RU2559027C1 - Управляемый вакуумный разрядник - Google Patents
Управляемый вакуумный разрядник Download PDFInfo
- Publication number
- RU2559027C1 RU2559027C1 RU2014108687/07A RU2014108687A RU2559027C1 RU 2559027 C1 RU2559027 C1 RU 2559027C1 RU 2014108687/07 A RU2014108687/07 A RU 2014108687/07A RU 2014108687 A RU2014108687 A RU 2014108687A RU 2559027 C1 RU2559027 C1 RU 2559027C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrode
- voltage source
- laser
- window
- housing
- Prior art date
Links
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к высоковольтным сильноточным коммутаторам с наносекундными временами нарастания тока и запаздывания срабатывания. Управляемый вакуумный разрядник содержит установленные в корпусе с окном для прохождения лазерного луча два противостоящих электрода, соединенных с клеммами источника напряжения, и поджигающий лазер. Первый электрод выполнен со сквозным отверстием, расположенным напротив окна в корпусе. Поджигающий лазер и первый электрод со сквозным отверстием соединены с положительной клеммой источника напряжения, а второй электрод, являющийся катодом, соединен с отрицательной клеммой источника напряжения и выполнен с углублением на рабочей поверхности, которое расположено напротив сквозного отверстия в первом электроде. Указанное углубление на катоде выполнено в виде усеченного конуса, сужение которого направлено в сторону первого электрода. Технический результат - уменьшение времени запаздывания и времени нарастания тока при той же мощности поджигающего импульса. 1 ил.
Description
Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике и предназначено для использования в качестве сильноточных высоковольтных коммутаторов с наносекундными временами нарастания тока и запаздывания срабатывания.
Известны управляемые вакуумные разрядники с искровым поджигом. Такие разрядники имеют малую собственную индуктивность, большую пропускную способность по току и большой диапазон коммутируемых напряжений [1].
Разрядники с искровым поджигом, как правило, содержат два основных электрода и один вспомогательный электрод. Инициирование электрического разряда в основном разрядном промежутке осуществляется электрической искрой, которая возникает при подаче управляющего импульса напряжения на вспомогательный электрод. Для успешной рабом разрядников с таким способом запуска необходимо, чтобы амплитуда поджигающего импульса напряжения была сравнимой с амплитудой напряжений на основном разрядном промежутке.
Это требует наличие дополнительного источника напряжения, что представляет собой значительные неудобства, особенно в тех случаях, когда рабочие напряжения разрядника составляют сотни киловольт и более. Кроме того, в разрядниках с искровым поджигом в момент срабатывания разрядника запускающая цепь оказывается электрически связанной с высоковольтным источником, что приводит к опасности работы на такой установке.
Известен способ поджига разрядника «Модернизированный вакуумный разрядник с шестизазорной стержневой электродной системой» [2], включающий подачу поджигающего импульса от вспомогательного трехэлектродного разрядника. К одному из основных электродов основного вакуумного трехэлектродного разрядника и батарее емкостных накопителей прикладывается напряжение от основного источника питания. Затем от автономного источника питания подается напряжение на один из основных электродов вспомогательного трехэлектродного разрядника и вспомогательную батарею емкостных накопителей. С генератора высоковольтных импульсов подается маломощный поджигающий импульс на управляющий электрод вспомогательного разрядника, вспомогательная батарея емкостных накопителей разряжается через вспомогательный разрядник. На управляющем электроде основного разрядника появляется импульс напряжения, равный зарядному напряжению вспомогательной батареи емкостных накопителей. Основной разрядник срабатывает, и батарея емкостных накопителей разряжается на индуктивную нагрузку через основной разрядник.
Недостатком этого способа является наличие дополнительных операций поджига вспомогательного разрядника от автономного источника питания, что вместе с дополнительными кабелями, контактными соединениями и другими элементами приводит к усложнению способа и, как следствие, к уменьшению надежности поджига основного разрядника.
Наиболее близким из известных технических решении является управляемый вакуумный разрядник, содержащий установленные в корпусе с окном для прохождения лазерного луча два противостоящих электрода, один из которых выполнен со сквозным отверстием, расположенным напротив указанного окна, и поджигающий лазер [3].
При воздействий на электрод-мишень сфокусированного луча рубинового лазера, работающего в режиме модулирования добротности, происходит испарение вещества мишени в начале действия лазерного импульса с последующим ускорением его за счет поглощения энергии лазерного излучения. Расширяясь, лазерный факел закорачивает разрядный промежуток. Параметры указанного разрядника такие, как время запаздывания, время нарастания тока, определяются скоростью продвижения границы плазмы, образованной лазерным лучом. Для снижения времени запаздывания, времени нарастания тока необходимо значительное увеличение мощности поджигающего лазерного импульса, что сопряжено с увеличением мощности лазерного источника, а следовательно, со снижением экономичности системы поджига.
Техническая задача, поставленная в рамках данного изобретения, заключается в улучшении временных характеристик разрядника с лазерным поджигом, т.е. сокращение времени запаздывания и времени нарастания тока в разряднике без увеличения мощности поджигающего лазерного импульса.
