RU2094965C1

RU2094965C1 - Power supply system for plasma source with nonincandescent compensating cathode

Info

Publication number: RU2094965C1
Application number: RU94001076/25A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Нестеренко; Б.А. Архипов; К.Н. Козубский
Original assignee: Опытное конструкторское бюро "Факел"
Priority date: 1994-01-11
Filing date: 1994-01-11
Publication date: 1997-10-27

Abstract

FIELD: plasma technology and space engineering. SUBSTANCE: power supply system has charge initiating source 6 connected to cathode 3 and to ignitor electrode 4 of nonincandescent compensating cathode 2. Positive pole of discharge source 3 is connected to anode 1 and its negative pole, to cathode 7 and ignitor electrode 4 through diodes 7. EFFECT: improved service life and starting reliability of compensating cathode. 1 dwg

Description

Изобретение относится к источникам плазмы с безнакальным катодом-компенсатором, применяемым в плазменной технологии и к электроракетным двигателям, используемым в космической технике. The invention relates to plasma sources with a non-heating compensating cathode used in plasma technology and to electric rocket engines used in space technology.

Известна двигательная установка на базе стационарного плазменного двигателя, который содержит анодный блок и плазменный катод-компенсатор с нагревателем для стартового разогрева катода, а также поджигной электрод для инициирования разряда. Система электопитания стационарного плазменного двигателя содержит источник питания разряда, подключенный к аноду и катоду двигателя. К стартовому нагревателю катода-компенсатора подключен источник электропитания накала для разогрева катода до рабочих температур, а к катоду и поджигному электроду источник инициирования разряда. Катушки намагничивания двигателя могут быть записаны от автономного источника электропитания или включены в цепь разряда [1]
Недостатками известной двигательной установки являются сложность системы электропитания, сложность конструкции катода-компенсатора и его невысокие динамические характеристики из-за необходимости стартового разогрева катода до рабочих температур в течение нескольких десятков секунд.Known propulsion system based on a stationary plasma engine, which contains an anode block and a plasma cathode-compensator with a heater for starting heating of the cathode, as well as an ignition electrode for initiating a discharge. The power supply system of a stationary plasma engine contains a discharge power source connected to the anode and cathode of the engine. An incandescent power supply is connected to the starting heater of the cathode-compensator to warm the cathode to operating temperatures, and a discharge initiation source is connected to the cathode and the ignition electrode. The magnetization coils of the motor can be recorded from an autonomous power source or included in the discharge circuit [1]
The disadvantages of the known propulsion system are the complexity of the power supply system, the design complexity of the cathode-compensator and its low dynamic characteristics due to the need for starting heating of the cathode to operating temperatures for several tens of seconds.

Известен электроразрядный прибор с анодом, полым безнакальным катодом-компенсатором и системой электропитания, принятый за прототип [2] Катод-компенсатор устройства содержит поджигной электрод и собственно катод, выполненный из пористого тугоплавкого материала, например вольфрама, который пропитан активатором веществом с малой работой выхода электрона, например, алюминатом бария-кальция. Через катод-компенсатор прокачивается плазмообразующий газ. Система электропитания содержит источник разрядного напряжения, подключенный положительным полюсом к аноду и отрицательным полюсом к катоду, а также однополярный источник инициирования разряда, подключенный отрицательным полюсом к катоду и положительным полюсом к поджигному электроду катода-компенсатора. A known electric-discharge device with an anode, a hollow non-heating cathode-compensator and a power supply system adopted for the prototype [2] The cathode-compensator of the device contains a firing electrode and the cathode itself, made of a porous refractory material, for example tungsten, which is impregnated with an activator with a substance with a small electron work function for example, barium calcium aluminate. Plasma-forming gas is pumped through the compensating cathode. The power supply system contains a discharge voltage source connected by a positive pole to the anode and a negative pole to the cathode, as well as a unipolar discharge initiation source connected by a negative pole to the cathode and a positive pole to the ignition electrode of the compensator cathode.

Однако во время функционирования прибора активатор распыляется с катода и конденсируется на поджигном электроде. Это приводит к обеднению катода активатором, что в дальнейшем затрудняет зажигание разряда и ограничивает ресурс работы катода-компенсатора. However, during the operation of the device, the activator is sprayed from the cathode and condenses on the ignition electrode. This leads to a depletion of the cathode activator, which further complicates the ignition of the discharge and limits the life of the cathode-compensator.

При создании изобретения решалась задача повышения ресурса работы катода и увеличения надежности его запуска. When creating the invention, the problem was solved of increasing the resource of the cathode and increasing the reliability of its launch.

Поставленная задача решена за счет того, что в системе электропитания источника плазмы с безнакальным катодом-компенсатором, содержащей источник инициирования разряда, подключенный к катоду и поджигному электроду катода-компенсатора, и источник питания разряда, гальванически соединенный положительным полюсом с анодом и отрицательным полюсом с катодом, согласно изобретению, отрицательный полюс источника питания разряда соединен диодами с поджигным электродом и катодом безнакального катода-компенсатора. The problem is solved due to the fact that in the power supply system of the plasma source with a non-functional compensator cathode, containing a discharge initiation source connected to the cathode and the ignition electrode of the compensator cathode, and a discharge power supply galvanically connected to the positive pole with the anode and the negative pole with the cathode According to the invention, the negative pole of the discharge power source is connected by diodes to the ignition electrode and the cathode of the non-heating compensator cathode.

