SU601777A1 - Трехэлектродный разр дник - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к сильноточным г мпульспым газоразр дным унравл емым коммутационным устройствам тригатронного типа. Такие разр дники используютс  в высоковольтных цеп х лл  форЛ:о1рова}г,  } мпульсов тока ИЛ|И напр жени , в частности в генераторах умножени  напр жени  но методу Маркса, дл  коммутации н.изкоимаедансных емкостных накоиителей.

Извест 1Ы управл емые разр дники-трнгатроны , соаержаи,пе два основных электрода и один управл юн1,ий в виде стержн , размещенный соосно в отверстии одного из основных электродов 1 .

Дл  ускорени  срабатывани  разр дник наполн ют сжатым газом (воздухом или азотом ), что позвол ет уменьшить длину разр дного прО.межутка между основными электродами и увеличить напр женность электрического пол  в промежутке. Минимальный зазор между управл ющим и охватывающим его основньгм электродами выполн ют как можно ближе к верщине управл юп;его электрода .

Недостатками .известных трехэлектродных разр дников  вл ютс  1евысокое быстродей .ствие и .низка  стабильность управл емых включений.

Ближайшее техническое рещени.е к пред .тожениому - трехэлектродный разр дник

трИгатронного тлна, )1аполненный электроотр .пцательным газом, например элегазом, содержащий два основных электрода и стсржнезой управл юн1,ий электрод, размеп1ени п соосно в отверстии охватывающего его основного электрода 2. В этом разр днике уппавл юн1ий и охватызаюиип его основной электроды поддерживаютс  под положительным относительно второго основного электрода потенциалом. В результате повыщаетс  электропрочность тригатрона и одновременно уменьшаетс  врем  задержки его срабатывани  при подаче на управл юпип электрод и.мпульса напр жени  положительной пол рности с крутым перед П1м фронтом.

Недостаткам;. известного разр дника  вл ютс  высока  эрози  кромок управл юид,его электрода и св занное с эгим уменьшение ресурса и стабильно.сти включений.

Цель изобретени  - увеличение ресурса и повышение стабильности включений разр дника .

Эта цель дост; гаетс  тем, что канал охватывающего основного электрода выполнен с уширением в сторону разр дного иром ежутка , а на торцовой и боковой, в области максимального суже:1и  канала, поверхност х управл ющего электрода выполнены углублени .

Изобретение по сн етс  чертежом.

Упразл ющ.ий электрод / размеще соосио с основными электродами 2   3, причем тор;Цова  поверхность 4 управл юпдего электрода находитс  заподлицо с внешней поверхностью электрода 2. На торцовой и боковой, в месте М1инимального зазора между электродами 1 и 2, поверхност х электрода / выполнены кольцевые пазы, а острые кромки на электроде 2 скруглены. Электро,д 3 имеет полусферическую форму с плоской частью 5 против тОрца управл ющего электрода. Электроды размещены в €реде сильноэлектроотр1Ицагсльного iraaa, например элегаза.

Устройство работает следующим образом.

При выбранной пол рности потенцлалоз электродов напр жени1е U „ .неуправЛЯемого пробо  тригатрона выше, чем при о,братной лол риости лри прочих равных услови х. Св зано это ,с тем, что на.ход щийс  иод отрицательным потенциалом электрод 3,  вл ющийс  катодом, имеет более гладкую поверхность , чем электроды / ,и 2, поэтому усиление электрического пол  на макронеодноро.дност х его поверхности м-еньше. Дл  эмиссии, например автоэмиссии, с поверхности электрода 3 электронов, которые могли бы инициировать пробой, необходимо пр.и даииой геометрки электродов тригатроиа и данном давлен ии и роде газа создать разность потенциалов электродов 2 и 3 больщую, чем при положительной пол рности электрода 3. Отсюда следует, что 1нри выбранной лол рности потенциалов электродов aainac электролрочности разр дника /С выше лр.и прочих равных услови х. Кроме того, при давно,м L,, така  пол рность электродов позвол ет около вершинь электрода ,1 создать между электрода-МИ / л 2, образующими составной анод, больщий зазор.

Оптимальны.ми относительно максимальной электрической прочности  вл ютс  така  зел чила зазора между электродами I и 2 и така  их геометр.и , при которых инициирование разр да равноверо тио как с электродов / л 2, так и с электрода 3.

