RU2656886C1 - Плазменный прерыватель тока - Google Patents
Плазменный прерыватель тока Download PDFInfo
- Publication number
- RU2656886C1 RU2656886C1 RU2017132378A RU2017132378A RU2656886C1 RU 2656886 C1 RU2656886 C1 RU 2656886C1 RU 2017132378 A RU2017132378 A RU 2017132378A RU 2017132378 A RU2017132378 A RU 2017132378A RU 2656886 C1 RU2656886 C1 RU 2656886C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plasma
- load
- current
- potential
- inductive
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Изобретение относится к плазменному прерывателю тока и может быть использовано, например, при создании мощных импульсных источников питания для сильноточных ускорителей заряженных частиц, плазменных диодов. Плазменный прерыватель тока представляет собой систему цилиндрических внутреннего потенциального и внешнего потенциального электродов, разделенных проходным изолятором, связанную с источниками питания с замыкателями, и подключенных к нагрузке 6, и трех инжекторов плазмы 4, расположенных на внешнем потенциальном заземленном электроде, образующих три плазмонаполненных участка, два из которых обеспечивают перевод энергии из конденсаторных накопителей отдельных модулей в индуктивные, а третий (общий) формирует высоковольтный импульс в общей нагрузке. Техническим результатом является надежное и быстрое размыкание тока, снижение предымпульса напряжения на общей нагрузке, повышение КПД передачи энергии в нагрузку. 2 ил.
Description
Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано при создании мощных импульсных источников питания для сильноточных ускорителей заряженных частиц, плазменных диодов и т.п.
Индуктивно-емкостные накопители энергии (ИЕНЭ) с плазменным прерывателем тока (ППТ) являются одним из наиболее рациональных типов накопителей энергии благодаря простоте конструкции, хорошим массогабаритным показателям и более высокой плотности запасаемой энергии по сравнению с емкостными накопителями. Одним из самых важных узлов ИЕНЭ является коммутатор, работающий как плазменный прерыватель (размыкатель) тока.
Известно устройство, описанное в патенте РФ №2 123243, МПК Н05Н 1/00, опубл. 10.12.1998 г., под названием «Плазменный прерыватель тока», содержащий потенциальные электроды, образующие вакуумный межэлектродный промежуток, связанные с источником питания и подключенные к нагрузке, и, по меньшей мере, один плазменный инжектор, а также дополнительный электрод, расположенный вне межэлектродного промежутка, изолированный от ближайшего к нему потенциального электрода и соединенный по крайней мере одним проводником с другим потенциальным электродом и нагрузкой, а дополнительный электрод и ближайший к нему электрод подключены к источнику питания.
К недостаткам известного устройства следует отнести:
- наличие дополнительного потенциального электрода и соответствующего дополнительного изолятора.
- невозможность применения конструкции в модульных системах из-за наличия трех коаксиально расположенных относительно друг друга электродов.
Наиболее близким и выбранным в качестве прототипа является техническое решение, описанное в патенте РФ №2 187 909, МПК Н05Н 1/00, опубл. 20.08.2002 г., под названием «Плазменный прерыватель тока», содержащий потенциальные электроды, образующие вакуумный межэлектродный промежуток, связанные с как минимум двумя источниками питания, каждый с замыкателем, подключенные к нагрузке, и плазменный инжектор.
К недостаткам данного устройства следует отнести наличие дополнительного потенциального электрода с изолятором, охватывающего внешний потенциальный электрод и соответствующего дополнительного изолятора, препятствующего использованию подобной конструкции в модульных установках и невысокий пропускаемый ток (до нескольких сотен килоампер).
Задача настоящего изобретения заключается в улучшении эксплуатационных возможностей плазменного прерывателя тока, позволяющего в случае использования нескольких индуктивно-емкостных накопителей энергии обеспечить синхронную работу как минимум двух и тем самым повысить величину тока, передаваемую в нагрузку.
Это достигается тем, что плазменный прерыватель тока, содержащий потенциальные электроды, образующие вакуумный межэлектродный промежуток, связанные с как минимум двумя источниками питания, каждый с замыкателем, подключенные к нагрузке, и плазменный инжектор, снабженный, по меньшей мере, тремя плазменными инжекторами с образованием не менее трех вакуумных межэлектродных промежутков, при этом внешний потенциальный электрод выполнен заземленным и связан с обоими источниками питания, внутренние потенциальные электроды объединены с сохранением коаксиальной геометрии, связаны каждый со своим источником питания и подключены к нагрузке.
Технический результат заключается в том, что удалось обеспечить:
- надежное и быстрое размыкание тока в ППТ отдельных модулей за счет того, что для них нагрузкой является иизкоомный наносекундный общий ППТ;
- малый дрейф плазмы в сторону диода;
- повышение КПД передачи энергии за счет коммутации отдельных заряженных индуктивных накопителей модулей на общую низкоиндуктивную нагрузку;
- снижение предымпульса напряжения на общей нагрузке за счет быстрого обрыва тока в наносекундном ППТ.
