 목적으로 충전전압과 전극간극의 거리에 대한 적당한 결합을 선택하여 동작점인 통전 점 "γ"를 초기에 "α"점 가까이 배치하는 것이 실용적이다. 이것은 방전기의 동작에 따른 전극의 마모에 따라서 통전 점 "γ"는 "β"점 쪽을 향하여 이동하게 되며, 이 점(β)에 도달하면 전극간격을 재조정해야 한다. 본 발병에서는 전극의 간극을 특수플랜지(7)와 전극(3∼6, 21∼24)들이 연결된 조정지지대(2) 및 회전축(6,7)을 임의 또는 자동으로 조절할 수 있는 파라미터 변경요소를 선정하여 조절한다.Arranging the energization point "γ" between the "α" point and the "β" point, which is the stable operation area of the discharger, is most suitable as shown in FIGS. 7B and 8B) from the viewpoint of the maximum stability of the discharger operation. will be. However, due to the change in the electrode gap during long-term use due to continuous use, and in order to extend the working period in terms of regular work on the operation and maintenance of the discharger, an appropriate combination of the distance between the charge voltage and the electrode gap is selected. It is practical to arrange the energization point "γ" near the "α" point at the beginning. This causes the energization point "γ" to move toward the "β" point in accordance with the wear of the electrode according to the operation of the discharger, and upon reaching this point β, the electrode spacing must be readjusted. In the present case, a parameter change element that arbitrarily or automatically adjusts the adjustment support 2 and the rotation shafts 6 and 7 to which the special flange 7 and the electrodes 3 to 6 and 21 to 24 are connected is selected as the gap between the electrodes. To adjust.
또한 본 발명에서는 전극 표면의 기하학적이고 물리화학적인 특성의 변화에 대비하여 실용상 장기 운영시 피할수 없이 수반되는 스파크 갭의 특성 중에 한가지인 전극표면의 변화를 방지하여 보다 안정적인 방전특성을 유지시킬 목적으로, 동시에 방전기의 시동과 관련한 방전여기상태를 형성시킬 목적으로 자외선을 방사하는 보조전극 PyФ(9,10)을 부가한다.In addition, in the present invention, in order to maintain a more stable discharge characteristics by preventing the change of the electrode surface, which is one of the characteristics of the spark gap that is unavoidable in the long-term operation practically in preparation for the change of geometric and physicochemical characteristics of the electrode surface. At the same time, an auxiliary electrode P yФ (9, 10) that emits ultraviolet rays is added for the purpose of forming a discharge excitation state associated with starting the discharger.
이러한 목적을 달성하기 위하여 도 1 및 도 3과 같이 보조전극 PyФ(9,10)을 Э2Э3간극 근처에 배치한다. 도 8(a)의 회로도와 같이, 다이오드(D)와 병렬로 완충용 저항 RyФ를 통하여 연결된 완충용 콘덴서 CyФ와 보조 스파크 갭, 즉 보조전극 PyФ(9,10)를 배치하였다.In order to achieve this object, as shown in FIGS. 1 and 3, the auxiliary electrodes P yФ (9, 10) are disposed near the gap of Э 2 Э 3 . As shown in the circuit diagram of FIG. 8A, the buffer capacitor C yФ and the auxiliary spark gap, ie, the auxiliary electrodes P yФ (9,10), connected through the buffer resistor R yФ in parallel with the diode D, were disposed.
