RU1809483C - Способ управлени срабатыванием разр дника со скольз щим разр дом - Google Patents

Abstract

Способ управлени  срабатыванием разр дника со скольз щим разр дом. Сущность: на поверхности непол рного диэлектрика с удельным поверхностным сопротивлением/ 10 Ом создают отрицательный электрический зар д путем подачи на высоковольтный электрод напр жени  отрицательной пол рности. Затем область отрицательного зар да облучают излучением импульсного лазера. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к электроразр дной технике и может быть использовано при создании систем коммутации в различных электрофизических установках с частотным режимом работы.

Цель изобретени  упрощение схемы запуска и повышение ее надежности.

Осуществление предлагаемого способа по сн етс  на чертеже и заключаетс  в следующем . Вначале начинают повышать напр жение (-U3ap) на емкостном накопителе энергии 1, соединенном с высоковольтным электродом 2 разр дника. Присутствие напр жени  (-(Jaap) на высоковольтном электроде 2 вызывает интенсивную автоэлектронную эмиссию (при Е 107 В м1), особенно сего

микронеровностей на кромке касани  поверхности диэлектрика 3 (Е 109 В ), что порождает в приэлектродной области электронные лавины с большой начальной концентрацией электронов (пе 1012 ... 1013 м ). Эмиттируемые электроны в резконеод- нородном электрическом поле движутс  по сложной траектории с переменной крутизной наклона к поверхности диэлектрика 3, завис щей от соотношени  нормальной и тангенциальной составл ющих этого пол . Вход щие в состав воздуха электроотрицательные газы 02, СО, С02 (за счет большого сродства к электрону) способствуют тому, что в поле лавин образуютс  отрицательные ионы, которые оседают на непол рный диэ00

о

S

с со

лектрик 3 и закрепл ютс  в ловушках или отдают электрон поверхностным состо ни м . Таким образом, в результате совместного действи  ионного и электронного потоков диэлектрическа  подложка 3 вблизи высоковольтного электрода 2 приобретает поверхностный отрицательный зар д и выполн ет роль идеального запирающего электрода за счет экранировани  пол  высоковольтного электрода 2. Известно, что уменьшение числа свободных электронов и по вление вместо них отрицательных ионов тормозит нарастание ионизационных токов , затрудн ет формирование электрического разр да и приводит к повышению напр жени  самопробо  разр дного промежутка Ui по сравнению с 0Пр, где Unp Епр I - импульсное напр жение пробо  разр дного промежутка длиной I скольз щим разр дом,

Дл  характерных зазоров с см напр женность пол  самопробо  составл ет величину ЕПр (3 ... 3,5) кВ/см. Так как подложка 3 выполнена в виде непол рной диэлектрической пленки(лавсан, триацетат целлюлозы, полиимидна  пленка) с высоким удельным поверхностным сопротивление (р 1012 Ом), то незначительные токи утечек способствуют сохранению поверхностного-отрицательного зар да .вблизи высо- ковольтного электрода 2, формиру  идеальный управл ющий электрод и повыша  величину напр жени  самопробо  разр дника Ui Unp (на 10 ... 12 кВ при 9 ).

Установив величину напр жени  на высоковольтном электроде 2 равную U Unp + Ди (где Ли 3 ... кВ), освещают на диэлектрике область управл ющего электрода излучением 4 импульсного лазера с плотностью энергии в пучке на уровне 0,1 Дж/см2, оказывающим тепловое воздействие на непол рную диэлектрическую пленку и вызывающим частичную десорбцию отрицательных ионов с ее поверхности при достаточно большой длительности импульса излучени  г 0,1 мс. Кроме того, полиимидна  пленка в услови х работы диэлектрической подложки разр дника при импульсном освещении пучком лазера с плотностью энергии 0,1 Дж/см2 и ,1 мкс приобретает фоторезистивные свойства. Это приводит к кратковременному сн тию отрицательного поверхностного зар да из зоны разр дного промежутка между высоковольтным электродом 2 и заземленным электродом 5, соединенным с токопровод - щей обкладкой б на обратной стороне диэлектрика 3. Таким образом, возникают услови  дл  пробо  разр дника и передачи энергии от накопител  1 в нагрузку 7, поскольку напр жение самопробо  разр дника понижаетс  до .величины Unp. После пробо  разр дника вновь повышаетс  напр жение самрпробо , так как на высоковольтном электроде 2 посто нно присутствует высокий потенциал (-U3ap), задающий формирование поверхностного отрицательного управл ющего электрода. Дальнейшее повторное освещение области управл ющего электрода импульсами лазерного излучени  вызывает периодическое

срабатывание разр дника. Таким образом, процесс коммутации происходит с частотой, определ емой частотой следовани  импульсов лазерного излучени , при этом максимальна  частота ограничена временем

восстановлени  отрицательного поверхностного зар да.Известно, что процессы зар дки подложки не прекращаютс  и при напр жении Unp. Следовательно, отрицательный потенциальный барьер начинает

восстанавливатьс  уже в момент возникновени  пробо  разр дника за врем , определ емое скоростью дрейфа электронов, ионов и длиной пробега зар дов в воздухе. Самоторможение электронных лавин в

близких услови х (см. статью Андреева С. М., Новиковой Г. М. О роли взрывных процессов на катоде при пробеге газозар дного промежутка в услови х высокого перенапр жени //ЖТФ, - 1980. - Т. 50, №

3 - С. 530 - 535) наблюдаетс  на рассто нии 40 мкм от высоковольтного электрода, что при скорости дрейфа электронов Ve (3 ... 6) 10 м/с и ионов Vi 10 м/с дает оценку максимальной величины времени восстановлени  электрической прочности разр дника на уровне 40 не.

Экспериментальна  отработка способа управлени  срабатыванием разр дника со скольз щим разр дом проводилась на диэлектрических пленках типа лавсан, триацетат целлюлозы, полиимидна  пленка, толщина которых измен лась от 40 мкм до 175 мкм. Использовались импульсные лазеры с длиной волны 0,69 мкм, 1,06 мкм, 10,6

мкм и длительностью импульса излучени  от 30 не до 0,5 мс. При плотности энергии излучени  на поверхности пленки 0,1 Дж/см2 управление срабатыванием разр дника происходило с меньшей надежностью,

чем при плотности 0,1 Дж/см2 и выше. Однако при плотности энергии лазерного и злу-, чени  0,1 Дж/см2 в частотном режиме энерговклада на пленке возникали остаточные следы, деструкции диэлектрика.

Использование предлагаемого способа управлени  срабатыванием разр дника со скольз щим разр дом обеспечивает по сравнению с прототипом упрощение схемы запуска и повышение ее надежности, так как отпадает необходимость использовани  дополнительного источника посто нного напр жени  дл  питани  механизма (электродвигател ) перемещени  диэлектрика.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ управлени  срабатыванием разр дника со скольз щим разр дом по поверхности непол рного диэлектрика в виде пленки с удельным поверхностным сопротивлением р 10 Ом, на одной стороне

   0

   которого установлены высоковольтный электрод и заземленный электрод, а на другой стороне которого расположена токопро- вод ща  обкладка, соединенна  с заземленным электродом, включающий создание на поверхности диэлектрика вблизи высоковольтного электрода отрицательного зар да путем подачи на высоковольтный электрод напр жени  отрицательной пол рности , отличающийс  тем, что, с целью упрощени  и повышени , надежности , указанную область отрицательного зар да на поверхности диэлектрика облучают излучением импульсного лазера с плотностью энергии на поверхности диэлектрика на уровне 0,1 Дж/см .

   V 2 Л

   3

   И,

   I I

   V 2 Л

   /