Таким образом, ППТ отдельных ИЕНЭ обеспечивают перевод энергии из конденсаторного накопителя в индуктивный, а наносекундный общий ППТ формирует высоковольтный импульс на низкоиндуктивной нагрузке.
Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».
Новые признаки плазменного прерывателя тока (он снабжен, по меньшей мере, тремя плазменными инжекторами с образованием не менее трех вакуумных межэлектродных промежутков, при этом внешний потенциальный электрод выполнен заземленным и связан с обоими источниками питания, внутренние потенциальные электроды объединены с сохранением коаксиальной геометрии, связаны каждый со своим источником питания и подключены к нагрузке) не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».
На фиг. 1 схематично представлена конструкция плазменного прерывателя тока.
На фиг. 2 показаны осциллограммы импульсов тока нагрузки и напряжения, измеренного на центральном электроде одного из модулей в области проходного изолятора.
На фиг. 1 обозначены следующие позиции:
1 - источник питания;
2 - замыкатель;
3 - проходные изоляторы;
4 - инжекторы плазмы;
5 - внутренний потенциальный электрод;
6 - нагрузка;
7 - внешний заземленный электрод.
Стрелками обозначено направление инжекции плазмы.
Плазменный прерыватель тока представляет собой систему цилиндрических электродов: внутренний потенциальный электрод 5 и внешний заземленный электрод 7, разделенных проходным изолятором 3, связанную с источниками питания 1, каждый с замыкателями 2, подключенных к нагрузке 6, и трех инжекторов плазмы 4, расположенных на внешнем заземленном электроде 7, образующих три плазмонаполненных участка, два из которых обеспечивают перевод энергии из конденсаторных накопителей отдельных модулей в индуктивные, а третий (общий) формирует высоковольтный импульс в нагрузке 6.
Работа плазменного прерывателя тока, изображенного на чертеже, осуществляется следующим образом.
Сначала срабатывают инжекторы плазмы 4, формирующие плазменные струи в сторону внутреннего потенциального электрода 5 и образующие при этом плазменные перемычки между внутренним потенциальным 5 и внешним потенциальным 7 электродами в индуктивных накопителях. После формирования трех плазменных перемычек срабатывают замыкатели 2, подключая к электродам ППТ 5 и 7 источники питания 1 с напряжением до 600 кВ в каждом индуктивном накопителе энергии, представляющем собой замкнутый контур:
источник питания 1--> внутренний потенциальный (катодный) электрод 5--> плазма, сформированная в межэлектродном промежутке --> участок внешнего потенциального электрода 7 --> источник питания 1, происходит накопление магнитной энергии. Под действием протекающих токов первые две плазменные перемычки разрушаются, и формируется первый импульс напряжения, суммарный ток от двух индуктивных накопителей начинает течь через третий прерыватель, его сопротивление начинает расти, формируется второй импульс напряжения, который прикладывается к нагрузке 6. Таким образом, реализуется прерывание тока и передача энергии из индуктивных накопителей в нагрузку 6.
Пример конкретного выполнения
Два модуля индуктивно-емкостного накопителя энергии 1 с замыкателями 2 и проходными изоляторами 3 подключены каждый к собственному плазменному размыкателю, образованному внешним потенциальным 7 и внутренним потенциальным 5 электродами и, по меньшей мере, одним инжектором плазмы 4. Внешние потенциальные 7 и внутренние потенциальные 5 электроды двух модулей объединяются, сохраняя коаксиальную геометрию, и продолжаются до нагрузки 6. После точки соединения внешний потенциальный 7 и внутренний потенциальный 5 электроды и, по меньшей мере, один инжектор плазмы 4 образуют третий плазменный прерыватель. Таким образом, ППТ отдельных ИЕНЭ обеспечивают перевод энергии из конденсаторных накопителей в индуктивные, а наносекундный общий ППТ синхронизует их работу и формирует высоковольтный импульс на общей низкоиндуктивной нагрузке 6.
Предлагаемое техническое решение реализовано и испытано на предприятии. Для примера (см. фиг. 2) показаны осциллограммы импульсов тока нагрузки и напряжения, измеренного на центральном электроде одного из модулей в области проходного изолятора. Показано, что формируется два импульса напряжения, время работы прерывателей отдельных модулей до максимума первого импульса напряжения составляет t1=500 нс, а время работы третьего общего прерывателя (между первым и вторым импульсами напряжения) t2=190 нс. Начало импульса тока нагрузки соответствует началу второго импульса напряжения, что подтверждает указанный порядок работы представленного технического решения.
Заявляемый плазменный прерыватель тока позволил в случае использования нескольких индуктивно-емкостных накопителей энергии обеспечить синхронную коммутацию отдельных заряженных индуктивных накопителей энергии, как минимум, двух модулей, на общую низкоиндуктивную нагрузку и тем самым повысить величину тока нагрузки, а также добиться снижения требований к синхронности работы ППТ отдельных ИЕНЭ до сотен наносекунд, обеспечения надежного и быстрого размыкания тока в этих ППТ, снижения предымпульса напряжения на общей нагрузке, повышения КПД передачи энергии в нагрузку.
