Твердотельный электрический разрядник

(54) ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗРЯДНИК Изобретение относится к сильно- точной импульсной технике, а конкретно - к твердотельным электрическим разрядникам.Широко известны управляемые трех- электродные разрядники 11 .Однако эти разрядники имеют ряд существенных недостатков: узкий диапазон рабочих напряжений, большую амплитуду пускового импульса, большую зависимость времени задержки срабатывания и его стабильности от рабочего и пускового напряжений.Эти недостатки устранены в твердотельных разрядниках, у которых в качестве рабочего тела использованы электрически активные материалы сегнетоэлектрики, обладающие свойствоь спонтанной поляризации (Р), что создает новые возможности в преодолении указанных выше недостатков, а также позволяет эффективно использовать для управления работой разрядника ударную волну.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является твердотельный электрический разрядник, со содержащий рабочее тело из электрически активного материала с двумя, .лектродами, параллельными между со бой и вектору поляризации РВ , и генератор ударной волны с выходной поверхностью, перпендикулярной электродам 2,5 При воздействии на рабочее телоразрядника ударной волны определенной интенсивности спонтанная поляризация сегнетоэлектрика изменяет своювеличину вплоть до полного исчезно вения. В результате этого в объемерабочего тела возбуждаются электрические поля, а на поверхностях, непараллельных вектору поляризации, наблюдается высвобождение ранее связанных 15 зарядов. Если поверхность, на которойвысвобождаются заряды, пересекаетсяс поверхностямиэлектродов, к которымприложено достаточное по величиненапряжение, то происходит срабатыва ние разрядника и коммутация электрической цепи, в которую он включен.Недостатком этого устройства является то, что собственное электрическое поле, возбуждаемое в электри чески активном материале при его деполяризации, направлено перпендикулярно к разрядному промежутку и неучаствует в развитии пробоя междуэлектродами разрядника. Это частич О но снижает его надежность при комму705910 4электрическбго поля вдоль поверхностираэряднрго промежутка.Чтобы исключить влияние электрических полей, возбуждаемых при воздействии ударной волны в.рабочем 5,телеразрядйика, на состояние электрической цепи, в которую включенразрядник, достаточно, чтобы число,пластин в наборе было нечетным. Приэтом возбуждаемые в разряднике элект)рические поля будут иметь симметрич ный характер и не будут изменятьэлектрический потенциал электродов самого разрядника.Таким образом, выполнение рабоче -го тела разрядника из нечетного чис-ла пластин, симметрично расположенных"относительно центральной пластийы с перемежающимся направлениемполяризации обеспечивает .надежнуюкоммутацию цепей со значительно более Я йизкйм рабочйм напряжением, чем визвестном разряднике.Рассмотрим в качестве примерарасчета разрядника, рабочее телокоторого набрано из ряда симметрич- но расположенных пластин с противофф Положным направлением поляризациизадачу, в которой требуется обеспечить надежную коммутацию цепи снапряжением в 1 кВ и током 100 кА.За основу возьмем схему разрядЗф ника (см. фиг. 2), содержащее рабочее тело иэ трех пластин метаниобаталития (МВ 05), спонтанная поляризация которогб Рб - 0,7 Кл/М , а относительная диэлектрическая проницаеЗ 5 мость Я = 84 (Г, = 8, 85 10- диэлектрическая проницаемость вакуума),1. Наиболее простой Формой разрядникаможет считаться прямоугольныйпараллелепипед, одна из граней кото О рого служит разрядным промежуткоми вплотную прилегает к непроводящейвыходной поверхностигенератора ударной волны.2. Ширина разрядного промежутка находится из известного значения электрической прочности в воздухе по поверхности диэлектрика 23 кВ/мм.