МАЛОГАБАРИТНЫЙ НИЗКОВОЛЬТНЫЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ ВАКУУМНЫЙ РАЗРЯДНИК

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к силовой коммутирующей аппаратуре, и может быть использована для коммутации электрических цепей.
Известен разрядник, содержащий не менее двух электродов, образующих с изоляционным корпусом вакуумно-плотную оболочку, и по меньшей мере один инициатор пробоя (поджигающий электрод), который совместно с элементами сопротивления образует электрическую цепь, включенную параллельно основным электродам разрядника. Патент РФ №2227951, МПК Н01Т 1/20, Н01Т 2/02, 27.04.2004. При этом поджигающий электрод выполнен на дополнительной вставке, расположенной в зоне основного разрядного промежутка и проходящей через углубление или центральное отверстие хотя бы в одном из основных электродов. В качестве элементов сопротивления использованы активные и/или реактивные элементы, а зазор между вставкой и основным электродом не превышает межэлектродного расстояния. Недостатком данного разрядника является то, что для включения разрядника в электрическую цепь и его работы требуются дополнительные элементы, например индуктивность, варистор, полупроводниковые приборы, подсоединенные параллельно основным электродам разрядника и расположенные внутри или/и снаружи изоляционного корпуса разрядника, что значительно увеличивает габариты разрядника.
Известен макет управляемого вакуумного разрядника, представляющий собой трехэлектродную коаксиальную систему (анод, катод, поджигающий электрод и разделительные изоляторы), элементы которой образуют герметичный откачанный объем. Катод, поджигающий электрод и плотно сжатая между ними диэлектрическая вставка толщиной 0,1 мм, выполненная из слюды, образуют поджигающую систему. Катод выполнен из алюминия. Величина зазора в вакуумном промежутке «катод-анод» составляет 1 мм. Давыдов С.Г., Долгов А.Н., Якубов P.X. и др. Процесс эрозии в малогабаритном управляемом разряднике с искровым поджигом. - Прикладная физика, 2016, №1, с. 53-60. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Недостатками прототипа является то, что диэлектрическая вставка, выполненная из слюды, имеет толщину 0,1 мм. Данное обстоятельство приводит к тому, что импульсное напряжение пробоя поджигающей системы, предназначенной для инициирования пробоя и коммутации тока в промежутке «катод-анод», в начале жизненного цикла разрядника находится в диапазоне 2-3 кВ и имеет тенденцию к монотонному снижению в течение жизненного цикла, что может являться недопустимым в областях применения, где необходима величина импульсного напряжения пробоя 100-200 В и важна высокая стабильность импульсного напряжения пробоя в течение всего жизненного цикла.
Техническим результатом полезной модели является снижение импульсного напряжения пробоя поджигающей системы до величины 100-200 В и сохранение данных показателей в течение всего жизненного цикла.
Технический результат достигается тем, что диэлектрическая вставка выполняется из керамики ВК94-1 толщиной 1,2 мм, а в качестве материала катода используется магний (Mg), который при срабатывании напыляется на керамику и снижает импульсное напряжение пробоя поджигающей системы, т.е. реализуется принцип инициирования пробоя и коммутации тока в промежутке «катод-анод» плазмой низковольтного (100-200 В) пробоя по поверхности диэлектрической вставки из керамики ВК94-1, покрытой пленкой магния. Напыление пленки на диэлектрическую вставку и возобновление ее убыли при работе разрядника производится электродуговым способом - осаждением паров материала катода (магния) соответственно в процессе первоначальной тренировки и далее в процессе жизненного цикла разрядника. Устанавливающееся динамическое равновесие между процессами напыления и испарения магния на поверхности диэлектрической вставки позволяют сохранять напряжение пробоя поджигающей системы на уровне 100-200 В в течение всего жизненного цикла.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где схематично представлен разрядник.
Разрядник состоит из поджигающего электрода 1, анода 2, катода 4 и вывода катода 3, плотно зажатой между катодом и поджигающим электродом диэлектрической вставкой 6 с напыленной на ее поверхность магниевой пленкой. Катод, анод и поджигающий электрод располагаются в полом цилиндрическом стакане 5, выполненном из электроизоляционного материала, который герметично соединяется с анодом, поджигающим электродом и выводом катода методом диффузионной сварки в вакууме.
Малогабаритный низковольтный управляемый вакуумный разрядник работает следующим образом. Вывод катода заземлен, анод до начала процесса коммутации находится под положительным потенциалом 200-400 В. На поджигающий электрод подается импульс положительной полярности амплитудой 350-400 В со скоростью нарастания 100 В/мкс. Происходит пробой по поверхности диэлектрика с напыленной магниевой пленкой, в результате чего происходит испарение пленки магния с поверхности диэлектрической вставки в основной промежуток между анодом и катодом, что приводит далее к пробою этого промежутка. При коммутации основного импульса тока в промежутке «катод-анод» происходит эрозия и испарение магниевого катода, испарившейся материал оседает (напыляется) в виде пленки магния на поверхность диэлектрической вставки. Данные процессы: испарения и напыления, происходят при каждом срабатывании разрядника в процессе его жизненного цикла. Динамическое равновесие между процессами напыления и испарения магния на поверхности диэлектрической вставки позволяют сохранять импульсное напряжение пробоя поджигающей системы на уровне 100-200 В в течение всего жизненного цикла.