충전콘덴서(C)의 충전이 완료되어 다이오드(D)가 닫히게 되면, 유도코일(L)을 통하여 용량분할콘덴서 Cy1과 Cy2에 충전된 전압이 LC공진에 의해 방전이 시작된다. 이 방전회로 동작에 의하여 다이오드(D)와 병렬 연결된 대략 10-6쿨롱(c; Coulomb)의 충전전하 용량을 갖는 RyФCyФ회로의 전압은 증가하기 시작한다. 콘덴서 CyФ용량에 있는 전압이 일정한 값에 도달하면 병렬로 연결된 보조스파크 갭 PyФ인 보조전극(9,10)의 간극사이에 절연파괴로 인한 불꽃방전이 발생하여 임펄스에 의한 방전기의 전극 Э2Э3간극 사이에 약하게 비추는 자외선을 방사하게 된다. 따라서 이 Э2Э3간극의 각 전극들의 표면을 자외선 방사로 인하여 항상 초기상태와 같은 깨끗한 상태를 유지시킴과 동시에 통전을 유발하는 대전입자를 형성시켜 Э2Э3간극간의 방전기 시동을 위한 방전여기상태를 형성시킨다. 이것은 종래의 외부로부터 강제로 방사선을 주사시키는 방법들에 비해 본 발명에서 제기된 보조전극PyФ(9,10) 방식은 간단한 구조와 동작원리에 의해 안정성이 보장되고 경제적인 측면에서도 보다 효율적인 동작특성을 제공한다.When the charging of the charging capacitor C is completed and the diode D is closed, the voltage charged in the capacitor division capacitors C y1 and C y2 through the induction coil L starts discharging by LC resonance. By this discharge circuit operation, the voltage of the R yФ C yФ circuit having a charge charge capacity of approximately 10 −6 coulombs (c; Coulomb) connected in parallel with the diode D starts to increase. When the voltage in the capacitor C yФ capacitor reaches a constant value, spark discharge due to insulation breakdown occurs between the gaps of the auxiliary electrodes 9,10, which are the auxiliary spark gaps P yФ connected in parallel, so that the electrodes of the discharger due to the impulse Э 2 Between the gaps of 3 will emit a light that shines lightly. Therefore Э 2 to Э because the surface of each electrode of the third gap with ultraviolet radiation to form the charged particles all the time causing the energization and simultaneously maintain a clean state as initial state, the discharge for the discharger start between Э 2 Э three gaps where Form a state. This is because the auxiliary electrode P yФ (9,10) method proposed in the present invention is more stable in terms of simple structure and operation principle and is more economically efficient than the conventional methods for injecting radiation from the outside. To provide.
이러한 일련의 작용은 방전기의 제 2의 간극인 Э1Э2사이의 간극에서도 일어난다. 이는 각 쌍의 전극 간극을 평행하게 배치함으로서 제 2의 간극인 Э1Э2사이의 간극전압의 거의 두 배에 해당하는 Э2Э3간극의 과도전압에 의한 불꽃방전에 의한 제 1의 간극인 Э2Э3간극의 통전 시 발생하는 임펄스 자외선 방사에 의하여 이루어진다. 이러한 자외선 방사에 의한 보조조명의 효과는 인화강도, 최대 조명도 조건에 대응하는 두 쌍의 간극간의 밀접한 관계로 인하여 절연거리를 확보한 조건의 최대근접과 평행한 배치 및 보조전극 PyФ(9,10)의 배치에 밀접한 관련이 있다.This series of actions also occurs in the gap between Э 1 Э 2 , the second gap of the discharger. This is because the pair of electrode gaps are arranged in parallel, which is the first gap due to the spark discharge due to the transient voltage of the Э 2 Э 3 gap, which is almost twice the gap voltage between the second gap Э 1 Э 2 . Э 2 Э 3 This is caused by the impulse ultraviolet radiation generated when the gap is energized. The effect of the supplementary illumination by the ultraviolet radiation is due to the close relationship between the two pairs of gaps corresponding to the ignition intensity and the maximum illuminance condition, and the parallel arrangement and the auxiliary electrode P yФ (9, It is closely related to the arrangement of 10).
또한 본 발명에 의한 방전기의 시동회로는 특별한 동기회로와 별도의 외부 시동 트리거회로(Trigger Circuit)를 필요로 하지 않기 때문에 회로를 보단 단순화하여 독립적으로 자체적인 동작조건에 의하여 조종전극의 조절만 가지고 주파수 변환 동작 및 방전기의 스위칭 동작전압 등의 제반 특성을 조절할 수 잇기 때문에 신뢰성과 안정성을 근본적인 방법을 통하여 높일 수 있어 실제 산업의 적용에 유용한 것을 특징으로 한다.In addition, since the starter circuit of the discharger according to the present invention does not require a special synchronization circuit and a separate external starter trigger circuit (Trigger Circuit), the circuit is simplified rather than the frequency of the control electrode independently by its own operating conditions independently. Since various characteristics such as the conversion operation and the switching operation voltage of the discharger can be adjusted, reliability and stability can be improved through fundamental methods, and are useful for real industrial applications.