Для рабочего напряжения в 1 кВ величина разрядного промежутка, равная2 мм, обеспечивает 46-кратныйзапас электрической прочности.3. Размер стороны электрода, параллельного поверхностй разрядного промежутка, при заданной плотности тока10 кА/мм должен равняться 10 мм.4, Размер стороны электрода, перпендйкулярного поверхности разрядногопромежутка, сущЕственного влиянияна работу разрядника не оказывает иможет быть взят равным также 10 мм. Я 5. Электроды разрядника могут бытьвыпблнены"из нержавеющей сталиХ 18 Н 9 Т толщиной 2 мм каждый.Таким образом, выполнение твердотельных разрядникбв с рабочим телом 65 из электрически активного материала"Поставленная цель достигается тем, " что вйзвестном твердотельном электрическом разряднике, содержащем рабо 1 чее" тело йз-электрически активного " материала," с двумя электродами, цараллельными между собой и вектору" поляризации, и генератор механического импульса с выходной поверхностью,перпендикулярной электродам, рабочеетело выполнено в виде набора уставйовленных вплотную друг к другу пластийпараллельных электродам, причемйапраЬление.вектора поляризации всмежййхйластинах противойол)ожйо.Кроме того, количество пластин в наборе нечетное.На фиг. 1 схематически изображенразрядник, рабочее тело которогосостоит из набора пластин, на фиг.2 -то же, пример выполйения;Электрический разрядник 1, содер- жит рабочее тело, выполненное в виде наборап)арайлельных электродам 2разрядника пластин 3. Направление"поляризации в соседних пластинах противоположно и перпендикулярно выходной поверхности 4 генератора ударнойволны. Здесь же показано распределеййе зарядов"в разрядном промежуткеи на фронте ударной волны.Замена рабочего тела разрядника,выполненного в виде одной пластиныс йостоянйым направлением поляризации по всему объему, на набор плас" тин"с"перемещаквимся направлениемйолярйэаций=приводит к перераспре"-делению зарядов в разрядном промежутке и на фронте ударной, волны,распространяющейся в рабочем теле,а"также, как следствие, к измене"ййю"картины электрических полей вобъеме сегнетоэлектрика и в разрядном промежутке разрядника. Прй этомсоставляющая электрического поля,возбуждаемого при деполяризации сегнетоэлектрика, вдоль поверхности раз рядного промежутка будет достаточновелика, чтобы обеспечить срабатывание разрядйыка даже при незначительной величине напряжения, приложенного к электродам разрядника.Действительно, как показано начертеже, на торцах соседних пластин спротивоположным направлением поляризации,образующих поверхность разрядного промежутка, высвобождаются заряды противоположного знака. Анало-.гична картина наблюдается и на участках фронта ударной волны, распространяющегося в рабочем теле разрядникае фПодобное распределение зарядовимеет мультипольный характер и приводит к появлению составляющей705910 формула изобретения Составитель Е.ГрТехред А,Щепанск орректор Г.Решетн Редактор Т ова Заказ 9228/72 Тираж 844 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.одписно 5 ул, Проектная илиал ППП фПатент", г. Ужг 4в виде набора пластин с противоположным направлением поляризации позволяет применять их в тех областях экспериментальной физики, где требуется надежность и точность синхронизации работы отделочных элементов сильно- точных цепей с низким напряжением. 1. Твердотельный электрический разрядник, содержащий рабочее тело из электрически активного материала, обладающего свойством спонтанной поляризации, с двумя электродами на его поверхности, параллельных между собой и вектору поляризации, и генератор механического импульса, выходная поверхность которого перпендикулярна электродам, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повицения надежности коммутации низких напряжений, рабочее тело выполнено ввиде набора установленных вплотную друг к другу пластий, параллельныхэлектродам, причем направление век-тора поляризации в соседних пластинах противопдложно.2. Разрядник по п,1,.о т л ич а ю щ и й с я тем, что количество --пластин в наборе нечетное. ОИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Техника больших импульсныхтоков и магнитных полей. Под общ.ред.1 В.С.Комелькова, А-И. - М., 1970,с. 107-109.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 23 б 2835/25.кл.Н 01 Н 57/00,1976 -(прототип).