Гальваническое соединение катода и поджигного электрода с цепью разряда увеличивает эффективную эмиссионную поверхность, а также дает возможность автоматического включения в работу того электрода, прикатодное падение потенциала которого меньше, или одновременно катода и поджигного электрода, если условия эмиссии электронов с этих электродов примерно одинаковы. The galvanic connection of the cathode and the ignition electrode with the discharge circuit increases the effective emission surface, and also makes it possible to automatically switch on the electrode whose near-cathode potential drop is less, or both the cathode and the ignition electrode, if the conditions of electron emission from these electrodes are approximately the same.

Установленные диады исключают утечку тока по гальванической связи между катодом и поджигным электродом при использовании источника инициирования разряда любого типа (постоянного, импульсного или знакопеременного напряжения). The established dyads exclude current leakage through galvanic coupling between the cathode and the ignition electrode when using a discharge initiation source of any type (constant, pulse or alternating voltage).

На чертеже изображена схема электропитания источника плазы с безнакальным катодом-компенсатором. The drawing shows a power supply circuit of a plasma source with a non-flammable cathode-compensator.

К источнику плазмы, содержащему анод 1 и катод-компенсатор 2, включающий, в свою очередь, катод 3 и поджигной электрод 4, подключены источник электропитания разряда 5 и источник инициирования разряда 6. Отрицательный полюс источника питания 5 соединен диодами 7 с поджигным электродом 4 и катодом 3. В случае, если для работы источника плазмы необходимо магнитное поле, как, например, в ускорителе с замкнутым дрейфом электронов и протяжной зоной ускорения (УЗДП), то оно может быть создано с помощью постоянных магнитов или катушек намагничивания, источник электропитания которых на схеме не показан. To the plasma source, containing the anode 1 and the cathode-compensator 2, which includes, in turn, the cathode 3 and the ignition electrode 4, the power supply of the discharge 5 and the source of initiation of the discharge 6 are connected. The negative pole of the power source 5 is connected by diodes 7 to the ignition electrode 4 and cathode 3. If a plasma source requires a magnetic field, for example, in an accelerator with a closed electron drift and a prolonged acceleration zone (SPD), then it can be created using permanent magnets or magnetization coils, chnik power supply which is not shown in the diagram.

Система электропитания источника плазмы, например УЗДП, работает следующим образом. The power supply system of the plasma source, for example, ultrasonic distribution device, operates as follows.

После подачи плазмообразующего вещества, создания магнитного поля и включения источника разряда 5 включается источник инициирования разряда 6, который отключается при зажигании разряда между анодом и катодом-компенсатором. After supplying a plasma-forming substance, creating a magnetic field and turning on the discharge source 5, the discharge 6 initiation source is turned on, which is turned off when the discharge is ignited between the anode and the cathode-compensator.

Вначале эксплуатации источника плазмы ток разряда замыкается в основном на катод. При этом активатор, распыляясь с поверхности катода, осаждается на поджигном электроде. В дальнейшем эмиссия электронов осуществляется одновременно с катода и поджигного электрода с перераспределением потоков активатора между этими электродами. Гальваническое соединение катода и поджигного электрода позволяет разряду в катоде-компенсаторе автоматически замыкаться на тот электрод, прикатодное падение которого меньше, что создает условия последующей нормальной работы другого электрода, то есть происходит его регенерация. At the beginning of the operation of the plasma source, the discharge current closes mainly to the cathode. In this case, the activator, spraying from the surface of the cathode, is deposited on the ignition electrode. Subsequently, the emission of electrons is carried out simultaneously from the cathode and the ignition electrode with the redistribution of the activator flows between these electrodes. The galvanic connection of the cathode and the ignition electrode allows the discharge in the cathode-compensator to automatically close to that electrode whose cathode drop is less, which creates the conditions for the subsequent normal operation of another electrode, that is, it regenerates.

При использовании источника инициирования разряда, формирующего знакопеременные импульсы напряжения, зажигание разряда может происходить как с катода, так и с поджигного электрода, что повышает надежность запуска. When using a source of initiation of a discharge, forming alternating voltage pulses, the ignition of the discharge can occur both from the cathode and from the ignition electrode, which increases the reliability of starting.

Предлагаемая схема электропитания позволяет многократно использовать активатор в рабочем процессе катода-компенсатора, что повышает ресурс его работы и надежность запуска источника плазмы. The proposed power scheme allows the activator to be used repeatedly in the working process of the cathode-compensator, which increases its service life and the reliability of starting the plasma source.

Claims

A plasma source power supply system with a non-heating compensator cathode, comprising a discharge initiation source connected to the cathode and the ignition electrode of the compensator cathode, and a discharge power supply galvanically connected to the positive pole with the anode and the negative pole to the cathode, characterized in that the negative pole of the power source the discharge is connected through diodes to the ignition electrode and the cathode of a non-heating compensator cathode.