RU2254652C2 - Controlled gas switch - Google Patents
Controlled gas switch Download PDFInfo
- Publication number
- RU2254652C2 RU2254652C2 RU2003120845/09A RU2003120845A RU2254652C2 RU 2254652 C2 RU2254652 C2 RU 2254652C2 RU 2003120845/09 A RU2003120845/09 A RU 2003120845/09A RU 2003120845 A RU2003120845 A RU 2003120845A RU 2254652 C2 RU2254652 C2 RU 2254652C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- switch
- electrodes
- gap
- source
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к коммутационной технике и может быть использовано в различных электрофизических установках, в высоковольтных испытательных установках для переключения энергии источника в нагрузку.The present invention relates to switching equipment and can be used in various electrophysical installations, in high-voltage test installations for switching the source energy to the load.
Типичная схема коммутатора содержит два электрода. Один электрод соединен с источником напряжения, второй электрод соединен с нагрузкой. Для передачи энергии от источника в нагрузку необходимо произвести запуск коммутатора. Коммутатор запускается в результате воздействия на его межэлектродный промежуток какого-либо фактора, при котором создается условие Е>ЕП, где ЕП - электрическая прочность промежутка, Е - напряженность поля в промежутке. Указанное условие можно выполнить при увеличении Е или при уменьшении ЕП. В соответствии с этим подходом коммутаторы делятся на два типа:A typical switch circuit contains two electrodes. One electrode is connected to a voltage source, the second electrode is connected to a load. To transfer energy from the source to the load, you must start the switch. The switch is started as a result of the influence of some factor on its interelectrode gap, under which the condition E> E P is created , where E P is the electric strength of the gap, E is the field strength in the gap. The specified condition can be met with an increase in E or a decrease in E P. In accordance with this approach, switches are divided into two types:
1) коммутаторы, управляемые по принципу уменьшения электрической прочности коммутатора ЕП;1) switches controlled by the principle of reducing the electrical strength of the switch EP ;
2) коммутаторы, управляемые по принципу увеличения напряженности поля в промежутке Е.2) switches controlled by the principle of increasing field strength in the gap E.
К настоящему времени известно несколько способов уменьшения величины ЕП.To date, there are several ways to reduce the value of E P.
К ним можно отнести тригатроны, искровые реле, использование электронного пучка, мощного лазера, магнитного поля [1-3], плазменной струи [4]. Практически при всех способах запуска коммутатора диапазон управления коммутатором (за исключением запуска коммутатора плазменной струей) К=Uст/Uр≈2, где Vст - статическое пробивное напряжение межэлектродного промежутка коммутатора, а Uр - минимальное напряжение, при котором формируется разряд. Несмотря на неплохие пусковые характеристики коммутаторов, их использование затруднено дополнительными элементами (дорогостоящий лазер, необходимость электронной или ионной пушки и т.д.) и их сложностью компоновки.These include trigatrons, spark relays, the use of an electron beam, a high-power laser, a magnetic field [1-3], and a plasma jet [4]. With almost all methods for starting the switch, the control range of the switch (except for starting the switch with a plasma jet) is K = U st / U p ≈ 2, where V st is the static breakdown voltage of the switch electrode gap, and U p is the minimum voltage at which a discharge is formed. Despite the good starting characteristics of the switches, their use is complicated by additional elements (expensive laser, the need for an electron or ion gun, etc.) and their complexity in layout.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является управляемый коммутатор [4] (прототип), в котором диапазон управления К>2. Запуск коммутатора осуществляют подачей в межэлектродный промежуток струи плазмы, формируемой при помощи разряда в капилляре электрода. Коммутатор содержит два электрода. В одном из электродов по его оси в качестве капилляра используется керамическая трубка, открытая со стороны разрядного промежутка и закрытая с противоположной стороны. Внутри трубки находится запальный электрод. Запальный электрод соединен со схемой поджига, которая формирует импульс высокого напряжения (15 кВ). Вспомогательный разряд осуществляется по внутренней поверхности керамической трубки от запального электрода на основной. Поскольку диаметр капилляра мал, плазма разряда быстро заполняет объем капилляра и под давлением поступает в основной промежуток, что в конечном итоге приводит к срабатыванию коммутатора.Closest to the proposed technical essence is a managed switch [4] (prototype), in which the control range is K> 2. The switch is launched by supplying a plasma jet formed by means of a discharge in the capillary of the electrode into the interelectrode gap. The switch contains two electrodes. In one of the electrodes along its axis, a ceramic tube is used as a capillary, open on the discharge gap side and closed on the opposite side. Inside the tube is the ignition electrode. The ignition electrode is connected to an ignition circuit that generates a high voltage pulse (15 kV). Auxiliary discharge is carried out on the inner surface of the ceramic tube from the ignition electrode to the main one. Since the diameter of the capillary is small, the discharge plasma quickly fills the volume of the capillary and enters the main gap under pressure, which ultimately leads to the operation of the switch.
