Способ управления срабатыванием разрядника со скользящим разрядом и устройство для его осуществления

(46) 23.05.92, Бюл. М 19 (71) Самарский авиаци им, акад, С.П, Королев (72) О,А. Журавлев и А. (53) 621.316.933(088,8) (56) АвторскОе свидете %1653041, кл. Н 01 Т 2 титут ный ркин тво 0,1 АБАТЫ ВА- ЛЬЗЯЩИМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБР ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ НИЕМ РАЗРЯДНИКА СО С Изобретен ирядной техникепри создании сных накопителетрофизическихрежимом работы.Известен способ управления срабатыванием разрядника со скользящим разрядом по поверхности диэлектрика с удельным поверхностным сопротивлением р1012 Ом, на одной стороне которого установлены высоковольтный и заземленный электроды, а на другой стороне расположен токопроводящий элемент, соединенный с заземленным электродом, и включающий создание на поверхности диэлектрика отрицательного заряда путем подачи напряжения на электроды,Недостаток известного способа заключается в сложности управления срабатыванием и низкой частоте коммутации из-за необходимости использования нескольких дополнительных коммутирующих элементов, формирующих импульсное напряжение на высоковольтном электроде, Указанные е относится к электрорази может быть использовано истем коммутации емкостй энергии в различных элекустановках с частотным РАЗРЯДОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛ ЕНИЯ(57) Существо; на электроды, расположенные на поверхности неполярного диэлектрика с удельным поверхностным сопротивлением р10 Ом подают напряжение и после об 12разования отрицательного поверхностного заряда у высоковольтного электрода диэлектрик протягивают в направлении высоковольтного электрода с помощью металлического цилиндра, соединенного с одним из электродов. 2 с,п, ф-лы, 1 ил. элементы имеют низкую надежность, малыи ресурс в частотном режиме работы, требуют индивидуальной регулировки и усложняют управление срабатыванием разрядника.Известно устройство для управления срабатыванием разрядника со скользящим разрядом по поверхности диэлектрика сй удельным поверхностным сопротивлением р10 Ом, содержащее высоковольтный и заземленный электроды, Ос установленные на одной стороне диалект- (Л рика, на другой стороне которого располо жен токопроводяц. ий элемент, соединенный с (Л заземленным электродом. ОНедостаток известного устройства заключается в отсутствии системы охлаждения поверхности диэлектрика,еаюй контактирующей с плазмой разряда, Поэтому известное устройство имеет ограниченный ресурс работы в частотном режиме, что связано с характером воздействия высоко- интенсивного излучения плазмы скользящего разряда, которое вызывает процесс развитого повернос 1 ного испарения диэлектрика.Цель изобретения - упрощение управления срабатыванием, повышение частоты коммутации и ресурса работы,Поставленная цель достигается тем, что в способе управления срабатыванием разрядника со скользящим разрядом по поверхности диэлектрика с удельным поверхностным сопротивлением р 10 Ом,) 12 на одной стороне которого установлены высоковольтный и заземленный электроды, а на другой стороне расположен токопроводящий элемент, соединенный с заземленным электродом, и включающем создание на поверхности диэлектрика отрицательного заряда путем подачи напряжения на электроды, указанный диэлектрик выполняют в виде неполярной замкнутой пленки, а после подачи напряжения отрицательной полярности на высоковольтный электрод и образования вблизи него указанного отрицательного поверхностного заряда протягивают диэлектрик в направлении к высоковольтному электроду.В устройстве для осуществления предлагаемого способа, содержащем высоковольный и заземленый электроды, установленные на одной стороне диэлектрика, на другой стороне которого расположен токопроводящий элемент, соединенный с заземленным электродом, указанный элемент выполнен в виде металлического цилиндра, установленного с возможностью вращения вокруг своей оси, а указанный диэлектрик выполнен в виде неполярной замкнутой пленки, расположенной на внешней поверхности металлического цилиндра.