Поставленная задача решается тем, что в известном управляемом вакуумном разряднике, содержащем установленные в корпусе с окном для прохождения лазерного луча два противостоящих электрода, соединенных с разными клеммами источника напряжения, один из которых выполнен со сквозным отверстием, расположенным напротив указанного окна и поджигающий лазер, согласно данному изобретению первый электрод со сквозным отверстием соединен с положительной клеммой источника напряжения, а второй электрод соединен с отрицательной клеммой источника напряжения, причем упомянутый второй электрод выполнен с углублением на рабочей поверхности, расположенным напротив указанного сквозного отверстия в первом электроде, при этом углубление на катоде выполнено в виде усеченного конуса, сужение которого направлено в сторону первого электрода.
На фиг.1 изображен общин вид предложенного управляемого вакуумного разрядника в разрезе. Разрядник состоит из корпуса 1 и двух электродов 2 и 3. В корпусе 1 сделано окно 4. Электрод 2, соединенный с отрицательной клеммой источника напряжения 8, являющийся мишенью, выполнен с углублением 5, на рабочей поверхности, расположенным напротив указанного сквозного отверстия 4 в электроде 3. При этом углубление на электроде-мишени 2 выполнено в виде усеченного конуса, сужение которого направлено в сторону электрода 3, соединенного с положительной клеммой источника напряжения 8. Луч лазера 6 через окно 4 и сквозное отверстие 7 в электроде 3 направляется в углубление 5 на электроде-мишени 2.
Сущность изобретения заключается в следующем. Коммутация разрядника происходит за счет искрового вакуумного пробоя промежутка между электродами 2 и 3, который переходит в дугу. Известно, что пробой вакуумного промежутка обусловлен микровзрывами на отрицательно заряженном электроде (катоде) [3]. Такая картина наблюдается не только в миллиметровых вакуумных промежутках при относительно низких напряжениях пробоя, но и при сверхвысоких импульсных напряжениях для вакуумных промежутков в десятки сантиметров. Впервые такая картина была обнаружена и описана в работе [5]. При микровзрывах на катоде возникает плазма, движущаяся в сторону второго положительно заряженного электрода. Плазма, достигая анода, вызывает коммутацию промежутка. Если каким - либо способом инициировать появление плазмы в области анода, например, при использовании дополнительного поджигающего электрода, то окажется, что время запаздывания разряда увеличивается, и, следовательно, увеличится и время коммутации. Поэтому инициирование вакуумного разряда предпочтительнее инициировать разряд (плазму) в области катода, так как время запаздывания разряда в этом случае меньше, чем в вышеописанном случае. При воздействии лазерного импульса на электрод-(мишень) 2 образуется плазма (лазерный факел), которая, расширяясь, коммутирует разрядный промежуток. Применение углубления (сопла) способствует увеличению скорости заполнения разрядного промежутка плазмой лазерного факела за счет улучшения условий формирования плазменной струи. При этом корость плазмы зависит от формы углубления в электроде 2.
Как показали опыты,оптимальный внутренний профиль для обеспечения максимальной кинетической энергии струи должен иметь форму усеченного конуса. Поэтому именно так обычно изготавливают наконечники шлангов, пожарных брандспойтов, гидромониторов и прочих устройств, где необходимо получить максимальную силу и дальность струи. Оптимальный угол искоса конуса, как показали опыты, должен быть равен 16,6°. Исследованная скорость плазмы при инициировании разряда лазером на поверхности плоского катода равнялась 1,4×106 См/с. При выполнении конического углубления на катоде в виде усеченного конуса с углом искоса конуса, равным 6,6°,скорость плазмы при инициировании разряда тем же рубиновым лазером при прочих равных условиях достигала величины 1,96×106 См/с. Эксперименты показали, что время запаздывания и время нарастания тока описанного разрядника практически на 40% меньше по сравнению с известным разрядником без углубления в электроде-мишени при той же мощности поджигающего импульса.
Источники информации
1. П.Н. Дэмук и др. Книга «Техника больших импульсных токов и магнитных полей», М., Атомиздат", 1970.
2. Д.Ф. Алферова, В.А. Сидорова. Модернизированный вакуумный разрядник с шестизазорной стержневой электродной системой. - "ПТЭ", 1996 г., №3, с.82,
3. Н.С. Булыгин и др. ФТФ, 1975, №4, с.892-897, статья «Исследование вакуумного коммутатора с лазерным поджигом» - прототип.
4. http://gordon0030.narod.ru/archive/18873/index.html
5. Г.В. Смирнов.Экспериментальное изучение вакуумного пробоя сантиметровых промежутков на импульсах микросекундной длительности. - Томск., канд. диссерт., 1974 г., стр.76-77 (рис. 58 и рис.59).
