Для апробации предложенной в работе методики расчета характеристик многоканальных разрядников с локальными узлами инициирования пробоя проведены испытания восьмиканального искрового разрядника тригатронного типа, конфигурация основного разрядного промежутка которого подобна описанной в [6]. Основные электроды разрядника выполнены в виде колец с наружным диаметром 18 см и внутренним — 12 см. В одном из основных электродов на диаметре 15 см со сдвигом в 45° друг относительно друга предусмотрены восемь продольных отверстий диаметром 0,8 см, в которых заподлицо с поверхностью основного электрода расположены стержневые управляющие электроды диаметром 0,4 см, электрически изолированные друг от друга. В качестве рабочей среды в разряднике использован криптон.
Многоканальный разрядник запускается от генератора поджигающих импульсов с восемью изолированными выходами, формирующего импульсные сигналы амплитудой до 20 кВ с длительностью фронта около 15 нс и длительностью на полуспаде порядка 400 нс. Испытываемый разрядник коммутировал накопительный конденсатор емкостью 0,25 мкФ, в разрядную цепь которого включен активный делитель напряжения. Время запаздывания срабатывания разрядника определялось путем суперпозиции сигналов с этого активного и емкостного делителя напряжения, встроенного в один из передающих кабелей, связывающих выходы генератора поджига с управляющими электродами многоканального разрядника. Число узлов инициирования разряда регулировалось изменением количества подключенных к генератору поджига управляющих электродов. Результаты измерений обрабатывались методом наименьших квадратов по данным тридцати измерений на каждую экспериментальную точку.
Результаты измерения вероятности управляемого запуска одиночного разрядного промежутка Рз1 в зависимости от соотношения U3/Ucn(Ucn — напряжение неуправляемого пробоя основного промежутка разрядника, соответствующее 50 %-ной вероятности пробоя), представленные на вероятностной бумаге нормального закона распределения, приведены на рис. 1. Давление наполняющего разрядник газа 0,5 МПа, длина основного зазора разрядника около 0,3 см, напряжение неуправляемого пробоя 16 кВ, амплитуда импульса поджига примерно 15 кВ. Для ускорения измерений они проведены при частоте включения разрядника 12 импульсов в секунду. Значение Рз1 определялось регистрацией двумя счетчиками числа импульсных сигналов с выхода генератора поджига, соответствующих числу запусков и, и числа импульсов с активного делителя напряжения, установленного в цепи разряда накопительного конденсатора, соответствующих числу управляемых включений разрядника. Значения Рз1, приведенные на рис. 1, получены усреднением результатов измерения вероятности запуска всех восьми одиночных разрядных промежутков.
На рис. 2 приведены полученные в тех же условиях экспериментальные зависимости (сплошные линии) минимального уровня основного напряжения многоканального разрядника, при котором с требуемой надежностью достигается управляемый запуск, от числа подключенных к генератору поджига узлов инициирования разряда.
Рис. 1. Зависимость вероятности запуска одиночного разрядного промежутка от уровня основного напряжения
Рис. 2. Зависимость минимального основного напряжения разрядника от числа узлов инициирования пробоя
Рис. 3. Временные характеристики испытываемого разрядника
Здесь же показаны расчетные зависимости (пунктирные линии), полученные с использованием результатов, приведенных на рис. 1, и данных табл. 2 по изложенной методике. Измерения и расчет проведены для двух значений надежности запуска многоканального разрядника Рз. м=0,99 (кривые 1, 2) и Рз. м=0,999 (3, 4). Сопоставление расчетных и экспериментальных данных показывает, что их расхождение не превышает 10 %.
На рис. 3 показаны результаты измерения времени запаздывания срабатывания tз (рис. 3, а) и его разброса σ3 (рис. 3, б) в зависимости от соотношения U/Uсп для одного (кривая 1), двух (2), четырех (4) и восьми (6) подключенных к генератору поджига управляющих электродов. Здесь же приведены определенные по выражениям (2) и (3) расчетные зависимости для двух- (кривая 3), четырех- (5) и восьмиканального (7) режимов включения.
В целом можно отметить удовлетворительное совпадение экспериментальных и расчетных зависимостей. Некоторое их расхождение в области малых значений отношения U/Uспможет быть объяснено повышенной погрешностью определения в этом диапазоне времени запаздывания срабатывания одиночного разрядного промежутка и его разброса, связанной с недостаточным числом измерений.
Обобщив сказанное, можно сделать вывод, что предложенный в работе метод расчета ряда эксплуатационных характеристик многоканальных разрядников с локальными узлами инициирования пробоя позволяет достаточно точно оценить быстродействие, стабильность включения и минимальный уровень рабочего напряжения по результатам измерения рабочих характеристик одиночного разрядного промежутка, что облегчает процесс разработки коммутационной аппаратуры с заданными основными характеристиками. Следует также отметить, что улучшение эксплуатационных характеристик управляемых искровых разрядников при увеличении числа узлов инициирования пробоя дает возможность использовать данный прием при разработке коммутирующих устройств с повышенными быстродействием и стабильностью включения, а также с расширенным диапазоном рабочих напряжений.
Список литературы
- Месяц Г. А. Генерирование мощных наносекундных импульсов. М.: Советское радио, 1974.
- Martin J. С. Multichannel gaps. Preprinl SSWA/JCM/703/27. Berks: Aldermaston, 1970, p. 38.
- Ковальчук Б. M., Кремнев В. В., Поталицын Ю. Ф. Сильноточные наносекундные коммутаторы. Новосибирск: Наука, 1979.
- Prestwich К. R. A 2MV, multichannel oil-dielectric, triggered spark gap.— In: Proc. Intern. Conf. Energy Storage, Compression and Switching. Asti — Torino: Italy, 1974.
- Bernstein B., Smith I. AURORA, an electron accelerator // IEEE Trans, on Nucl. Sci. 1973. Vol. NS—20. N 3. Pt. 2. P. 294—300.
- Многоискровой высоковольтный тригатрон / В. Г. Емельянов, Б. М. Ковальчук, В. А. Лавринович и др. // ПТЭ. 1975. № 4. С. 89—91.
- Мегавольтные водяные разрядники тригатронного типа / В. В. Балалаев, Н. К. Капишников, М. Г. Коротков и др. // ПТЭ. 1977. № 5. С. 118—121.
- Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука, 1968.
- Шор Я. Б., Кузьмин Ф. И. Таблицы для анализа и контроля надежности. М.: Советское радио, 1968.
