Газоразрядное коммутирующее устройство

СОЮЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 9) 111 1978 А 5 1594 Н 01 3 1 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ пряжению, внутреннии электрод выполнен в виде двух секций разного диаметра, а управляющая катушка - в виде двух секций разной длины, причем длинная секция катушки установлена над пространством большего межэлектродного зазора и выполнена с длиной, равной длине секции внутреннего электрода меньшего диаметра, короткая секция катушки установлена со стороны меньшего межэлектродного зазора на расстоянии от длинной секции катушки, превышающем по крайней мере в два раза величину меньшего межэлектродного зазора, а величины большего 5" и меньшего д межэлектых зазоров выбраны из соотношеенина политех 50-летия Велиистической УЮЩЕЕ родяес-нийав- . Ы"е е- где ующие коммутирующемуапряжению и напряжеию поддержания разяда. Ф ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ н двторСком СвидяткльСТ, (71) Киевский ордена Лнический институт им.кой Октябрьской социалреволюции(56) Авторское свидетельство СССРУ 439026, кл. Н 01 Л 1/40, 1974.Н,РеСгегег "1,асгагггоп цп гцЬе(54) (57) ГАЗОРАЗРЯДНОЕ КОММУТИРУСТРОЙСТВО, содержащее цилиндричкие коаксиальные электроды и упрляющую катушку, о т л и ч а ю щс я тем, что, с целью улучшенияэнергетических характеристик и характеристик управления по зажиганиюи гашению разряда без снижения коммутирующей способности по току и на 7 2 Кциклотронные радиусылектрона, соответст1191978 1Изобретение относится к электронной технике, а более конкретнок газоразрядным коммутирующим устройствам с магнитным управлением,предназначенным для управляемого 5зажигания и гашения разряда, и может быть использовано в различныхмощных импульсных установках,Целью изобретения является улучшение энергетических характеристик 10и характеристик управления по зажиганию и гашению разряда без снижениякоммутирующей способности по токуи напряжению за счет снижения мощности управления, 15На фиг 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - диаграмма токов.Газоразрядное коммутирующее устройство содержит два цилиндрическихкоаксиальных электрода 1 и 2. Внутренний электрод состоит из двух секций 3 и 4, образующих два межэлект.родных зазора 5 и 6. Со стороны большего из них установлена секция катушки 7, а со стороны меньшего - секция 25катушки 8. Устройство наполненогазом низкого давления, которое опре 1оделяется из условия р( в -(Тор),К в1где. 1 - длина свободного пробега З 0электрона при 1 Торе, для обеспечения необходимой электрической прочности в соответствии с левой ветвьюкривой Пашена. Каждый из промежутковохвачен собственной катушкой управления (6 и 7): Длина катушки 7"длязазора 5 (основного) с большим межэлектродным расстоянием равна егодлине вдоль оси, а длина катушки 8для второго зазора 6 (вспомогательного) меньше его длины. Расстояниемежду .секциями катушек 7 и 8 от первого промежутка выбирается таким,чтобы оно более чем в два раза превы-шало межэлектродное расстояние второго зазора, т.е. Р 2(К-г).Граничные увловия выбора межэлектрод-ного расстояния первого зазора (К-г )следующие. Для обеспечения устойчивого зажигания оно должно по крайней мере в 2 раза превьппать циклотронный радиус электронов при коммутируемом анодном напряжении.Увеличение межэлектродного расстояния первого зазора (уменьшение г)55ограничивается условиями охлажденияанода (разряд большую часть временигорит в первом зазоре) и необходимостью обеспечения электрической прочности устройства в соответствии с левой ветвью кривой Пашена. Практика показывает, что с точки зрения обеспечения электрической прочности в диапазоне 10-40 кВ величина произведения р(К-г) для водорода должна быть порядка 0,3 мм рт.ст. Например, при давлении водорода 0,1 Тор межэлектродное расстояние первого промежутка может быть выбрано до 3 см, при давлении 0,05 Тор его можно увеличивать до 6 см.Что касается межэлектродного расстояния второго зазора то его величина по крайней мере должна превыппать два циклотронных радиуса при напряжении поддержания разряда(400 Б). В этом случае уже обеспечивается устойчивый разряд. Однаковвиду возможности появления вакуумного пробоя в исходном режиме, когда Н 2=0 и к электродам приложено высокое коммутируемое напряжение, межэлектродное расстояние второго зазора не следует брать менее, 34 см.