На фиг. схематически изображено устройство для осуществления предлагаемого способа.Устройство состоит из металлического цилиндра 1 с укрепленной на его внешней поверхности диэлектрической пленкой 2, На поверхности диэлектрика 2 размещены высоковольтный электрод 3 (кромка касания А) и заземленный электрод 4 (кромка касания Б), Высоковольтный электрод 3 соединен с емкостным накопителем энергии 5 и с источником зарядного напряжения Озар. Заземленный электрод 4 подключен к нагрузке 6, соединенной заземленной ламелью 7, которая касается внутренней поверхности цилиндра 1. Для вращения цилиндра 1 служит электродвигатель 8 с регулируемым напряжением питания. Осуществление предлагаемого способа и работа соответствующего устройства заключается в следующем. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Перед включением электродвигателя 8 (металлический цилиндр 1 неподвижен) начинают повышать величину зарядного напряжения Озар на емкостном накопителе энергии 5. Присутствие напряжения Озар на высоковольтном электроде 3 вызывает интенсивную автоэлектронную эмиссию (при Е10 В м ), особенно с его микронеровностей на кромке А (Е10 В м ), что порождает в приэлектродной области отрицательную корону с большой начальной концентрацией электронов. Эмиттируемые электроны в резконеоднородном электрическом поле движутся по сложной траектории с переменной крутизной наклона к поверхности диэлектрика 2, зависящей от соотношения нормальной и тангенциальной составляющих этого поля. Входящие в состав воздуха электроотрицательные газы 02, СО, С 02 (за счет большого сродства к электрону) способствуют тому, что в поле короны образуются в основном отрицательные ионы, которые оседают на неполярный диэлектрик 2 и закрепляются в ловушках или отдают электрон поверхностным состояниям. Таким образом, в результате совместного действия ионного и электронного потоков диэлектрик 2 вблизи высоковольтного электрода 3 приобретает поверхностный отрицательный заряд и выполняет роль идеального запирающего электрода за счет экранирования поля высоковольтного электрода 3. Уменьшение числа свободных электронов и появление вместо них отрицательных ионов тормозит нарастание ионизационных токов, затрудняет формирование электрического разряда и приводит к повышению напряжения самопробоя разрядного промежутка О 1 по сравнению с Опр, где Опр = Елр статическое напряжение пробоя разрядного промежутка скользящим разрядом для зазоров, характерных для разрядников с12 см, Епр = (3,0 - 3,5) кВ/см. Поскольку диэлектрик 2 выполнен в виде неполярной пленки (лавсан, триацетат целлюлозы, полиимидная пленка) с высоким удельным поверхностным сопротивлением( р10 Ом), она из-за незначительных токов утечек способствует сохранению поверхностного отрицательного заряда вблизи высоковольтного электрода 3, формируя идеальный управляющий электрод и повышая величину напряжения самопробоя разрядника ООлр (на 10-12 кВ при9 10 м). Характерной особенностью является реализация процессов на высоковольтном электроде в ряде устойчивой последовательности импульсов Тричелла, характерных для отрицательной короны в воздухе,Установив величину зарядного напряжения на емкостном накопителе энергии 5 в диапазоне Ор- ОзарО 1, включают электродвигатель 8, который начинает вращать металлический цилиндр 1 с укрепленной на его внешней поверхности диэлектрической пленкой 2. Перемещение диэлектрика йа длину идеального поверхностного электрода приводит к кратковременному уносу отрицательного поверхностного заряда из зоны разрядного промежутке и возникновению условий для пробоя разрядника. После пробоя разрядника вновь повышается напряжение самопробоя, так как на высоковольтном электроде 3 .постоянно присутствует высокий потенциал-Озар, задающий формирование поверхностного отрицательного управляющего электрода, Дальнейшее перемещение диэлектрика 2 вновь вызывает срабатывает разрядника.Таким образом, процесс коммутации происходит с частотой, определяемой.