SU741345A1 - Многозазорный разр дник - Google Patents

Description

Изобретение относится к газоразрядным приборам и может использоваться, например, для коммутации токов большой амплитуды в генераторах высоковольтных наносекундных импуль- 5 сов.

Известны разрядники, используеквле в качестве коммутаторов тока, имеющие два металлических электрода, отстоящих один от другого на опреде- 10 ленном расстоянии, и один или несколько поджигающих электродов fxj.

Подобные разрядники имеют следующие недостатки:

1. Сравнительно небольшой срок ^5 службы (10⁵-1О⁷включений), обусловленный, главным образом, распылением материала электродов из-за искрового характера пробоя промежутков.

2. Невысокую предельную рабочую 20 частоту включений, ограничиваемую локальным перегревом газа в искровых промежутках.

3. Необходимость заполнения раз- рядника газом при больших давлениях 25 (порядка десятков атмосфер) для обеспечения короткого времени коммутации (10'^э с).

Известен многозазорный разрядник, содержащий оболочку, ограничивающую 39

РАЗРЯДНИК разрядное пространство, и систему металлических электродов, разделенных газовыми промежутками [2]. Эта конструкция позволяет получить небольшие времена коммутации при давлениях газа порядка атмосферного.

Недостатки разрядника — распыление электродов и перегрев газа — связаны с искровым характером пробоя промежутков. Кроме того, индуктивность искры ограничивает минимальную величину времени коммутации разрядника. ' Все это снижает предельную частоту включений и срок службы разрядника. Цель изобретения — увеличение предельной рабочей частоты включений и срока службы.

Поставленная цель достигается тем, что между металлическими электродами расположены дополнительные электроды из резистивного материала, удельное сопротивление которого выбрано согласно неравенству .

<р< (0,01 т 0,1) где S - удельное сопротивление резистивного материала, Ом.см;

0_пр- напряжение пробоя разрядника; Jp- ток разряда;

η - число дополнительных резистивных электродов;

? — толщина резистивного электрода в направлении разряда;

S - площадь рабочего поперечного сечения дополнительного резистивного электрода.

Приведенные граничные условия получены экспериментально. Они обусловлены тем, что вне обозначенного диапазона газовый разряд является искровым с присущими ему недостатками: высокой плотностью тока и большой индуктивностью, приводящими к снижению рабочей частоты срабатываний разрядника.

При S< 20 Ом.см через дополнительный резистивный электрод начинается каскадный искровой разряд. При Р > (0,01 -0,1) и_пр· S/J_p пК ограничивается разрядный ток, что приводит к неоправданным потерям и снижению КПД устройства.

Введение дополнительных электродов создает условия для диффузного пробоя газовых промежутков. Так как при этом обеспечивается равномерность пробоя по всей площади электродов, плотность разрядного тока резко уменьшается, что существенно снижает распыление электродов и увеличивает срок службы устройства. Газ в пространствах между электродами нагревается значительно меньше, чем при искровом характере пробоя, что позволяет увеличить рабочую частоту включений. Диффузный характер пробоя приводит также к снижению индуктивности разрядника, что уменьшает время коммутации.

Предлагаемый разрядник представлен на чертеже.

В корпусе 1 разрядника расположены металлические электроды 2-5 и резистивные электроды 6, разделенные изоляторами 7. Штуцер 8 предназначен для напуска газа в корпус. Электрод 2 служит анодом, электрод .4 - катодом, электрод 5 — поджигающий.·

Разрядник работает следующим образом.

В исходном положении на анод подано высокое напряжение положительной полярности. После подачи на электрод 5 поджигающего импульса напряжения газовые промежутки между электродами пробиваются, замыкая цепь электрической схемы.

Экспериментально установлено, что пробой газового промежутка в описанной конструкции в диапазоне давлений от нескольких торр до нескольких атмосфер между металлическими и резистивными электродами носит диффузный характер в отличие от искрового пробоя между металлическими электродами.

В экспериментальном образце резистивные электроды были изготовлены из германия марки ГМС-5-200 гв, диаметром 20 см, толщиной 2 см, Удель- ¹ ное сопротивление германия ГМО-5-200гв равно 50 Ом-си.

При pd = 40 торр-см (р — давление газа г разряднике, d - расстояние между электродами) амплитуда импульса тока составила 5 ка при длительности импульса тока 10'⁶ с.

Испытания показали, что благодаря равномерности пробоя по всей площади электродов резко уменьшается плотность разрядного тока. При указанных параметрах разряда плотность тока j = 4^¾ , в то впемя как при искровом пробое при диаметре искры«^0,2см

В предложенном разряднике резко снижается распыление электродов, поэтому увеличивается срок его службы. Значительное уменьшение нагрева газа в промежутках позволяет увеличивать рабочую частоту включений.

Время коммутации также уменьшается за счет уменьшения индуктивности разрядника в результате равномерного распределения разряда по площади электродов.