Коммутирующее устройство. последовательно включают в высоковольтную цепь. При подаче в первый (основной)зазор 5 импульса магнитнбго поля Н(фиг. 2) длительностью 7, несколько меньшей длительности разрядноготока 1 Р ( 7 ), в основном зазоре 5зажигается разряд в скрещенных полях,обеспечивающий прохождение разрядного тока. Импульс магнитного поля Нподается во второй (вспомогательный)зазор 6 в момент времени, предшествующий на величину Ь 72, равную нескольким микросекундам, окончанию импульса Нтак, чтобы в нем сформировался устойчивый разряд. Длительность импульса Нвыбирается равной 10-15 икс. За это время плазма в первом зазоре полностью распадается, и его электропрочность восстанавливается. При окончании импульса Н разряд во втором зазоре гаснети приборполностью выключается. Таким образом, энергетические характеристики прибора в период проводимости и характеристики управления по зажиганию разряда обеспечиваются первым (основным)зазором. Второй (вспомогательный) промежуток включается лишь кратковременно в момент времени,близкий к окончанию разрядного тока,,40 . был охвачен отдельной катушкой управ лучено длянитного пол честве на давлением очной сте- инять нО пе ю приближенн5 и тогда5 МО т Н 50 51 йк 3 Н К-г ) 1 -2 апряжение;ет коммутируемое е апряжение поддяда. ния раэ влен м и определяет характеристики управления ио гашению разряда.Влияние плазмы второго зазора на процесс деионизации в первом зазоре практически несущественно благодаря удалению второй катушки, а соответственно и разрядной плазмы второго зазора (протяженность разряда в магнитном поле в коаксиальной .системе электродов определяется длиной магнитной катушки).Деионизация плазмы между двумя коаксиальными цилиндрами в продольном направлении спадает по экспоненциальному закону пропорционально величине е 7 (1 - длина цилиндров, Й - расстояние между ними), поэтому уже двукратное превышение величины по сравнению с межэлектродным расстоянием второго зазора обеспечивает надежное экранирование первого зазора от второго.Длительность импульса Н определяется длительностью разрядного тока С и равна( л)р 2 2Оценить значения Н и Н можно из выражения1 ОН=К --------г - постоянная, зависящая от пер вого и третьего коэффициентов Таунсенда, от величины отношения заряда электрона к массе; г игц- радиусы катода и анода соответственно;Ц - коммутируемое напряжение.Данное выражение по случая однородного ма При использовании в к няющего газа водорода,1 Тор можно с дост Здесь Б следует брать в волг и г - сантиметрах.В данном устройстве 15 20 30 При одинаковом коммутируемом напряжении имеем Нг Легко показать, что - - 0,9 т.е. можно сказать, что величины магнитных полей различных разрядных промежутков приодинаковом коммутируемом напряжении обратно пропорциональны их межэлектродным расстояниям. Таким образом, использование в устройстве двух промежутков, различающихся межэлектродным расстоянием, позволяет улучшить энергетические характеристики устройства, уменьшить мощность управления устройством.Переброс разряда в промежуток.с меньшим межэлектродным расстоянием позволяет повысить коммутируемую способность предлагаемого устройства по току, так как вероятность перехода разряда в неуправляемый магнитным полем дуговой режим с уменьшением расстояния между электродами уменьшается.С целью опытной проверки технической эффективности устройства, быо испытано 2 макета. Один маке прибора содержит обычную коаксиальную систему электродов (как у извес 1 гного), с межэлектродным расстоянием 4 мм (макет У 1), Второй макет был выполнен в соответствии с изобретением и содержал два промежутка с межэлектродным расстоянием 16 мм (первый) и 4 мм (второй), каждый из которых. ления, расстояние между катушками равнялось 10 мм. Радиус катода в обоих макетах составлял 25 мм, высота катода - 60 мм. Высота рабочей части катода (протяженности основного раз-. рядного промежутка) выбиралась равной 4 см и определялась длиной катушки) (в макете В 2 это первая основная катушка), Все испытания были проведены при коммутируемом напряжении Ц=6 кВ и давлении водорода, устанавливаемом с помощью генератора водорода, 0,1 Торзультаты обследования м ны в таблицу.сюда отношение мощности в известном устройстве1191978 нос ти управления в предлагаемомустройстве равноН рв = 3,9.Н+Н,:., ф)происходит устойчивое выклбора без снятия высокого нВремя выключения .прибора, анодного тока от уровня О, 0,1), мкс ри котором ючение припряжения, А время спада до уровня 230 2,5 боре в проадение на одящий пе жения над, В 38 инимальное значение магнитного полябеспечиваюшее устойчивое зажиганиеазряда, Э 0 180 8 тельность разрядного тока, м Длительность магнитного поля, мкс; Основной катушки 170 Вспомогательной катушки агнитного поля вспомогательи, при котором падение нао втором промежутке такоев первом, Э 80 Фиг.,Гираж 678 Подписно акаэ 716 НИИПИ Патент", г.уж ул.Проектная, 4 Филиал Значениеной катупряженияже, как Отношение энергетических потерьв разрядном промежутке в известномустройстве к энергетическим потерямв предлагаемом равно Щ+ .