соотношением между скоростью перемещения. диэлектрической пленки 2 и целой группой параметров (длиной межэлектродного зазора 1, мощностью источника зарядного напряжения - Озар, производительностью процессов автоэлектронной эмиссии, обьемных механизмов создания отрицательных ионов и осаждения их на диэлектрик, частотой следования импульсов зарядки диэлектрика). Характерная длительность импульса пробоя, определяемая запасом энергии в емкостном накопителе 5 и сопротивлением плазменного канала скользящего разряда, составляет,"10 мкс, Прекращение импульса пробоя связано с падением напряжения на высоковольтном электроде на величины- ОастОлр из-за конечной величины мощности зарядного источника. Однако процессы зарядки подложки не прекращаются и приОост Опр Следовательно, отрицательный потенциальный барьер начинает восстанавливаться уже в момент возникновения пробоя разрядника за время, определяемое скоростью дрейфа отрицательных ионов Ч 10 м/с, Так как скорость перемещения диэлектрика 2 ОО, а восстановление напряжения на высоковольтном электроде 3 при мощном зарядном источнике происходит за время порядка 0,5 мс, то отрицательный потенциальный барьер н диэлектрике 2 растет до полного запирания процессов автоэлектронной эмиссии с рабочей кромки А электрода 3 за время т" 0,5 мс на длине диэлектрика= Ч. т. При этом за счет периодических импульсных процессов развития волн ионизации (импульсы Тричелла) передкромкой А высоковольтного электрода 4 почти мгновенно (за 10 - 10 с) формируется зона зарядки диэлектрика 2, протяженность которой Ьар .пропорциональна напряжению на. высоковольтном электроде 3- Озари составляет величинузар 5 мм при- . Озар=6. КВ, зар, 15 мм при -Озар = 30 кВ. Время, необходимое для смещения этой зоны под высоковольтный электродзар/Ч, и время, требуемое, на восстановление на высоковольтном электроде 3 напряжения -Озар, определяют период между импульсами коммутации разрядника, Регулировка. частоты коммута 5 10 15 ции производится изменением скорости Формула изобретения 1, Способ управления срабатыванием разрядника со скользящим разрядом по поверхности диэлектрика с удельным поверхностным сопротивлением р10 Ом, на12 одной стороне которого установлены высоковольтный и заземленный электроды, а на другой стороне которого расположен токо- проводящий элемент, соединенный с заземленным электродом, включающий создание на поверхности диэлектрика отрицательного заряда путем подачи напряжения на электроды, отличающийся тем,что,сцелью 40 45 упрощения, повышения частоты коммута 50 ции и ресурса работы, в качестве указанного диэлектрика используют неполярную замкнутую пленку, а после подачи напряжения отрицательной полярности на высоковольтный электрод и образования вблизи него 55 указанного отрицательного поверхностного заряда, протягивают диэлектрик в направлении к высоковольтному электроду.2. Устройство для управления срабатыванием разрядника со скользящим разрявращения металлического цилиндра 1 с диэлектрической пленкой 2, а величина энергии, переданной в нагрузке 6, варьируется изменением зарядного напряжения на ем костном накопителе 5 в диапазоне Ор-ОзарО 1Использование предлагаемого способауправления срабатыванием разрядника со скользящим разрядом и устройства для его 25 осуществления обеспечивает по сравнениюс прототипом упрощение управления срабатыванием и повышение частоты коммутации, так как отпадает необходимость в сложной схеме управления с несколькими 30 дополнительными коммутирующими элементами; дополнительно повышается ресурс работы за счет снижения тепловых нагрузок на диэлектрик при его перемещении.35аказ 1822 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 дом по поверхности диэлектрика с удельным поверхностным сопротивлением р ЫО Ом, содержащее высоковольтный и заземленный электроды, установленные на одной стороне диэлектрика, на другой стороне которого расположен токоподводящий элемент, соединенный с заземленным электродом, о т л и ч а ю щ е е с я тем что токоподводящий элемент выполнен в виде металлического цилиндра, установленного с возможностью вращения вокруг своей оси, а диэлектрик выпол нен в виде неполярной замкнутой пленки, расположенной на внешней поверхности указанного металлического цилиндра.