Управляемый коммутатор

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК З(51) Н 01 Ю 17/06 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ЪИм вОТаМА(46) 07.09.84. Бюл. 9 33 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИЙ(56) 1. Козодоев А.М. Электрическиеуправляемые вентили для Формированиямощных импульсов тока. М., "Энергия",1975, с, 63.2. Лапин Е.И. Тезисы докладов.1 У Всесоюзного симпозиума по сильноточной электронике. Томск, 1982,с. 8 (прототип),ЯО 1112431 А(54) (57) УПРАВЛЯЕМЫЙ КОММУТАТОР, содержащий анод и катодный узел, закрепленные на изоляторе, образующемкамеру рабочего тока коммутатора,отличающийся тем, что,с целью повьппения мощности, обеспечения регулирования длительности ивеличины тока коммутируемого импульса, катодный узел выполнен в видедуоплазмотрона с дополнительным анодом, установленным между промежуточным анодом и антикатодом дуоплазмотрона, при этом дополнительный анод итермокатод дуоплазмотрона имеют вводыдля подсоединения к управляющей ключевой схеме,накала генератора водорода. Управление тиратроном осуществляется с помощью инициирующего электрода н управляющего электрода в виде сетки, на которую подается управляющий сигнал амплитудой более 3000 В и током 10 А. Запаздывание зажигания тиратрона относительно управляющего импульса составляет 0,2-0,3 мкс, электрическая прочность анодной камеры не вьппе 120 кВ при высоте прибора 1500 мм, потребляемая катодным узлом мощность 5 кВт 21.Недостатком известного коммутатора является невозможность управления длительностью импульса коммутируемого тока.Целью изобретения является повышение мощности и обеспечение регулирования длительности и величины тока коммутируемого импульса.Указанная цель достигается тем, что в управляемом коммутаторе большой мощности, содержащем анод и катодный узел, закрепленные на изоляторе, образующем камеру рабочего тока коммутатора, катодный узел выполнен в виде дуоплазмотрона с дополнительным анодом, установленным между промежуточным анодом и антикатодом дуоплазмотрона, а дополнительный анод и термокатод дуоплазмотрона выполнены с вводами для подключения к управляющей ключевой схеме.На фиг, 1 изображен предлагаемый коммутатор, разрез; на фиг.2 - схема его питания.Коммутатор содержит айод 1 и катодный узел 2, закрепленные на изоляторе 3, образующем камеру 4 рабочего тока коммутатора. Катодный узел 2 коммутатора выполнен в виде дуоплазмотрона, выполняющего функцию плазменного катода с разрядной камерой 5.Камера 4 служит для обеспечения высокой электрической прочности промежутка плазменный катод-анод. Разрядная камера 5, обеспечивающая генерацию эмиттирующей плазмы, образована системой, четырех электродов: оксидный термокатод 6, промежуточный анод 7, главный анод 8 и антикатод 9 с эмиссионным отверстием 10. Оксидный катод крепится на катодном фланце 11 с помощью изолированных от фланца и охлаждаемых проточной водой вводов - катодных ножек 12. Промежуточный анод 7 гальванически соединен 1 1112431 2Изобретение относится к импульснойтехнике, а более конкретно - к технике коммутации сильных токов высокогонапряжения, и может быть использованов сильноточных импульсных источникахпитания инжекторов электрофизических5и электроннолучевых технологическихустановок.Известны коммутирующие устройствадля формирования мощных высоковольтныхимпульсов. Наиболее широко применяемыми из них являются импульсные тиратроны и искровые разрядники, содержащие основные и управляющий электроды Г 13,Серийно выпускаемые отечественныеи зарубежные тиратроны имеют ограничения по параметрам, которые определяют быстродействие и величину коммутируемой мощности. Недостатками20искровых разрядников являются большаянестабильность момента начала основ.ного пробоя и,необходимость подачимощных пусковых импульсов с крутымифронтами. Существенным общим недостатком этих коммутаторов являетсяпринципиальная невозможность управлять длительностью импульса разрядного тока.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению являетсякоммутатор большой мощности, содержащий анод и катодный узел, закрепленные на изоляторе,. образующемкамеру рабочего тока коммутатора.Известный коммутатор представляет 35собой сверхмощный водородный тиратрон,в котором катодный узел выполнен ввиде термокатода с плоским кольцевымэмиттером из гексаборида лантана сграфнтовым подогревателем и стражателем, установленным на расстояниинескольких сантиметров от эмиттера иимеющим потенциал катода. Катодныйузел этого тиратрона позволяет прибольших импульсных нагрузках замыкать значительную (свыше 803) частьимпульсного тока через отражатель,за счет чего достигается существенная разгрузка термокатода. Тиратронсохраняет устойчивую работу при значительном уменьшении плотности газав катодной области в пределах 0,010,1 торр. Дпя поддержания стабильности давления в указанном диапазонев герметичный объем прибора помещен 55генератор водорода и датчик давления,в соответствии с показаниями которогоосуществляется управление мощностью3 11124с антикатодом 9 кожухом магнитопровода 13. Промежуточный анод в конической части имеет канал,Между промежуточным анодом 7 иантикатодом 9 действует аксиально"5симметричное магнитное поле, создаваемое катушкой 14, расположеннойвнутри незамкнутого магнитопровода,Оптимальный выбор конфигурации