Кроме повышенной электропрОЧ«01Сти, разр дник ири указанной пол рности лотенщлалов электродов .и 1пр,и лодаче на электрод / и.М1пульса управл юшего напр жени  положителБиой лол рлости с крутым передним фронтом (дл1ите тьность импульса меньше времени пролета иона) характеризуетс  мень. Ш.ИМ временем задержки л более высокой стабильностью срабатывани . Это св зано с тем, что при подаче на электрод I управл ющего им;пульса положительной пол р1ност.и по доСБижени .и критлческои дл  начала разр да иалр женност ; пол  образующ1иес  вблизи кромок кольцевых дрогоч ек электроны инициируют катодонаправлениый стример, двлжущийо  К электроду 3 л 1пере1ход щ,ий в разр дный канал.

Так как развитие разр да наиболее веро тно с мест максимальной напр женности электрического пол , то наличие на то1р:цовой поверх ностп управл ющего электрода

проточек с острыми кромкам.и, имеющими большую общую дллну, способствует их меньшему «затуплению с числом включений тригатрола и повышает ресурс его стабильных запусков.

Макронеоднородности поэерхности управ, л ющего электрода могут быть образованы и друпими способами, например насечкой, а выступы и углублени  иметь различную форму . Особенно эффективнь пазы, есл.и их ширина и -глубина сравнимы с ш:лриной и глубиной кольцевого зазора между электродами -/ и 2 около вершл лы электрода L Наличие подобных пазоз на цилиндрической поверхности электрода 1 в окрестности млиималыно.. го кольцевого зазора между электрода ми / и 2 также способствует повышению стабильности задержки пробо  этого зазора з течение большего ч.нсла рабочих циклов, и в итоге также стабилизирует временные характеристики тр.игатрона. Кроме перечисленного, разнесение (по сравнению с аналОГами и с прототипом ) по поверхности электрода / «точек солрикос(иовен1и  с ним каналов разр дов с электродов 2, 3 прлводит к меньше.му разогреву и эрозии электрода /, меньшему запылению частичками металла изол торов Tpfiгатрона , что в совокупности также увеличивает долговечность разр дника.

Оптимальными относительно минимального рассто ни  между электродом 3 и наход щимис  под общим положительным потенциалом электродами / л 2 при даином давлени) газа и данной величине U  вл ютс  такие геометрические параметры кромок на электроде 3 и кро.мок пазов на поверхности 4, при которых инициирование неуправл емого пробо  равноверо тно как с ловерхности электрода 3, так 1И с поверхности 4.

Были проведены ислытани  макета разр дника с электродами, выполненными аналагично показанным на чертеже. Рассто кие между |Электродами .2 н 3 составл ло 7 мм, диаметр электрода 17 мм, величина кольцевого зазора около вершины управл ющего электрода и минимального зазора составл ла соответственно 4 и 2 мм. Разр дник валолн лс  смесью элегаза (30%) с азотом (70%) и ком.мутировал конденсатор ИК-100-нО,4У4 (100 кВ; 0,4 мкФ), зар жаемый до 100 кВ (запасаема  энерги  2 кДж). На электрод / подавалс  импульс напр жени  лоложительной лол рности (амллитудой около 40 кВ и с длительностью переднего франта около 13 нсек.

Испытани  локазали, что лри рабочем налр жении U 100 -кВ разброс времени задержки сра.батывани  тригатрона не превышает ± 5 нсек в диапазоне изменени  давлени  от соответствующего неуправл емому пробою при и 100 кВ (давление равно 3 ат, запас /С 0%) до максимального 12 ат, выше которого разброс становилс  больше указанного , а залас электропрочности при 12 ат составл л 110% (давление 12 аг соответствовало напр жению неуправл емого Про.бо  0„ 210 кВ}. В течение цикла (2000 последовательных запусков тригатрона с частотой 2 раза в минуту) дри К 100% тригатрон стабильно включалс  с разбросом времени задержки не .более + 5 нсек. Выступание на 0,15 мм в разр дный промежуток торцовой поверхности управл ющего электрода / относительно поверхности электрода 2 или, наОборот, заглубление ее на такую же величину ие измен ли пусковых характеристик тригатрона.

Таким образом, изобретен1ие о беспечивает увеличение ресурса и повышение стабильности .срабатывани .

Особый интерес представл ют предложенные :разр дник;И в случа х, копда необходимо коммутировать сильноточные (50 кА) цепи с большой запасаемой энергией ( 10 кДж.

Claims (2)

1.«Техника больщи.с имлульсных токов и магнитных полей, -под ред. В. С. Комелькова,

М., Атомиздат, 1970, с. 194.

2.Markins D. «JEE Trans, v. К-S--18, 4, 1971, p. 296.