Керований сильнострумовий комутатор

Сильнострумовий комутатор, що складається із двох основних електродів, допоміжного електрода керування, який відрізняється тим, що в одному з основних електродів по його центральній 3 Робота відомого пристрою відбувається таким чином. При подачі на допоміжний електрод високовольтного імпульсу керування пробивається газовий проміжок між допоміжним і основним електродами, після чого вся робоча напруга виявляється такою, що прикладена до іншого розрядного проміжку між основними електродами, що викликає його пробій і замикання розрядника (комутатора). Недоліками відомого пристрою, узятого як прототип, є порівняно мала його швидкодія, так як створюється два розрядних проміжки, недостатня стабільність амплітудних і часових параметрів у замкнутому діапазоні електричних величин. В основу корисної моделі поставлене завдання вдосконалити сильнострумовий комутатор шляхом упорскування в розрядний проміжок електронів з плазмової пушки, що дозволяє збільшити швидкодію роботи комутатора, підвищити стабільність амплітудних і часових параметрів у заданому діапазоні електричних величин. Поставлене завдання вирішується тим, що в сильнострумовому комутаторі, який складається із двох основних електродів, допоміжного електрода керування, в одному з основних електродів по його центральній осі виконана плазмова пушка у вигляді наскрізної порожньої циліндричної камери, усередині якої встановлений циліндричний допоміжний електрод керування, що відділений ізолятором від корпуса основного електрода, причому, торець наскрізної порожньої циліндричної камери, який сполучається з розрядним проміжком між двома основними електродами, виконано у вигляді конічного сопла з кутом розкриву конуса у межах 30 > >0 , а основний електрод і встановлений у ньому циліндричний допоміжний електрод керування з'єднані за допомогою джерела напруги. Таким чином, введення у пристрій плазмової пушки у вигляді наскрізної порожньої циліндричної камери, усередині якої встановлений циліндричний допоміжний електрод керування, відділений від корпуса основного електрода ізолятором, і виконання торця плазмової пушки у вигляді конічного сопла з кутом розкриву конуса в межах 30 >0 дозволяє збільшити швидкодію комутатора й підвищити стабільність амплітуди часових параметрів у заданому діапазоні електричних величин. Сутність пропонованого сильнострумового комутатора пояснюється Фіг.1, на якій представлена структурна схема пристрою. Пропоноване технічне рішення складається із двох основних електродів 1 і 2, плазмової пушки 3 з конічним соплом 4, циліндричного допоміжного електрода керування 6, з'єднаного з основним електродом 2 за допомогою джерела напруги 8 і відділеного ізолятором 7 від корпуса основного електрода 2. Цифрою 5 позначений розрядний проміжок між основними електродами 1 і 2. Робота сильнострумового комутатора відбувається таким чином. Джерелом первинної іонізації комутатора служить плазмова пушка 3, усередині якої встановлений циліндричний допоміжний електрод керування 6. Плазмова пушка являє собою циліндричну камеру, що закінчується конічним соплом 4, у якому при подачі напруги між електро 49383 4 дами 2 і 6 від джерела живлення 8, виникає іскровий розряд. У результаті цього створюється надлишковий тиск, що виштовхує плазму розряду із циліндричної камери 3 у розрядний проміжок 5 зі швидкістю, що є достатньою для перекриття розрядного проміжку 5 між основними електродами 1 і 2. Для збільшення швидкості спрацьовування комутатора торець циліндричної камери 3 виконаний у вигляді конічного сопла 4 з кутом розкриву конуса в межах 30 >0 . Для доказу ефективної роботи пропонованого потужнострумового комутатора наведемо результати експериментальних досліджень із макетом комутатора, проведених авторами (Чумаков В.И., Волколупов Ю.Я., Столярчук А.В. и др. Экспериментальные исследования процессов в сильноточном разряднике с плазменной пушкой // Радиотехника. Всеукр. межвед. науч.-техн. сб., 2003. Вып.132. - С.94-97.). В експерименті залежність розрядного струму ємнісного накопичувача С=100мкФ від напруги на розрядному проміжку при різних величинах розрядного проміжку =8мм, 12мм, 16мм виявилися лінійними. Розряд мав коливальну форму з декрементом загасання =2,2 (Фіг.2, масштаб: а,в20мкс/см, 10кА/см; с-20мкс/см, 1,5кВ/см, 25кА/см. Імпульсна напруга підпалу Un=20кВ при діаметрі циліндричної камери dk=1мм дозволяла впевнено комутирувати робочу напругу Uроб 1кВ (діапазон зміни робочої напруги 1...5кВ). Енергія, що вкладена у розряд плазмової камери, становила 5Дж. Як вимірник струму й напруги використовувалися пояс Роговського й резистивно-ємнісний дільник. Осцилограми напруги на розрядному проміжку показують наявність у точці переходу через нуль різких кидків напруги, викликаних розривами розрядного проміжку внаслідок припинення струму (запізнювання імпульсів струму через диференціювання поясом Роговського враховувалося при обробці осцилограм). У ці моменти виникало випромінювання коротких імпульсів, що було зареєстровано датчиком, який працює в діапазоні дециметрових хвиль. Візуалізація розрядів проводилася фотографуванням через оптичні фільтри з наступною комп'ютерною обробкою фотографій за методикою, що описана в роботах (Чумаков В.И., Волколупов Ю.Я., Острижной М.А. и др. Некоторые результаты визуальных исследований излучения магнитоплазменного компрессора в атмосфере // Журнал технической физики. 2001, том 71, вып.8. С. 112116., Чумаков В.И., Волколупов Ю.Я., Столярчук А.В. и др. Экспериментальные исследования процессов в сильноточном разряднике с плазменной пушкой // Радиотехника. Всеукр. межвед. науч.техн. сб., 2003. - Вып.132. - С.94-97.). Виявилося можливим виділити до 10 градацій зміни температури в області розрядного проміжку й навколишньому просторі. В ультрафіолетовому діапазоні (Фіг.3,а, фільтр УФС-6; Фіг.3,в, фільтр УФС-8) спостерігається канал розряду, що дає потужне щільне випромінювання. Для оцінки швидкодії пристрою були проведені дослідження впливу конфігурації сопла плазмової пушки на швидкість поширення плазми за допомо 5 гою схеми, що наведена на Фіг.4. Як вимірник використовувалася система із двох електричних зондів, розташованих по висоті на відстані 1см друг від друга перпендикулярно осі каналу. Найбільше значення швидкості Vк1 9км/с було отримано для конічного каналу з кутом розкриву конуса =15°, 49383 6 діаметр вхідного отвору якого рівнявся діаметру камери. Такий ефект можна пояснити проявом кумулятивної дії плазмового струменя на виході конічного сопла. Для порівняння відзначимо, що для циліндричного сопла, швидкість склала всього Vu 0,45км/с. 7 49383 8 9 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 49383 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601