разрядного промежутка и напряженностимагнитного поля в нем позволяет эффективно производить отбор электроновиз газоразрядной плазмы. Главныйанод 8, выполненный из меди, имеетотверстие, аксиальное с каналом про межуточного анода 7 и антикатодом 9,и изолирован от промежуточного анодаи антикатода с помощью изолирующихпрокладок 15. Лиаметр эмиссионногоотверстия 10 антикатода, имеющегонемагнитную вставку, составляет2 мм, поскольку при диаметре, большем 2 мм, возникает нестабильностьзамыкания дуги в разрядной камереиз-за провисания внешнего электричес кого поля. Анод 1 коммутатора полусферической формы крепится к анодномуфланцу с помощью резьбового штока,позволяющего менять длину пробивногопромежутка. Резервуар 16 рабочегогаза соединен с разрядной камеройчерез импульсный электромагнитныйнатекатель 17.Источник питания плазменного катода, выполненный в виде формиръ 1 щейлинии 18, предназначен для зажигания З 5разряда. Коммутатор работает следующим образом.Включаются накал термокатода 6 40 и выпрямители, питающие магнитную катушку и формирующую линию дугового разряда плазменного катода. На электромагнитный натекатель 17 подается импульс;. после открывания натекателя 45 через время, необходимое для установления давления газа 310торр в разрядной камере ( 0,3 с) с формирующей линии 18 (фиг.2) включением управляющего тиристора 19 подается 50 поджигающий отрицательный импульс на термокатод 6. Амплитуда поджигающего импульса составляет 400 В при токе дуги до 80 А. Эмиттируемые термокатодом 6 электроны попадают на проме жуточный анод 7, находящийся в момент времени й0 под потенциалом общей шины. Протекая по сопротивлению 20 31 4(120 Ом), включенному между промежуточным анодом и главйым анодом 8, ток создает разность потенциалов, обеспечивающую вытягивание дуги в канал промежуточного анода.Нарушение однородности разрядного промежутка каналом промежуточного анода приводит к образованию двойного слоя полусферической формы, который фокусирует и ускоряет электроны дугового разряда. За счет фокусировки электрическим полем и сжатия магнитным полем, образуемым магнитной катушкой 14 и незамкнутым магнитопроводом (анод 7, магнитопровод 13. и антикатод 9), электроны проходят через канал главного анода и осциллируют в зазоре промежуточный анод 7 - антикауод 9, Это позволяет получить в анодной области разрядной камеры степень ионизации, близкую к 1007За счет высокого парциального давления носителей в разряде и сильного сжатия разряда плазма вытесняет" ся через эмиссионное отверстие 1 О антикатода 9 в рабочую вакуумную камеру коммутатора, где происходит отбор электронов из плазмы и формирование рабочего тока коммутатора.Благодаря тому, что вакуумная камера непрерывно откачивается, а разрядная камера связана с вакуумной камерой лишь эмиссионным отверстием диаметром 2 мм, между ними можно легко создавать значительный перепад давлений.В результате в промежутке между электродами коммутатора обеспечивается высокий вакуум, и электрическая лрочность промежутка определяется только вакуумным пробоем. Под действием приложенного электрического, поля в вакуумной камере возникает ток электронов и происходит коммутация рабочего напряжения на нагрузку. Электрическое питание. разрядной камеры осуществляется от модуляторного блока, формирующего прямоугольные импульсы длительностью 10 - 1000 мкс с амплитудой тока до 100 А. При необходимости укорочения длительности импульса коммутатора дополнительным управляющим импульсом отпирается модулятор 21 (фиг.2), который шунтирует нагрузку 22 и обрывает разряд, в результате чего прекращается поступление плазмы в вакуумную камеру1112 и прерывается рабочий ток коммутатора. Величина рабочего тока коммутатора регулируется в пределах от нуля до максимального значения, определяемого геометрией совокупности электродов плазменного эмиттера, посредством изменения длительности разряда модулятора 21 и величины конт О рагирующего магнитного, поля в разрядной камере,Предлагаемый управляемый коммутатор большой мощности с плазменным катодом выгодно отличается от им пульсного тиратрона, который является базовым объектом, Он сочетает в себе все известные достоинства импульсных тиратронов и частично устраняет их недостатки. Отличительной особенностьюО коммутатора большой мощности является то, что в нем использован плазменный 431 Ькатод, который способен отдавать килоамперные токи в диапазоне длительностей импульсов до 1000 мкс при малой потребляемой катодным узлом мощности (60 Вт). Кроме того, применение плазменного катода в коммутаторе открывает эффективный путь управления током разряда вплоть до полного его прерывания. Эффективное управление рабочим током коммутатора осуществля,ется путем изменения эмиссионной способности плазмы регулировкой тока разряда, которая может производиться маломощным модулятором. Так как в коммутаторе используется режим отбора электронов из плазмы и вакуум, то имеется возможность коммутировать напряжения до 200 кВ.и более. Достоинствами коммутатора являются также простота конструкции, значительный (2000 ч) срок службы и малое - порядка 5-7 с время включения.Тираж 682 ПодИ Государственного комитета СССРделам изобретений и открытий5, Москва, Ж, Раушская наб.,писное д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4