Claims (1)
- Управляемый вакуумным разрядник, содержащий установленные в корпусе с окном для прохождения лазерного луча два противостоящих электрода, соединенных с клеммами источника напряжения, один из которых выполнен со сквозным отверстием, расположенным напротив указанного окна в корпусе, и поджигающий лазер, отличающийся тем, что первый электрод со сквозным отверстием соединен с положительной клеммой источника напряжения, а второй электрод соединен с отрицательной клеммой источника напряжения, причем упомянутый второй электрод выполнен с углублением на рабочей поверхности, расположенным напротив указанного сквозного отверстия в первом электроде, при этом углубление на катоде выполнено в виде усеченного конуса, сужение которого направлено в сторону первого электрода.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014108687/07A RU2559027C1 (ru) | 2014-03-05 | 2014-03-05 | Управляемый вакуумный разрядник |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014108687/07A RU2559027C1 (ru) | 2014-03-05 | 2014-03-05 | Управляемый вакуумный разрядник |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2559027C1 true RU2559027C1 (ru) | 2015-08-10 |
Family
ID=53796182
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014108687/07A RU2559027C1 (ru) | 2014-03-05 | 2014-03-05 | Управляемый вакуумный разрядник |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2559027C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU171371U1 (ru) * | 2017-03-06 | 2017-05-29 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Вакуумный разрядник |
RU203340U1 (ru) * | 2020-12-02 | 2021-03-31 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук | Управляемый газонаполненный разрядник |
RU223870U1 (ru) * | 2023-07-31 | 2024-03-06 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Управляемый вакуумный коммутатор комбинированного типа |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU713383A1 (ru) * | 1978-09-28 | 1984-11-23 | Предприятие П/Я А-1614 | Вакуумный разр дник |
SU1101133A1 (ru) * | 1982-03-31 | 1985-11-30 | Предприятие П/Я В-2827 | Разр дник с лазерным поджигом |
US4978893A (en) * | 1988-09-27 | 1990-12-18 | The United States Of American As Epresented By The United States The Department Of Energy | Laser-triggered vacuum switch |
JPH08167360A (ja) * | 1994-12-14 | 1996-06-25 | Toshiba Corp | レーザトリガ式ギャップスイッチ |
WO2011130929A1 (zh) * | 2010-04-20 | 2011-10-27 | 华中科技大学 | 激光触发真空开关 |
-
2014
- 2014-03-05 RU RU2014108687/07A patent/RU2559027C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU713383A1 (ru) * | 1978-09-28 | 1984-11-23 | Предприятие П/Я А-1614 | Вакуумный разр дник |
SU1101133A1 (ru) * | 1982-03-31 | 1985-11-30 | Предприятие П/Я В-2827 | Разр дник с лазерным поджигом |
US4978893A (en) * | 1988-09-27 | 1990-12-18 | The United States Of American As Epresented By The United States The Department Of Energy | Laser-triggered vacuum switch |
JPH08167360A (ja) * | 1994-12-14 | 1996-06-25 | Toshiba Corp | レーザトリガ式ギャップスイッチ |
WO2011130929A1 (zh) * | 2010-04-20 | 2011-10-27 | 华中科技大学 | 激光触发真空开关 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU171371U1 (ru) * | 2017-03-06 | 2017-05-29 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Вакуумный разрядник |
RU203340U1 (ru) * | 2020-12-02 | 2021-03-31 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук | Управляемый газонаполненный разрядник |
RU223870U1 (ru) * | 2023-07-31 | 2024-03-06 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Управляемый вакуумный коммутатор комбинированного типа |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20190319432A1 (en) | A laser triggered multi-stage vacuum switch | |
CN206164495U (zh) | 一种带陡化间隙的触发真空开关触发源 | |
RU2559027C1 (ru) | Управляемый вакуумный разрядник | |
RU2542354C1 (ru) | Эрозионный импульсный плазменный ускоритель | |
CN101828433B (zh) | 用于脉冲等离子体生成的阴极组件和方法 | |
CN113123936B (zh) | 一种栅极加速微阴极电弧推进*** | |
US20130181629A1 (en) | Discharge device | |
RU2530541C2 (ru) | Переключающая схема для приборов переключения среднего и высокого напряжения | |
RU2302053C1 (ru) | Управляемый разрядник | |
RU2366051C1 (ru) | Коммутирующее устройство | |
Lan et al. | Mode transition of vacuum arc discharge and its effect on ion current | |
RU86374U1 (ru) | Импульсный ионный ускоритель | |
RU145556U1 (ru) | Генератор высокочастотного излучения на основе разряда с полым катодом | |
RU98637U1 (ru) | Лазер | |
RU2646845C2 (ru) | Устройство формирования импульса сильноточного ускорителя электронов | |
RU2306683C1 (ru) | Плазменный электронный источник | |
CN104656461B (zh) | 一种激光触发高压开关 | |
RU203340U1 (ru) | Управляемый газонаполненный разрядник | |
RU2727927C1 (ru) | Способ бессеточной модуляции тока в неустойчивом режиме горения разряда | |
RU2736419C1 (ru) | Обостритель импульса ускорителя электронов | |
RU2559022C1 (ru) | Импульсный ионный ускоритель | |
Li et al. | Vacuum arc behavior and its development process under micro-second scale | |
RU2207647C1 (ru) | Коммутационное устройство | |
RU2330345C1 (ru) | Способ переключения электрического тока в сильноточных электрических цепях и устройство для его осуществления | |
Kumar et al. | Development of synchronization system of two spark gaps |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170306 |