Недостатком известного способа и устройства, которое выбрано за прототип, является наличие керамического капилляра, который при большом числе срабатываний будет разрушаться, поскольку температура струи поджига составляет ~ 3000 К. Кроме этого для решения многих задач желательно расширить диапазон управления коммутатором без его перестройки.The disadvantage of this method and device, which is chosen as the prototype, is the presence of a ceramic capillary, which with a large number of operations will be destroyed, since the temperature of the ignition jet is ~ 3000 K. In addition, to solve many problems, it is desirable to expand the control range of the switch without rebuilding it.
Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи по расширению диапазона управления коммутатором и упрощению его конструкции.The present invention is aimed at solving the problem of expanding the control range of the switch and simplifying its design.
Для решения этой задачи, как и в прототипе, запуск коммутатора осуществляется за счет уменьшения электрической прочности ЕП межэлектродного промежутка. В отличие от прототипа уменьшение ЕП осуществляется за счет инжекции в межэлектродный промежуток коммутатора струи газа, электрическая прочность которого ниже электрической прочности газа, находящегося в межэлектродном промежутке коммутатора.To solve this problem, as in the prototype, start switch is carried out by reducing the electric strength E P interelectrode gap. In contrast to the prototype, a decrease in E P is due to the injection of a gas jet into the interelectrode gap of the switch, the electric strength of which is lower than the electric strength of the gas located in the interelectrode gap of the switch.
Поставленная задача решается так же тем, что в управляемом газовом коммутаторе, содержащем два электрода, разделенных газовым промежутком, и систему запуска, согласно изобретению система запуска выполнена в виде системы подачи газа в межэлектродный промежуток, сообщающейся с внешним источником газа.The problem is also solved by the fact that in a controlled gas switch containing two electrodes separated by a gas gap and a start system, according to the invention, the start system is made in the form of a system for supplying gas to the interelectrode gap in communication with an external gas source.
При этом система подачи газа может быть выполнена в виде по меньшей мере одного сквозного отверстия в одном из электродов, которое соединено диэлектрической трубкой с внешним источником газа.In this case, the gas supply system can be made in the form of at least one through hole in one of the electrodes, which is connected by a dielectric tube to an external gas source.
Для более быстрого «перемыкания» между электродами система подачи газа может быть выполнена в виде сквозных отверстий в двух электродах, соединенных диэлектрическими трубками с внешним источником газа.For faster "bridging" between the electrodes, the gas supply system can be made in the form of through holes in two electrodes connected by dielectric tubes to an external gas source.
Кроме того, система подачи газа может быть выполнена в виде трубы, соединенной с внешним источником газа, которая имеет щель для подачи струи газа перпендикулярно оси коммутатора, при этом щель трубы должна быть не меньше длины межэлектродного промежутка коммутатора.In addition, the gas supply system can be made in the form of a pipe connected to an external gas source, which has a gap for supplying a gas stream perpendicular to the axis of the switch, while the pipe gap should be no less than the length of the interelectrode gap of the switch.
Известно, что электрическая прочность газов значительно отличается друг от друга, например в [5] приведены такие результаты (см. таблицу).It is known that the electric strength of gases differs significantly from each other, for example, such results are given in [5] (see table).
Необходимо добавить, что смесь Ne+Аr2 [5] обладает меньшей прочностью, чем чистый Ne.It must be added that the Ne + Ar 2 mixture [5] has lower strength than pure Ne.
Предлагаемое изобретение обладает существенными отличиями и новизной, заключающимися в том, что запуск коммутатора осуществляют инжекцией газа в межэлектродный промежуток.The present invention has significant differences and novelty in that the switch is launched by injecting gas into the interelectrode gap.