도 1 내지 도 3에 나타낸 방전기의 기계적 구성에서, 상기 설명한 방전회로의 전기회로부품에 대한 단면도는 생략된 것이다.In the mechanical configuration of the discharger shown in Figs. 1 to 3, cross-sectional views of the electric circuit components of the discharge circuit described above are omitted.
본 발명에 따른 방전기에 사용되는 각 전극(3∼6, 21∼24)들의 재질은 강도 및 물리-화학적 특성을 고려하여 텅스텐과 구리의 분말합금(W+Cu)의 재질을 사용한다. 이는 방전기의 동작 시 스파크 갭 특성상 불꽃방전에 의하여 전극의 마모에 대비한 통상적인 내마모성 재질을 고려한 것이다. 방전기의 본체(1)는 도 1 및 도 3 방전기 모두 전극사이의 절연회복과 안정적 특성을 목적으로 부가적으로 압축공기를 사용한다는 관점에서 밀폐형 구조를 가지게 되는데 고전압을 절환하는 방전기의 용도에 맞춰 크기를 최소화하여 효율적으로 제작하기 위해서 또한 특수구조로 인한 가공성을 고려하여 테프론 등의 절연재질을 사용한다.The materials of the electrodes 3 to 6 and 21 to 24 used in the discharger according to the present invention are made of a powder of tungsten and copper powder (W + Cu) in consideration of strength and physical-chemical properties. This is in consideration of the conventional wear-resistant material against the wear of the electrode by the spark discharge due to the spark gap characteristics during operation of the discharger. The main body 1 of the discharger has a closed type structure in terms of the use of compressed air for the purpose of insulation recovery and stable characteristics between the electrodes in Figs. 1 and 3, and is sized for the use of the discharger for switching high voltage. In order to minimize the efficiency and to manufacture efficiently, insulation materials such as Teflon are used in consideration of workability due to special structure.
동시에 전기적인 회로의 특성을 고려하여 도 1의 조정지지대(2) 및 도 2의 원판형 회전조종전극Э2(21,23)의 조종전극회전축(25)은 특수 구조를 갖는 구리(Cu)재질을 사용하고 조정지지대(2)와 결합되어 전극간극의 조절을 목적으로 사용되는 특수플랜지(7)는 본체와 같은 재질을 사용한다. 금속보호막(11)은 본체(1) 내벽을 자외선 방사로부터의 보호목적과 도 1의 방식의 방전기에서 전극 4와 전극 6의 전기적 연결을 통하여 조종전극(Э2)으로 사용하는데 있어 전기적인 연결을 간편하게 하는데도 사용될 수 있다.At the same time, in consideration of the characteristics of the electrical circuit, the adjusting support 2 of FIG. 1 and the control electrode rotating shaft 25 of the disk-shaped rotating control electrodes Э 2 (21, 23) of FIG. 2 are made of copper (Cu) having a special structure. Using a special flange (7) used for the purpose of adjusting the electrode gap is coupled to the adjusting support (2) using the same material as the body. Metal protection film 11 is an electrical connection in using a one trillion kinds of electrodes (Э 2) through the electrical connection between the electrode 4 and the electrode 6 in the discharger of the system of Figure 1 and the protective object from the main body 1, the inner wall ultraviolet radiation It can also be used to simplify things.