Для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, экспериментально подтверждена работоспособность плазменного прерывателя тока и способность достижения усматриваемого заявителем технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».
Claims (1)
- Плазменный прерыватель тока, содержащий потенциальные электроды, образующие вакуумный межэлектродный промежуток, связанные с как минимум двумя источниками питания, каждый с замыкателем, подключенные к нагрузке, и плазменный инжектор, отличающийся тем, что он снабжен, по меньшей мере, тремя плазменными инжекторами с образованием не менее трех вакуумных межэлектродных промежутков, при этом внешний потенциальный электрод выполнен заземленным и связан с обоими источниками питания, внутренние потенциальные электроды объединены с сохранением коаксиальной геометрии, связаны каждый со своим источником питания и подключены к общей нагрузке.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017132378A RU2656886C1 (ru) | 2017-09-15 | 2017-09-15 | Плазменный прерыватель тока |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017132378A RU2656886C1 (ru) | 2017-09-15 | 2017-09-15 | Плазменный прерыватель тока |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2656886C1 true RU2656886C1 (ru) | 2018-06-07 |
Family
ID=62560582
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017132378A RU2656886C1 (ru) | 2017-09-15 | 2017-09-15 | Плазменный прерыватель тока |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2656886C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2123243C1 (ru) * | 1994-11-15 | 1998-12-10 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Плазменный прерыватель тока |
RU2187909C2 (ru) * | 2000-06-06 | 2002-08-20 | Российский федеральный ядерный центр Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики | Плазменный прерыватель тока |
RU2257019C1 (ru) * | 2003-10-06 | 2005-07-20 | ФГУП-Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики-ФГУП-РФЯЦ-ВНИИЭФ | Способ формирования плазменного слоя в плазменном прерывателе тока и устройство для его осуществления |
US20120312473A1 (en) * | 2011-06-10 | 2012-12-13 | Tokyo Electron Limited | High frequency power distribution device and substrate processing apparatus using same |
-
2017
- 2017-09-15 RU RU2017132378A patent/RU2656886C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2123243C1 (ru) * | 1994-11-15 | 1998-12-10 | Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Экспериментальной Физики | Плазменный прерыватель тока |
RU2187909C2 (ru) * | 2000-06-06 | 2002-08-20 | Российский федеральный ядерный центр Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики | Плазменный прерыватель тока |
RU2257019C1 (ru) * | 2003-10-06 | 2005-07-20 | ФГУП-Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики-ФГУП-РФЯЦ-ВНИИЭФ | Способ формирования плазменного слоя в плазменном прерывателе тока и устройство для его осуществления |
US20120312473A1 (en) * | 2011-06-10 | 2012-12-13 | Tokyo Electron Limited | High frequency power distribution device and substrate processing apparatus using same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106357240B (zh) | 一种紧凑型高压可控Marx发生器 | |
RU2656886C1 (ru) | Плазменный прерыватель тока | |
CN107681995B (zh) | 一种用于多路Trigatron气体开关的同步触发电路 | |
Wu et al. | Effect of the trigger circuit on delay characteristics of a triggered vacuum switch with a six-gap rod electrode system | |
Min-Fu et al. | Delay characteristics and controller design of a triggered vacuum switch | |
Zheng et al. | A new multi-gap spark switch connected with frequency-dependent network for EHV overvoltage protection applications | |
CN209056763U (zh) | 触发开关和小型电磁驱动的两级高功率重频同步触发开关 | |
RU202843U1 (ru) | Высоковольтный сильноточный импульсный индуктор | |
RU2547235C1 (ru) | Многомодульный генератор высоковольтных импульсов мультитераваттной мощности | |
Naff | Spark gaps for EMP and SREMP pulsers | |
Zhou et al. | Operational characteristics of a surface breakdown triggered vacuum switch with six gap rod electrode system | |
RU2660171C1 (ru) | Система импульсно-периодической зарядки | |
Gusev et al. | GTO Like Thyristors Triggered in Impact-Ionization Wave Mode | |
Fridman et al. | Capacitor bank for fast discharge unit of ITER facility | |
Grabowski et al. | Operation of parallel rail-gap switches in a high-current, low-inductance crowbar switch | |
CN109449761A (zh) | 触发开关和小型电磁驱动的两级高功率重频同步触发开关 | |
Glidden et al. | Solid state Marx generator | |
Zherlitsyn et al. | Effect of electric isolation between channels on the multigap switch parameters | |
Zhou et al. | The lifetime of a high-current triggered vacuum switch with multi-gap | |
Hu et al. | Experimental Study of a 2.3-MV Field-Distortion Oil Switch | |
Kladukhin et al. | Triggered axial multigap gas switch | |
Ehrhardt et al. | Spark gaps for DC applications | |
RU2306574C1 (ru) | Устройство для испытания выключателей высокого напряжения на включающую способность | |
Liu et al. | Development of a sub-nanosecond jitter eight-output 150-KV trigger generator | |
Xia et al. | Development of a capacitive pulsed power supply for high-current high-velocity sliding electrical contact studies |