В дальнейшем изобретение поясняется описанием примеров его выполнения и чертежами, на которыхThe invention is further explained in the description of examples of its implementation and drawings, in which
фиг.1 - схема коммутатора согласно изобретению с отверстием в одном из электродов для инжекции газа в межэлектродный промежуток;figure 1 - diagram of a switch according to the invention with a hole in one of the electrodes for injection of gas into the interelectrode gap;
фиг.2 - то же устройство с отверстиями в двух электродах;figure 2 is the same device with holes in two electrodes;
фиг.3 - схема коммутатора согласно изобретению с инжекцией газа перпендикулярно оси коммутатора.3 is a diagram of a switch according to the invention with gas injection perpendicular to the axis of the switch.
В межэлектродный промежуток газового коммутатора согласно изобретению инжектируют струю газа, например Ne, электрическая прочность которого намного ниже прочности воздуха, которым заполнен межэлектродный промежуток. Под воздействием инжектируемого газа электрическая прочность между электродами коммутатора Еп резко уменьшается и происходит запуск коммутатора.In the interelectrode gap of the gas switch according to the invention, a jet of gas, for example Ne, is injected whose electric strength is much lower than the strength of the air with which the interelectrode gap is filled. Under the influence of the injected gas, the electric strength between the electrodes of the switch E p decreases sharply and the switch starts up.
Управляемый газовый коммутатор содержит два электрода 1, 2 произвольной формы, один из электродов 1 соединен с источником постоянного тока 3, другой - с нагрузкой 4, и систему подачи газа в межэлектродный промежуток, выполненную в виде отверстия 5 в электроде 2, которое соединено диэлектрической трубкой 6 с внешним источником газа 7.The controlled gas switch contains two arbitrary
Другой вариант выполнения системы подачи газа представлен на фиг.2, где в электродах 1, 2 выполнены отверстия 5, 8 для подачи струи газа от внешнего источника газа 7 через диэлектрические трубки соответственно 6, 9 в межэлектродный промежуток.Another embodiment of the gas supply system is shown in FIG. 2, where
На фиг.3 представлен еще один вариант выполнения системы подачи газа, содержащей диэлектрическую трубу 10, соединенную с внешним источником газа 7, имеющую инжекционную щель для подачи газа перпендикулярно оси коммутатора, длина щели L1 больше или равна длине L межэлектродного промежутка.Figure 3 shows another embodiment of a gas supply system comprising a
Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии (фиг.1) к электродам коммутатора 1 и 2 приложено напряжение, которое ниже статического пробивного напряжения промежутка коммутатора и коммутатор не срабатывает. В определенный момент времени для запуска коммутатора от источника газа 7 по трубке 6 через отверстие 5 в электроде 2 под давлением в межэлектродный промежуток коммутатора инжектируется газ. За счет давления газа и малого отверстия 5 в электроде 2 струя газа быстро заполняет промежуток между электродами 1 и 2. Поскольку струя газа между электродами обладает малой электрической прочностью, это резко облегчает его пробой. Пробой межэлектродного промежутка происходит под большим перенапряжением. Такая система запуска не изменяет физических процессов, свойственных пробою в газе.The device operates as follows. In the initial state (figure 1), a voltage is applied to the electrodes of the
Если в электроде 7 (фиг.2) выполнено, как и в электроде 2, отверстие 8 и соединено трубкой 9 с источником газа 7, то в этом случае произойдет более быстрое «перемыкание» между электродами 1 и 2 и тем самым уменьшается время коммутации.If the
Еще более короткое время коммутации можно достигнуть в конструкции коммутатора, приведенной на фиг.3. Здесь инжекция газа в промежуток коммутатора между электродами 1 и 2 осуществляется в направлении, перпендикулярном оси коммутатора по трубке 5, которая имеет щель, причем щель такова, что ее длина L1 равна или больше длины межэлектродного промежутка L коммутатора. При такой инжекции газа «перемыкание» газом наступает более быстро, нежели в конструкциях, которые приведены выше.An even shorter switching time can be achieved in the design of the switch shown in figure 3. Here, the gas is injected into the gap between the
Необходимо отметить, что предложенный способ запуска коммутатора может быть использован и для запуска газовых коммутаторов, в которых электроды и газ находятся под давлением. Однако в этом случае усложняется конструкция коммутатора и требуется замена газа после каждого срабатывания.It should be noted that the proposed method for starting the switch can be used to start gas switches, in which the electrodes and gas are under pressure. However, in this case, the design of the switch is complicated and gas replacement is required after each operation.