본 발명의 압축공기에 의한 전극의 절연회복 특성을 위한 방전기의 작동을 도 4를 참고로 설명한다. 또한, 도 5의 방전기의 전기적 결선에 보이는 것과 같이 금속보호막(11)또는 방전기 외부에 전기도선을 이용하여 평행으로 배치된 두 쌍의 전극간극 중 한 쌍의 한쪽 전극과 다른 쌍의 한쪽 전극을 전기적으로 연결한다. 도 4 및 도 5와 같이 대각선에 위치한 전극들을 전기적으로 연결한 예를 보이고 있는데, 이러한 배치의 구성은 방전기의 실용상 배치에 따라 한쪽에 배치하거나 대각선으로 배치하는 방법 모두 가능하다. 이는 배치에 따라 전극간극의 조절이 용이한 형태로 배치하면 될 것이다.Operation of the discharger for insulating recovery characteristics of the electrode by the compressed air of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, as shown in the electrical connection of the discharger of FIG. 5, one of the pair of electrodes and the other of the pair of electrode gaps arranged in parallel by the use of electrical conductors outside the metal protective film 11 or the discharger is electrically connected. Connect with 4 and 5 show an example of electrically connecting the electrodes disposed diagonally, the configuration of this arrangement can be arranged either on one side or diagonally according to the practical arrangement of the discharger. This may be arranged in a form in which the electrode gap can be easily adjusted according to the arrangement.
도 4,에 있어서 도 1 및 도 3에 표시된 공기공급 관(8)을 통하여 방전기로 유입되는 공기는 각 전극들과 직선방향으로 배치된 공기유도로(12)에 의해 일정한 분포로 확산되어 실린더형 전극(3∼6)들의 외면에서 중심을 향하여 전 영역에 걸쳐 흐르게 되고, 전극간극의 작은 틈새를 통과한 공기는 실린더형 전극(3∼6)들의 내부를 통하여 구리로 된 관 형태의 특수구조의 조정지지대(2)의 내부를 통하여 방전기 본체(1) 외부로 배출된다. 이때 공기공급과 배기를 위하여 관 형태의 조정지지대(2)의 끝 부분과 공기공급 관(8)의 끝에 소켓(20)을 부착하여 외부 관과 연결하여 공기공급을 수행한다. 공기공급은 강제적으로 공기공급 관(8)을 통하여 공기를 공급하는 것과 반대로 조정지지대(2)에 연결된 관을 이용하여 강제배출에 의한 방법 및 여과기 와 가스흐름 냉각기를 이용하여 폐쇄 경로를 구성하는 방법 모두 가능하다. 또한 공기 대신에 절연가스 또는 절연가스와 공기를 혼합하여 사용하여 방전기의 동작특성을 더욱 개선할 수 있는 방법도 가능하다.In Fig. 4, the air flowing into the discharger through the air supply pipe 8 shown in Figs. 1 and 3 is diffused in a constant distribution by the air induction path 12 arranged in a linear direction with the electrodes and is cylindrical. In the outer surface of the electrodes 3 to 6, it flows over the whole area toward the center, and the air passing through the small gap of the electrode gap passes through the interior of the cylindrical electrodes 3 to 6 to form a special tube-shaped structure. It is discharged to the outside of the discharger main body 1 through the inside of the adjustment support 2. At this time, the socket 20 is attached to the end of the pipe-shaped adjustment support 2 and the end of the air supply pipe 8 for air supply and exhaust, and is connected to an external pipe to perform air supply. The air supply is forcedly discharged using a pipe connected to the adjustment support 2 as opposed to forcibly supplying air through the air supply pipe 8 and a method of forming a closed path using a filter and a gas flow cooler. All is possible. In addition, it is also possible to further improve the operating characteristics of the discharger by using an insulating gas or a mixture of insulating gas and air instead of air.
본 발명에서의 압축공기의 용도는 방전기의 전극간극사이의 불꽃방전에 의한 전극 침식물 및 방전시 형성되는 플라즈마 이온 등의 대전입자를 제거함으로서 전극사이의 급속한 절연회복의 목적으로 사용된다. 동시에 방전기의 동작에 의한 전극간의 고에너지 전달에 의한 전극의 열화 등으로 인한 전력의 손실 및 전극 재질을 특성변화를 방지하기 위한 전극의 냉각목적에도 사용된다.The use of compressed air in the present invention is used for the purpose of rapid insulation recovery between electrodes by removing electrode erosions caused by spark discharges between electrode gaps of dischargers and charged particles such as plasma ions formed during discharge. At the same time, it is also used for the purpose of cooling the electrode to prevent the loss of electric power due to the deterioration of the electrode due to the high energy transfer between the electrodes by the operation of the discharger, and to prevent the characteristic change of the electrode material.
