Управляемый газонаполненный разрядник

ОП ИИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл. с присоединением заявки Мо Н 01 Т 1/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) упРАВляемый ГА 30 нАпОлненный РА 3 Рядник Изобретение относится к газораэрядной технике и может быть использовано при создании гаэоразрядныхприборов, например, управляемых газонаполненных разрядников с широкимдиапазоном рабочих напряжений и ма-лым временем запаздывания пробоя приработе в сильноточном режиме,Известны управляемые искровые ряз"1 Орядники тригатронного типа, содержащие внутри гаэонаполненной оболочкианод, катод и управляющий электрод,расположенный внутри катода и отделен-ный от него изоляционной втулкой 1),15Конструкция тригатронного типаимеет узкий диапазон рабочих напряжений при расстояниях между основными электродами более 8 мм и ограниченный срок службы в сильноточном реОжиме работы. При коммутации импульсных токов с амплитудой в десятки килоампер происходит заметное распыле"ние материала электродов и осаждениеего на изоляционной втулке, что резко сужает диапазон рабочих напряжений и ухудшает временные характеристики.Известен также управляемый разряд:ник тригатронного гипа,в котором иэо, 30 ляционная втулка, отделяющая управляющий электрод от катода, выдвинута относительно катода в сторону анода. Выдвижение изоляционной втулки внутрь основного разрядного промежутка позволяет получить широкий диапазон рабочих напряжений и малое время запаздывания при больших значениях амплитуды импульсного напряжения на управляющем электроде 2) .Недостаток этой конструкции заклю- чается в малом сроке службы при коммутации больших импульсных токов, При работе в сильноточном режиме происходит разрушение изоляционной втулки и вследствие этого ухудшение электрических параметров.Наиболее близок к предлагаемому рязряднику по конструктивному выполнению управляемый газонаполненный разрядник, содержащий анод и катод, выполненные в форме сферических чашек с центральными круглыми углублениями, и управляющий электрод в виде штыря, проходящий через отверстие в катоде. Большой срок службы в сильноГточном режиме работы достигается перемещением основного разряда по поверхности электродов под действием поля электромагнита 3).Недостатком этого разрядника яв ЛяетСяузкий диапазон рабочих напряже ний и большое время запаздывания при Мйнимальном напряжении пробоя.Цель изобретения - увеличение ширинй диапазона рабочих напряжений и ,уменьшение времени запаздывания пробоя при работе разрядника в сильноточном режиме.Указанная цель достигается тем, что рабочая часть управляющего электрода выполнена в виде шарового сег,мента, а размеры электродов имежэлектродных промежутков связаны соот,йошениями2 с - ( 4ЯК где Я - расстояние между анодом икатодом; 20- расстояние между катодом иплоскостью, проходящей через оснсвание шарового сегмейта управляющего электрода;- диаметр шарового сегментауправляющего электрода;Р - диаметр основания круглогоуглубления в основных электродах,Выбранная геометрия электродов иих взаимное расположение обеспечи"-вают поСледовательный пробой двухвсйомогательных промежутков ". Управляющий электрод - катод и управляющийэлектрод - анод от импульсного напряжения поджига, приложенного .к управляющему электроду, что значительнорасширяет диапазон рабочих напряженийи уменьшает время запаздыванйя-основногопробоя,На фиг. 1 схематически показана ф)конСтрукция разрядника; на фиг, 2схема включения разрядника; на фиг.3" даны"кривые изменения дйапазона рабо.чих напряжений Б /П (отношениеминимального напряжения пробоя к статическому напряжению пробоя); нафиг. 4 - кривые эависимости временизапаздывания С пробоя разрядникаот величины отношения я/П,Разрядник содержит анод 1 и катод 2, выполненные в форме сферических чашек с центральными круглымиуглублениями, управляющий электрод 3,прбходящий через отверстие в,катоде,отделенйый от негоизоляционной втулкой 4 и заканчивающийся шаровым сегментом 5.Схема включений разрядника содержит высоковольтный выпрямитель б,зарядный резистор 7 основной разрядный контур, состоящий из йакопитель- щного конденсатора 8,управляемогогазонаполненного разрядника 9 исо- противления Нагрузки 10, цепь поджи,га, состоящую иэ блока 11 пбджйГа иаэделительного конденсатора 12, и конденсатор 13, подсоединенный между анодом и управляющим электродом разрядника.На фиг. 3 приведены кривые изменения диапазона рабочих напряжений О , /Рс, в зависимости от отношения Я/и при и сопя3 мм,КриВые даны для четырех значений отношения Р /Р,д : 1,3Б = 0,7;Г : 1,2.На фиг4 приведены кривые зависимости времени запаздыванияпробоя разрядника от величины отношенияБ/Ь относительно минимальной величи-ны времени запаздывания 7;, пробоя,соответствующей экстремальным точкамкривых,Кривые даны для четырех значенийотношения Р 1 /Р.А: 1,3;Б: 0,7 уВ : 0,8 уГ : 1,2Разрядник работает следующим образом.При подаче высоковолЬтного импульса напряжения с блока 11 поджига через разделительный конденсатор 12 на управляющий электрод разрядника 9 происходит поочередный пробой межэлектродных промежутков управляющий электрод-катод и управляющий электрод-анод, что влечет эа собой пробой основного разрядйого промежуткаанод- катод. При этом накопительный конденсатор 8, заряженный от высоковольтного выпрямителя 6 через зарядный резистор 7, разряжается через разрядник 9 и сопротивление нагрузки 10. Разделительный конденсатор 12 и конденсатор 13-образуют емкостный делитель напряжения, с помощью которого на управляющий электрод разрядника 9 подается часть напряжения, приложенного между основными электродами.