Claims (2)

1. (54) МНОГОЗАЗОРНЫЙ РАЗРЯДНИК Изобретение относитс  к газоразр дным приборам и может использовать с , например, дл  коммутации токов большой амплитуды в генераторах высоковольтных наносекундных импульсов . Известны разр дники, используелвле в качестве коммутаторов тока, имеющие два метёшлических электрода, от сто щих один от другого на определенном рассто нии, и один или несколько поджигающих электродов (IJ. Подобные разр дники имеют следую щие недостатки: 1. Сравнительно небольшой срок J -Н СЦЭ Г1И 1 CJl-lJ П , n v /rf«fc A -..- -сслужбы ( вклйчёнйй), обуслов ленный, главным образом, распылением материала электродов из-за искро вого характера пробо  промежутков. 2.Невысокую предельную рабочую частоту включений, ограничиваемую локальным перегревом газа в искровы промежутках, 3.Необходимость заполнени  разр дника газом при больших давлени х ( пор дка дес тков атмосфер) дл  обе печени  короткого времени коммутации (10 с) . Известен многозазорный разр дник содержащий оболочку, ограничивающую разр дное пространство, и систему металлических электродов, разделенных газовыми промежуткг1ми 2 . Эта конструкци  позвол ет получить небольшие времена коммутации при давлени х газа пор дка атмосферного. Недостатки разр дника - распыление электродов и перегрев газа - св заны с искровым характером пробо  промежутков. Кроме того, индуктивность искры ограничивает минимальную величину времени коммутации разр дника. Все это снижает предельную частоту включений и срок службы разр дника. Цель изобретени  - увеличение предельной рабочей частоты включений и срока службы. Поставленна  цель достигаетс  тем, что между метгиплическими электродами расположены дополнительные электроды из резистивного материала, удельное сопротивление которого выбрано согласно неравенству , 20 р (0,01 f 0,1) , где S - удельное сопротивление резистивного материала, Ом.см; напр жение пробо  разр дника JP - ток разр да; число дополнительных резистивных электродов; - толщина реэистивного электр да в направлении разр да; S - площадь рабочего поперечног сечени  дополнительного резистивного электрода. Приведенные граничные услови  получены экспериментально. Они обусловлены тем, что вне обозначенного диапазона газовый разр д  вл етс  искровым с присущими ему недостатками: высокой плотностью тока и бол шой индуктивностью, привод щими к снижению рабочей частоты срабатывани разр дника. При S 20 Ом.см через дополнительный резистивный электрод начина етс  каскадный искровой разп д. При р (0,01 -0,1) % S/JpnK ограничиваетс  разр дный ток, что приводит к неоправданным потер м и снижению КПД устройства. Введение дополнительных электродов создает услови  дл  диффузного пробо  газовых промежутков. Так как при этом обеспечиваетс  равномернос пробо  по всей площади электродов, плотность разр дного тока резко уменьшаетс , что существенно снижае распыление электродов и увеличивает срок службы устройства. Газ Е прост ранствах между электродами нагреваетс  значительно меньше, чем при искровом характере пробо , что позв л ет увеличить рабочую частоту вклю чений. Диффузный характер пробо  приводит также к снижению индуктивности разр дника, что уменьшает врем  коммутации. Предлагаемый разр дник представлен ма чертеже. В корпусе 1 разр дника расположены металлические электроды 2-5 и резистивные электроды 6, разделенны изол торами 7. ЦЗтуцер 8 предназначе дл  напуска газа в корпус. Электрод 2 служит анодом, электрод ,4 - катодом , электрод 5 - поджигеиощий. Разр дник работает следующим образом. В исходном положении на анод подано высокое напр жение положительной пол рности. После подачи на э/гектрод 5 поджигающего импульса напр жени  газовые промежутки между электродами пробиваютс , замыка  цепь электрической схемы. Экспериментально установлено, чт пробой газового промежутка в описан ной конструкции в диапазоне давлени от нескольких торр до нескольких атмосфер между металлическими и резистивными электродами носит диффузный характер в отличие от искрового пробо  между металлическими электродами. В экспериментгшьном образце рези тивные электроды были изготовлены из германи  марки Г1ИО-5-21)0 гв, диаметром 20 см, толщиной 2 см. Удельное сопротивление германи  ГМО-5-200гв равно 50 Ом.си. При pd 40 торр-см (р - давление газа разр днике, d - рассто ние между электродами) амплитуда импульса тока составила 5 ка при длительности импульса тока 10 с. Испытани  показали, что благодар  равномерности пробо  по всей площади электродов резко уменьшаетс  плотность разр дного тока. При указанных параметрах разр да плотность тока j 4 , в то впем  как при искровом пробое при диаметре искры 0,2см j 160. в предложенном разр днике резко снижаетс  распыление электродов, поэтому увеличиваетс  срок его службы. Значительное уменьшение нагрева газа в промежутках позвол ет увеличивать рабочую частоту включений. Врем  коммутации также уменьшаетс  за счет уменыиени  индуктивности разр дника в результате равномерного распределени  разр да по площади электродов. Формула изобретени  Многозазорный разр дник, содержащий оболочку, ограничивающую разр дное пространство, и систему металлических электродов, разделенных газовыми промежутками, о т л и ч а юш и и с   тем, что, с целью увеличени  предельной рабочей частоты включений и срока службы, между металлическими электродами расположены дополнительные электроды из резистивного материала, удельное сопротивление которого выбрано согласно неравенстВУ5Unp-S 20 р (Г),01тО,1) jp.n.R , где S - удельное сопротивление реггистивного материала; )„„ - напр жение пробо  разр дника; ток разр да; число дополнительных резистивных электродов; толщина резистивного электрода; площадь рабочего попере.чного сечени  дополнительных резистивных электродов. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Киселев Ю.В.. и др. Искровые разр дники . М. , Советское радио , 1976, с. 39-55.
2. 2.Авторское свидетельство СССР 184342, кл. Н 01 J 17/04, опублик. 1965 (прототип),