따라서 본 발명에 의한 주파수 동작특성의 유지를 위해서 방전기의 첫 번째동작과 다음 동작의 주기와 관련하여 방전기의 통전영역에 해당하는 전극들의 간극 틈으로 방전기의 주파수동작시간 이내의 공기의 속도를 갖는 것이 무엇보다 중요하다. 방전기의 안전적 동작에 필요한 공기의 소비량은 이러한 상관관계를 통하여 쉽게 구할 수 있다. 즉, 방전기의 용량 및 동작주파수에 따라 방전기를 동작시키는 전압을 결정하는 전극의 간극 및 전극의 크기에 따라 모든 파라미터를 정할 수 있을 것이다.Therefore, in order to maintain the frequency operation characteristics according to the present invention, the air gap within the frequency operation time of the discharger is formed by the gap between the electrodes corresponding to the conduction region of the discharger in relation to the period of the first operation and the next operation of the discharger. Most important of all. The air consumption required for the safe operation of the discharger can be easily obtained through this correlation. That is, all the parameters may be determined according to the gap of the electrode and the size of the electrode to determine the voltage for operating the discharger according to the capacity and operating frequency of the discharger.
또한 본 발명의 특징인 방전기의 안정적인 특성의 유지를 위하여 사용하는 압축공기의 흐름과 관련하여 전극(3∼6)들의 기하학적 형태를 실린더 형태로 한 것과 조정지지대(2)를 동심의 원형 관으로 사용한 것에 의하여 전극사이의 불꽃방전에 의하여 생성된 대전입자들로 인한 전위경도를 갖는 것을 방지하기 위하여 동일한 극성을 갖는 동심원 내부의 전계는 제로(0)가 된다는 것을 전기적인 이론을 달성하여 방전기 동작 중에 전위경도의 차로 인한 동작특성의 변화 및 전력 소비를 방지하기 위한 구성으로 된 것을 특징으로 한다.In addition, in relation to the flow of compressed air used for maintaining stable characteristics of the discharger, which is a feature of the present invention, the geometry of the electrodes 3 to 6 is in the form of a cylinder and the adjustment support 2 is used as a concentric circular tube. To achieve an electrical theory that the electric field inside concentric circles of the same polarity is zero (0) in order to avoid having potential hardness due to charged particles generated by spark discharge between the electrodes. Characterized in that it is configured to prevent changes in operating characteristics and power consumption due to the difference in hardness.
본 발명에 의한 방전기의 동작 한계 주파수는 상기의 여러 가지 파라미터들의 복합함수에 따라 좌우된다. 이러한 파라미터들은 전극의 재료와 전극의 기하학적 형태, 공기의 유속 및 압력, 방전기의 동작 임펄스 당 절환되는 스위칭에너지, 방전전압 및 방전전류가 유동하는 조건 등에 좌우된다. 이러한 조건들 속에 동일한 조건에서의 공기를 사용하지 않을 경우 실험적으로 얻은 방전기의 동작주파수는 200∼400Hz의 값으로 한정되었으나, 이는 도 9 및 도 10과 같은 종래의 기술에 비하여서는 전혀 손색이 없음을 방전기의 방전회로의 구성과 구조만으로도 종래의 기술에 비하여 탁월한 특성을 보인다고 할 수 있다. 여기에 공기를 보충하여 사용함으로서 그 특성을 10배 이상 상승시킬 수 있을 뿐만 아니라 실용상의 장기사용에 있어서도 상기의 설명한 원리에 의한 전극의 수명연장과 안정적인 동작특성을 특징으로 한다. 사용되는 공기의 소비량은 방전기의 실제 동작과 관련하여 일련의 파라미터에 의하여 결정할 수 있다.The operating limit frequency of the discharger according to the present invention depends on the complex function of the various parameters described above. These parameters depend on the material of the electrode and the geometry of the electrode, the air velocity and pressure, the switching energy switched per operating impulse of the discharger, the conditions under which the discharge voltage and discharge current flow. When air is not used under these conditions, the operating frequency of the experimentally obtained discharger is limited to a value of 200 to 400 Hz. However, this is in no way inferior to conventional technologies such as FIGS. 9 and 10. Only the configuration and structure of the discharge circuit of the discharger can be said to exhibit excellent characteristics compared to the prior art. By supplementing the air with this, not only the characteristic can be increased more than 10 times, but also the long life of the electrode and the stable operation characteristics of the electrode according to the above-described principles are also used for practical long-term use. The consumption of air used can be determined by a series of parameters with respect to the actual operation of the discharger.