Таким образом, предложенный способ запуска коммутатора позволяет существенно увеличить диапазон управления коммутатором и упростить конструкцию коммутатора.Thus, the proposed method for starting the switch allows to significantly increase the control range of the switch and simplify the design of the switch.
Источники информацииSources of information
1. Г.А.Месяц. Генерирование мощных наносекундных импульсов /Москва, Изд. «Советское радио», 1974.1. G.A.Mesyats. Generation of powerful nanosecond pulses / Moscow, Izd. Soviet Radio, 1974.
2. В.В.Кремнев, Г.А.Месяц. Методы умножения и трансформация импульсов в сильноточной электронике /Новосибирск, «Наука», Сибирское отделение, 1987.2. V.V. Kremnev, G.A. Month. Methods of Multiplication and Transformation of Pulses in High-Current Electronics / Novosibirsk, Nauka, Siberian Branch, 1987.
3. Тезисы совместного заседания секций научных советов АН СССР «Научные основы электрофизики и электроэнергетики» и «Проблемы мощной импульсной энергетики». Томск, 27-28 ноября 1986.3. Abstracts of a joint meeting of the sections of scientific councils of the USSR Academy of Sciences “Scientific foundations of electrophysics and electric power” and “Problems of powerful pulsed energy” Tomsk, November 27-28, 1986.
4. Н.И.Фальковский. Управляемый плазмоструйный разрядник для коммутации больших импульсных токов, ПТЭ, №3, 1973.4. N.I. Falkovsky. Controlled plasma-jet discharger for switching large pulsed currents, PTE, No. 3, 1973.
5. Дж.Мид, Дж.Крегс. Электрический пробой в газах /Иностранная литература, Москва, 1960, с.325, 112-113, 370-371.5. J. Mead, J. Kregs. Electrical breakdown in gases / Foreign literature, Moscow, 1960, p. 325, 112-113, 370-371.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003120845/09A RU2254652C2 (en) | 2003-07-07 | 2003-07-07 | Controlled gas switch |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003120845/09A RU2254652C2 (en) | 2003-07-07 | 2003-07-07 | Controlled gas switch |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003120845A RU2003120845A (en) | 2005-02-10 |
RU2254652C2 true RU2254652C2 (en) | 2005-06-20 |
Family
ID=35208161
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003120845/09A RU2254652C2 (en) | 2003-07-07 | 2003-07-07 | Controlled gas switch |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2254652C2 (en) |
-
2003
- 2003-07-07 RU RU2003120845/09A patent/RU2254652C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2003120845A (en) | 2005-02-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Bochkov et al. | Sealed-off pseudospark switches for pulsed power applications (current status and prospects) | |
US5502356A (en) | Stabilized radial pseudospark switch | |
DE19753696A1 (en) | Device and method for generating extreme ultraviolet radiation and soft X-rays from a gas discharge | |
IL180636A (en) | High-voltage switch and use thereof in a microwave generator | |
US4105952A (en) | High repetition rate pulsed laser discharge system | |
US3524101A (en) | Triggering device for spark-gap | |
JP2010539373A (en) | High voltage insulator and ion accelerator provided with the high voltage insulator | |
US5055748A (en) | Trigger for pseudospark thyratron switch | |
DE3942307C2 (en) | ||
RU2254652C2 (en) | Controlled gas switch | |
US4034261A (en) | Gridded crossed-field tube | |
Riege et al. | High-power, high-current pseudospark switches | |
Argunov et al. | Methods of triggering for the cold-cathode thyratron with nanosecond operation stability | |
Zhang et al. | A three-electrode gas switch triggered by microhollow cathode discharge with low trigger voltage | |
US5569976A (en) | Ion emmiter based on cold cathode discharge | |
Frants et al. | Ceramic-metal sealed-off pseudospark switch with a trigger unit based on flashover | |
McPhee et al. | The design and testing of an extended lifetime, high voltage, low jitter trigatron for repetitive operation | |
RU2330345C1 (en) | Method of current switching in heavy-current circuits and associated device | |
RU2207647C1 (en) | Switching device | |
US4879490A (en) | Gas discharge devices wherein electrons are injected into a high field region | |
RU2144257C1 (en) | High-voltage generator of short pulses | |
RU2727927C1 (en) | Method of gridless modulation of current in unstable mode of discharge combustion | |
US5189345A (en) | Gas-discharge switch | |
US5189346A (en) | Gas-discharge switch | |
SU327536A1 (en) | PDT-TABLE LIBRARY |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050708 |