ПодаЧа постоянного напряжения на управляющий электрод выравнивает электрическое поле внутри разрядника 9, искаженное за счет внесения в основной разрядный промежуток рабочей части управляющего электрода в видешаровбго сегмента.При отношении щ 0,8 - 1,2 раз "Ррядник имеет максимальный диапазон рабочих напряжений и минимальное время запаздывания Г -. т в довольношироком интервале отношений Я/Ь 2-4.Такой характер Изменения диапазонарабочих напряжений и времени запаздывания пробоя от величины отношенияЯ/Ь объясняется следующим образом.При подаче импульса поджига науправляющий электрод происходит заряд емкостей межэлектродных промежутьков управляющий электрод-катод и упправляющий электрод-анод, а такжеподсоединенных к ним параллельно емКостей схемы включения до величинынапряжения пробоя одного из промежутков .При Я/Ь ъ 2 происходит пробой промежутка управляющий электрод-катод, 15который возбуждает колебания с малымдекрементом затуханий в контуре, образованном эквивалентной емкостьюанод-управляющий электрод (параллельное соединение емкости промежутка 20управляющий электрод-анод и конденсатора 13 схемы включения), паразитной индуктивностью и нагрузочнымиэлементами основного разрядного контура. 15Напряжение между управляющим электродом и анодом изменяется по характеру этих колебаний с амплитудой первой полуволны, равной величине напряжения пробоя промежутка управляющий.электрод - анод, и вызывает его пробой вследствие переходного процессав вышеуказанном контуре, а вместес тем - пробой основного разрядногопромежутка при очень низких напряжениях, приложенных между анодом и катодом.Отсутствие резко выраженной экстремальности диапазона рабочих напряжений в широком интервале изменения отношения Я/Ь : 2 - 4 объясняется характером распределения электрического поля с учетом геометрииэлектродов между управляющим электродом и катодом, с одной стороны, иуправляющим электродом и анодом, сдругой стороны,ЯПри - ъ 4 начинает сказыватьсяЬувеличение электропрочности промежутка управляющий электрод-анод, чтовлечет за собой сужение диапазонарабочих напряжений и увеличение времени запаздывания пробоя,ЯПри- ( 2 от напряжения поджигапроисходит пробой промежутка управ-.ляющий электрод-анод, который воз-,буждает колебания в контуре, образованном эквивалентной емкостью междууправляющим электродом и катодом(параллельное соединение емкости про- Ямежутка управляющий электрод-катоди емкости монтажа цепи поджига) и теми же элементами контура, ч 1 о и впредыдущем случае, При этом колебательное напряжение. между управляющим электродом и катодом изменяется с большим декрементом затухания, так как эквивалентная емкость между управляющим электродом и катодом во много раз меньше эквивалентной емкости между управляющим электродом и ано- дом, Этим объясняется резкое сужение диапазона рабочих напряжений и воз-. растание времени запаздывания пробояЯпри - ( 2,рОтклонение отношения - . в сторонурменьшего или большего зиачений относительно оптимального соотношения: 0,8 - 1,2 изменяет характер расрр Рпределения электрического поля между вспомогательными промежутками, что сужает интервал изменения отношения Я/Ь, в котором разрядник имеет мак- симальный диапазон рабочих напряжений и минимальное время запаздывания пробояПри выбранной геометрии и взаим- ном расположении электродов основной искровой разряд статистически распределяется от пробоя к пробою между точками, лежащими на частях поверхностей электродов в виде колец, ог- раниченных диаметром основания цент-ральных круглых углублений, что зна- . чительно уменьшает распыление мате- риала электрода в процессе долговечности и позволяет коммутировать большие импульсные токи порядка сотен килоампер,Характер кривых (фиг. 3 и 4) сохраняется при изменении рода и давления газа в разряднике.Таким образом, предлагаемая конструкция разрядника позволяет получить широкий дйапазон рабочих напряжений (минимальное напряжение пробоя составляет сотни вольт при максимальном напряжении пробоя до нескольких десятков киловольт) и малое время запаздывания пробоя при работе в сильноточном режиме (до сотен кило- ампер), Основные электрические характеристики разрядника не критичны к точности установления межэлектродных расстояний.Предлагаемый разрядник найдет широкое применение в сильноточных генераторах, в системах для защиты мощных дорогостоящих радиоэлектронных иэделий и в специальных областях науки и техники.Формула изобретенияУправляемый газонаполненный разрядник, содержащий анод и катод, выполненные в форме сферических чашек с центральными. круглыми углублениями, и управляющий электрод, проходящий через отверстие в катоде, о тгде Я О, 8 6 - , -1,2,а- расстояние между анодом икатодом;- расстояние между катодом иплоскостью, проходящей челичающийся тем, что, с целью увеличения ширины диапазона рабочих напряжений и уменьшения времени запаздывания пробоя при работе в сильноточном режиме, рабочая часть управляющего электуода выполнена в виде шарового 1 сегмейта, а размеры электродов и межэлектродных промежутков связаны соотношениями2 С - ( 4 Ярез основание шарового сегмента управляющего электрода;Р - диаметр шарового сегментауправляющего электрода;Р - диаметр основания круглогоуглубления в основных электродах .Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США 9 3042828,кл, 313-214, опублик. 1962,2, Авторское свидетельство СССРР 503329, кл. Н 01 Т 3/00, опублик,1976,15 3. Патент Англии Р 822000,кл. 39 (1), опублик. 1959.В, Синицк орре маненк ент, г. Ужгород, ул, Проектйая,Филиал ППП,Редактор Заказ 25 Л,5 05/д отн. еФия, 8 Тираж 844 ЦНИИПИ Государстве по,делам изобрет 113035, Москва, Ж, РПодписное огокомитета СССР ний и открытий ушская наб., д. 4/