본 발명에 의한 방전기를 이용하여 10kW 내외의 스위칭 전력에 대한 2∼3kHz 정도의 주파수 동작특성을 갖도록 방전기를 동작시키기 위해서는 초당 10에서 50리터(10∼50 ℓ/sec)의 공기가 필요로 하며, 방전기의 요구되는 동작조건에 따라 공기의 소비의 파라미터를 결정하면 여하히 방전기의 동작특성을 조절할 수 잇는 것을 특징으로 한다.In order to operate the discharger to have a frequency operating characteristic of about 2 to 3kHz for the switching power of about 10kW by using the discharger according to the present invention, air of 10 to 50 liters (10 to 50 L / sec) is required. If the parameter of the consumption of air according to the required operating conditions of the discharger is characterized in that the operating characteristics of the discharger can be adjusted.
또한 본 발명에 의한 조종전극Э2(4와 6 및 21과 23)들에 의한 방전기의 동작 특성을 조절하는 것에 있어서, 우선적으로 방전기의 동작특성에 따른 방전기 각 전극간의 간격조절이 중요하다. 도 1의 방전기의 구성에 있어서, 전극간의 간극조절은 각 전극(3∼6)들에 연결된 특수구조의 조정지지대(2)와 특수플랜지(7)에 의해서 수행된다. 일정한 간격의 피치를 갖는 조정지지대(2)와 특수플랜지(7)의 결합에 의하여 방전기의 정기 정비 시에 임의로 전극간극을 조절하거나 회전체(도시 안됨)를 부착하여 자동으로 전극 조절이 가능하게 할 수 있다.In addition, in adjusting the operating characteristics of the discharger by the control electrodes Э 2 (4 and 6 and 21 and 23) according to the present invention, it is important to first control the interval between the discharge electrodes according to the operating characteristics of the discharger. In the configuration of the discharger of FIG. 1, the gap adjustment between the electrodes is performed by the adjusting support 2 and the special flange 7 of the special structure connected to the electrodes 3 to 6. By the combination of the adjusting support 2 and the special flange 7 having a pitch of a certain interval, it is possible to adjust the electrode gap arbitrarily during regular maintenance of the discharger or to attach the rotating body (not shown) to automatically adjust the electrode. Can be.
외부의 회전체를 이용한 전극간극의 자동조절에 있어서는 방전기의 각 전극에 걸리는 전압 파형을 일반적인 고주파 측정회로를 이용하여 검출하여 마이크로프로세서를 이용하거나 별도의 회로를 구성하여 전극의 자동조절을 이룩할 수 있으나 이는 일반적인 여러 가지의 제어방법이 사용될 수 있기 때문에 본 발명의 명세서에는 구체적인 설명을 생략한다.In the automatic adjustment of the electrode gap using an external rotating body, the voltage waveform applied to each electrode of the discharger can be detected by using a general high frequency measurement circuit, and the electrode can be automatically adjusted by using a microprocessor or by configuring a separate circuit. Since a variety of general control methods can be used, the detailed description of the present invention will be omitted.
본 발명의 방전기에 대한 산업상 실제사용에 있어서, 전극간극의 자동조절은 본 발명의 상기에서 설명한 구성에 의하여 방전기의 동작중이나 또는 연속사용에 따른 정기 정비시 임의조정이 모두 가능한 구성을 제공한다.In the industrial practical use for the discharger of the present invention, the automatic adjustment of the electrode gap provides a configuration that can be arbitrarily adjusted both during operation of the discharger or during regular maintenance according to continuous use by the above-described configuration of the present invention.
