Источники питания генераторов плазмы, страница 4

2.8-9.2.1. Инициирование разрядов в длинных разрядных промежутках.Классификация методов инициирования разряда в генераторах плазмы.

Иногда возникает необходимость инициирования разрядов в генераторах с длинным разрядным промежутком. Например, в плазмотроне с дугой высокого давления. У таких источников плазмы анод и катод разнесены на заметное ~100 мм расстояние, а промежуток между анодом и катодом заполнен чередованием нейтральных металлических вставок и изоляторов между каждым из соседних электродов. Плазмотрон работает на открытом воздухе, а давление в разрядной камере превышает атмосферное во много раз, а иногда и во много десятков раз.

При указанных условиях пробить разрядный промежуток большой длины очень сложно, т.к. по pd такое устройство находится на правой ветви кривой Пашена и весьма далеко от ее начала координат. Для примера. Пробой разрядного промежутка между плоскими электродами, находящимися на расстоянии 1 см. друг от друга при давлении в 1 атмосферу, т.е. при нормальных условиях, требует приложения постоянного напряжения ~30 кВ, что определяется электрической прочностью воздуха (при повышенной влажности воздуха напряжение пробоя несколько снижается). Следовательно для пробоя расстояния в 10 см уже при давлении 1 атм требуется ~300 кВ, а с учетом того что в плазмотронах работающих на воздухе давление в внутри камеры может быть более 10 атм, то и напряжение потребуется еще более высокое.

В этом случае для запуска плазмотрона может быть использован метод «взрывающейся проволочки», натянутой между катодом, где имеется специальный зажим для ее крепления, и крестовиной, притянутой такой проволокой, к поверхности анода. Понятно, что другой конец проволоки крепится к этой крестовине. К ней же крепится и провод, подводящий питание устройства запуска. Использование сплошного диска вместо крестовины нежелательно, т.к. перекрытие среза анода диском приводит к росту давления в камере плазмотрона, а, следовательно, и к росту напряжения зажигания.

При подводе напряжения к плазмотрону ток, протекающий по проволоке, моментально нагревает ее не только до плавления, но и до теплового взрыва. Для меди плотность тока при которой происходит тепловой взрыв, составляет ~20 А/мм2. Плазма, образовавшаяся при взрыве проволоки, является проводящей перемычкой между анодом и катодом, по которой начинает течь ток, формируя дуговой разряд. Разряд внутри плазмотрона резко повышает давление в нем и это давление вместе с воздействием веса подводящих проводов заставляет крестовину отделится от анода. Разумеется, если она не приварилась к нему в момент запуска. Для того, что бы приваривание ни происходило, необходимо подбирать ток запуска, т.е. устанавливать в этой цепи R_бал2 – балластное сопротивление для запуска. После запуска оно закорачивается, и весь ток разряда идет через контакты замыкателя В (см. рисунок 2.8-9.4).

К сожалению и при таких ухищрениях крестовина иногда приваривается, поэтому лучше второй вариант реализации такого принципа запуска: с использованием крестовины из прочной керамики. При этом ток на запуск устройства, т.е. на взрыв проволочки подается по отдельной ветви. В этом случае после подбора параметров цепей (R_бал2 ) источник запускается нормально (см. рисунок 2.8-9.5).

Кстати, поджигание дугового разряда через перемычку использовалось еще в первых дуговых лампах. Называлась такая перемычка – шунт Бостика или просто Бостик.

Не намного проще задача запуска плазмотрона работающего при низком давлении в вакуумной камере. Понятно, что каждый раз использовать взрывающуюся проволочку не рационально, т.к. это значит, каждый раз для ее установки необходимо открывать вакуумную камеру.

В этом случае для запуска дугового источника может быть применен метод с использованием осциллятора, но в оригинальном варианте (см. рисунок 2.8-9.6).