Качество коммутатора можно оценить по тому, насколько -эффективно он прерывает ток и выдерживает напряжение после прерывания. Когда скорость изменения тока перед переходом через нуль и скорость нарастания напряжения после нуля тока возрастают, это сделать сложнее.
Постоянные токи попользуются, в сравнительно низковольтных цепях. Трудность их отключения связана с тем, что в отличие от переменного тока при этом отсутствуют периодически повторяющиеся нули тока, в которых его легко можно прервать. Обычно используется коммутирующее устройство, в котором может возникнуть высоковольтная дуга (с падением напряжения на дуге, превышающим напряжение питания коммутируемой системы). Разница в напряжениях горения дуги и системы приводит затем к достижению нуля тока.
2. ДРУГИЕ ТИПЫ АППАРАТОВ, С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ВАКУУМНЫХ КАМЕР
2.1. УПРАВЛЯЕМЫЕ ВАКУУМНЫЕ РАЗРЯДНИКИ
Во многих областях техники необходим выключатель способный к быстрому замыканию. Ранее это осуществлялось с помощью таких устройств, как игнитроны или тиратроны, а с недавнего времени с помощью тиристоров. Как правило, эти устройства характеризуются ограниченной скоростью срабатывания и величиной коммутируемой мощности. Удачной альтернативой им, является управляемый вакуумный разрядник (УВР).
УВР имеет много общего с другими многоэлектродным коммутаторами, называемыми тригатронами, в которых проводимость возникает между основной парой электродов после подачи импульса напряжения на третий электрод. При этом между третьим электродом и одним из основных электродов зажигается разряд, приводящий к пробою основного промежутка. Можно, показать, что в действии обычных газовых тригатронов и УВР имеются существенные различия.
Описания управляемых вакуумных разрядников впервые появились в 50-е годы. Это были постоянно откачиваемые устройства, поскольку еще не существовало технологии производства отпаянных высоковакуумных мощных устройств с большим сроком службы. Существенный прогресс этой технологии был связан с возможностью получения обезгаженных контактных материалов с помощью метода зонной очистки. Такая технология развивалась параллельно с технологией производства вакуумных выключателей, с которой она имеет много общего.
УВР и вакуумные выключатели очень похожи и по внешнему виду, и по конструкции. УВР имеет пару основных электродов разделённых промежутком. Электроды УВР неподвижны. Поджиговый электрод размещен в одном из основных, обычно на его оси. Роль поджигового электрода состоит в инжекции плазмы в вакуумный промежуток. Эту операцию можно провести несколькими способами. Один, очень удобный метод, состоит в использовании газонасыщенных электродов. В качестве газа применяется водород.
С помощью импульса высокого напряжения можно инициировать дуги между двумя насыщенными водородом титановыми электродами, разделенными вакуумным промежутком длиной порядка 0,01 см, для обеспечения надежного пробоя без разброса по времени напряжение должно быть порядка десяти киловольт. Если в пространстве между электродами поместить диэлектрик, пробой по его поверхности произойдет при напряжении, более низком, чем в обычном вакуумном промежутке. Одна из таких конструкций
Управляемый вакуумный разрядник
 |
1- вывод управляющего электрода; 2- сварное уплотнение; 3- управляющий электрод; 4- рабочие электроды; 5- вакуумный промежуток; 6- экраны, создающие необходимое распределение поля и обеспечивающие конденсацию металлического пара; 7- керамический корпус; 8- электростатические экраны;
9- металлокерамический спай.
Рис.3.
приведена на рис.3. Цилиндр из окисноалюминиевой керамики покрыт слоем титана толщиной — 0,01 см. В зависимости от метода изготовления прибора и его рабочей температуры могут применяться и другие гидридообразуюшие металлы (такие, как гафний, палладий, торий, уран, иттрий, цирконий и редкие земли). В керамике через титановый слой прорезается V-образная канавка. На одном из концов керамического цилиндра помещается экранный колпачок, к которому присоединяется свинцовый провод. Все это помещается в конусообразное углубление катода основного вакуумного промежутка. Насыщение газом производится при нагреве титана в водороде. В других конструкциях насыщение управляющего электрода газом производится перед окончательной сборкой или после сборки путем нагрева в водороде с помощью встроенного нагревателя, можно также прогреть в водороде все устройство.
Для поджига на управляющий электрод подается импульс напряжения положительной полярности. Промежуток, образованный разрезом в керамике, пробивается, и между титановым электродами зажигается дуга, приводящая к освобождению водорода и образованию паров титана.
Которые ионизируются в разряде. Давление и силы магнитного поля, связанные с петлей разрядного тока, выдувают плазму из конического углубления в основной промежуток. При распространении плазмы в промежуток между основными электродами возникает тлеющий разряд, который затем переходит в дугу.
Управляемый вакуумный разрядник можно заставить работать и при обратной полярности напряжения на его электродах. Поэтому, поджиговыми электродами снабжаются оба основных электрода.
Свойством УВР является широкий диапазон рабочих напряжений. Промежуток размером 0,3 см работает при напряжениях от 300 до 30000В. Управляемый вакуумный разрядник более дорог, чем обычный трехэлектродный воздушный искровой разрядник, но имеет перед ним ряд преимуществ.
1) малый размер,
2) быстрая деионизация,
3) возможность работы в широком диапазоне напряжений,
4) возможность работы в условиях сильной радиации,
5) отсутствие проблем, связанных с очисткой газа,
6) отсутствие шума или ударных волн,
7) отсутствие опасности взрыва.
Применения УВР многочисленны и разнообразны. В одну группу можно объединить высокоскоростные защитные устройства, чрезвычайно быстро закорачивающие подвергающиеся опасности разрушения узлы при перенапряжении или превышении заданного уровня тока. Устройства, требующие защиты в цепях большой мощности, для защиты конденсаторов в высоковольтных линиях передачи. При коротком замыкании необходимо закоротить конденсаторы, чтобы не допустить повреждения их в результате перенапряжения.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.