상기 도 1의 방전기에 있어서, 기본전극(3,5)들과 조종전극(4,5)의 배치는 각 전극들의 구성 및 구조가 동일한 형태를 갖는 특징으로 인하여 실제 방전기의 배치에 따라 전극간극들의 조정이 유리한 배치에 따라 조종전극(4,5)들을 각 쌍의 전극간극에 대하여 평행 또는 대각의 위치에 임의로 배치할 수 있어 실제 방전기의 적용에 따른 배치에 대하여 크게 제약을 받지 않게 된다.In the discharger of FIG. 1, the arrangement of the base electrodes 3 and 5 and the control electrodes 4 and 5 has the same configuration and structure of the electrodes, so that the electrode gaps may be changed according to the arrangement of the actual discharger. The control electrodes 4 and 5 can be arbitrarily arranged in parallel or diagonal positions with respect to each pair of electrode gaps in accordance with an arrangement in which adjustment is advantageous, so that the arrangement according to the application of the actual discharger is not greatly restricted.
본 발명의 부가적인 보조전극 PyФ(9,10)의 역할은 상기 동작원리와 구성의 설명에서와 같이 방전기의 수명과 안정적 동작특성에 밀접한 관계가 있는 것을 특징으로 하며, 보조전극 PyФ(9,10)의 배치는 하나의 보조전극 PyФ(9,10)중 한쪽전극(9)은 제 1의 간극인 Э2Э3간극의 바로 옆에, 도 8의 방전회로의 구성에 따라 고전압전극(3, 22)인 Э3전극에 직접 연결하여 배치하고 또 다른 하나의 상대 보조전극(10)은 본체(1)에 보조전극지지대(13)를 통하여 고정하고 방전기 회부에 보조전극 회로를 구성하여 수행한다.Additional roles of the auxiliary electrode P yФ (9,10) of the present invention is characterized in that is closely related to life and stable operating characteristics of the discharger, as shown in the description of the operating principle and structure, the auxiliary electrode P yФ (9 10 is arranged so that one of the auxiliary electrodes P yФ (9,10) has a high voltage electrode according to the configuration of the discharge circuit of FIG. 8, right next to the gap of Э 2 Э 3 as the first gap. (3, 22) is placed and connected directly to the electrode 3 and the other auxiliary auxiliary electrode 10 is fixed to the main body 1 through the auxiliary electrode support 13 to configure the auxiliary electrode circuit to the discharger Perform.
본 발명에 의한 방전기의 또 다른 특징은 일반적으로 이러한 방전기의 동작에 있어서 빈번히 발생하는 부하의 변동 등에 의한 과 전압 및 과부하에 대한 안정적 특성을 갖는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 방전기의 안정적인 동작특성을 유지하는 허용 부하의 변동 값은 방전기 동작 평균값의 ±20%의 변동영역 내에서는 안정적인 동작을 수행하며, 그 이상의 급격한 부하의 변동요건에 대해서도 종래의 기술인 반도체 등의 전기소자를 이용한 방전기 및 기계방식의 방전기에 있어서의 절연지지대의 파손으로 인한 위험성과 비교하여 조종전극Э2(4와 5 및 21과 23)들의 구성에 의한 3극의 방전기 구성에 있어서 균등한 전기강도를 분할시켜 과부하로부터의 충격을 완화시키고 실린더형 전극 구조 및 특수 구조의 동심 관을 사용하여 전계를 흡수시킴으로서 에너지의 손실방지와 급격한 부하변동요인에 의한 과부하에 대한 충격에 내하여 높은 내구성을 갖는 것을 특징으로 한다.Another feature of the discharger according to the present invention is characterized in that it has a stable characteristic against overvoltage and overload due to load fluctuations, etc., which frequently occur in the operation of such a discharger. The fluctuating value of the allowable load which maintains the stable operating characteristics of the discharger according to the present invention performs stable operation within a fluctuation range of ± 20% of the average discharger operation value. Compared with the risk of breakage of the insulating support in the discharger using the electric element and the mechanical discharger, the equality in the discharge arrangement of the 3-pole by the configuration of the control electrodes Э 2 (4, 5, 21 and 23) By dividing the electric strength, shock from overload is alleviated, and absorbing electric field by using cylindrical electrode structure and special concentric tube to prevent high energy loss and shock against overload caused by sudden load change factor. It is characterized by having.
본 발명은 상기의 이러한 원리 및 구성방법에 의하여 날로 관심과 산업상의 용도가 증폭되고 있는 고전압 펄스전원장치와 임펄스제너레이터의 에너지 절환에 반드시 필요한 핵심기술인 절환방법의 제공과 스위칭 소자로 제공될 수 있으며, 종래의 기술에 비하여 실제 산업의 요구되는 안정성과 동작효율 특성을 갖으며, 동시에 연속상용목적의 긴 수명이 요구되는 고전압펄스용도의 장비들에 사용될 수 있으며, 최근 산업의 여러 용도에 적용되는 플라즈마기술과 관련하여 플라즈마 발생을 위한 기계물리학 및 전기물리학, 물리화학분야의 연구에도 활용될 수 있다.The present invention can be provided as a switching element and a switching element which is a core technology necessary for energy switching of a high voltage pulse power supply device and an impulse generator, which are increasingly amplified by interest and industrial use by the above principles and construction methods. Compared with the conventional technology, it can be used in high voltage pulse equipment that has the required stability and operation efficiency characteristics of the actual industry, and at the same time requires a long life of continuous commercial purposes, and is a plasma technology applied to various applications of the recent industry. In this regard, it can be used for research in mechanical physics, electrophysics and physical chemistry for plasma generation.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 조종전극Э2(4와 6 및 21과 23)들 갖는 3극의 전극구조를 갖는 방전기에 있어서, 안정적 동작제어를 위한 방전회로, 급속한 전극간의 절연회복을 위한 공기공급, 전극간 신뢰성을 유지한 안정된 방전형성을 도와주는 보조전극 PyФ(9,10) 및 각 전극의 구조 및 배치에 따른 특성에 의하여 연속사용시에도 긴 수명을 가지고, 별도의 시동회로를 요구하지 않으며, 고전압펄스의 고주파 스위칭이 가능한 대 전력 절환특성을 가진 고전압 펄스 스위치를 제공할 수 있다.As described above, the present invention, in the discharger having a three-pole electrode structure having a control electrode Э 2 (4 and 6 and 21 and 23), the discharge circuit for stable operation control, for rapid recovery of insulation between the electrodes Auxiliary electrodes P yФ (9,10), which help to supply stable air and maintain stable discharge between electrodes, and the characteristics of the structure and arrangement of each electrode have a long life even in continuous use and require a separate starting circuit. In addition, it is possible to provide a high voltage pulse switch having high power switching characteristics capable of high frequency switching of high voltage pulses.
또한 본 발명에 의한 방전기는 수 킬로헤르츠(∼kHz)의 주파수 특성을 갖는 고전압임펄스를 간편하고 효율적인 방법으로 임의조정 가능하게 하는 것으로, 산업 상 또는 기타 목적의 고 주파수특성 및 고전압임펄스를 발생이 요구되는 장치에 있어, 이에 대한 핵심기술인 스파크-갭 스위치(방전기) 또는 스위칭 소자로 사용할 수 있다.In addition, the discharger according to the present invention makes it possible to arbitrarily adjust a high voltage impulse having a frequency characteristic of several kilohertz (˜kHz) in a simple and efficient manner, and it is required to generate a high frequency characteristic and a high voltage impulse for industrial or other purposes. In a device that is used, it can be used as a spark-gap switch (discharger) or a switching element, which is a key technology for this.
또한, 방전기의 구성상 안전성과 신뢰성을 토대로 실제 산업에 필요한 고전압 펄스전원장치 또는 펄스발생기의 제작에 있어 장치의 크기를 대폭 줄일 수 있는 탁월한 효과가 있다.In addition, there is an excellent effect that can significantly reduce the size of the device in the manufacture of a high voltage pulse power supply or pulse generator required for the actual industry based on the safety and reliability of the discharger configuration.
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