Электроизоляция и разряд в вакууме - Сливков И.Н.
Скачать (прямая ссылка):
214
7.3. ТЕОРИЯ РАЗВИТИЯ ИСКРОВОГО РАЗРЯДА
Эта теория развивалась для разряда, вызванного искусственной поджигающей искрой. Однако исследования вакуумного пробоя показывают, что ее можно применять к искровому разряду, вызванному естественным пробоем вакуумного промежутка.
Логично предположить, что развитие основного разряда в системах с поджигом связано с распространением плазмы, образовавшейся в поджигающей искре на катоде [303, 305] или на аноде [306]. Для получения количественных сооотношений Флинн [305] предположил, что с переднего фронта плазмы, распространяющейся в разрядном промежутке, вытягивается ток, сила которого ограничена собственным пространственным разрядом, т. е. определяется законом «трех вторых». По мере движения плазмы последняя все больше заполняет зазор, как бы закорачивая пройденную ее часть межэлектродного зазора, и все напряжение оказывается приложенным к оставшейся част и зазора. Согласно закону «трех вторых», это приводит к сильному возрастанию тока, благодаря чему разряжается емкость электродов и непосредственно подключенных к ним конструктивных элементов. Ввиду кратковременности процесса разряд поддерживается не от генератора высокого напряжения, а за счет разрядки указанной емкости.
Итак, предположим, что плазма из локального источника на одном из электродов распространяется в зазоре в виде расходящегося потока, причем скорость движения переднего фронта плазмы Vun и угол расходимости плазменного потока постоянны во времени. Тогда сила тока с фронтальной поверхности плаз-
мы, вытягиваемого электрическим полем между плазмой и противоположным электродом, согласно закону «трех вторых» для плоского случая
где, кроме общепринятых обозначений, Аф — площадь фронтальной поверхности плазмы, когда последняя достигает противоположного электрода. Если пренебречь притоком энергии от генератора высокого напряжения, то
где Сш — емкость электродов.
Для большей наглядности удобно перейти к относительным величинам и выразить время /, напряжение U и силу тока
I в долях соответственно времени распространения плазмы до противоположного электрода to начального напряжения Uq и
(50)
I = — {dU/di) Cmt
(51)
215
силы тока, определяемой выражением
(52)
Все относительные значения будем отмечать звездочкой, например /*, Uif и т. д. Кроме того, полезно ввести параметр т) = = CmUoItolQ, характеризующий накопленный в емкости электро-
Рис. 68 Изменение тока и напряжения в относительных единицах при т) = 0,1 (--); 1,0 (-----) и 10,0 (-----).
дов Cm электрический заряд. Так же как /о, величина ц зависит от направления распространения плазмы: от катода (ток электронный) или от анода (ток положительных ионов). Например,, при 5 = 5 MMi Ao-S2t Cm=60 пфу Unn = S-IO6 см/сек и Vq=60 кв и при распространении плазмы от катода ^ = 1,5, а от анода т|=60. Для одного и того же межэлектродного зазора г)~[/-05. В принятых относительных единицах из уравнений (50) и (51) можно получить выражения:
характеризующие изменение тока и напряжения при 0--1. На рис. 68 приведены эти кривые, а в табл. 54 — рассчитанные на основе выражений (53) и (54) для разных г\ максимальные
1
0 QjI 0,2 0,3 Ofi OfS OiS 0,7 OJ O4St^omtf
(53)
(54)
216 /
мгновенные значения силы тока /*макс, соответствующие им значения напряжения и времени U^iuакС, /макс, а также
Тумаке — ОТНОШЄНИЄ МОЩНОСТИ При / макс К Средней МОЩНОСТИ,
выделяемой на электродах за время разряда.
Таблица 54
Максимальная сила разрядного тока /*макс и соответствующие ей значения и*т и t*j при заполнении плазмой межэлектродного зазора
1 макс 1 макс
7I I «макс t J • 'макс и г *'макс ^¦макс **^макс 7I р макс
0,1 0,26 0,44 0,56 1,11 2,9
0,3 0,72 0,6 0,48 1,44 2,3
1 2,8 0,78 0,35 2,18 2
3 12,1 0,9 0,26 3,6 2,1
10 87 0,97 0,18 8,4 3,1
30 610 0,99 0,14 20 5,7
100 6000 0,997 0,12 60 14
Приведенное значение /*макс в табл. 58 и есть максимальный
ток искрового разряда. При rj»l /* макс^Л2» т- е- макс»
2
«Сш. Однако расчет не учитывает индуктивности разрядной (собственно электродов и канала разряда).
Г. А. Месяцем и Д. И. Проскуровским [307] проделаны аналогичные расчеты для случая, когда на электроды с пренебрежимо малой емкостью подается напряжение через активное сопротивление что почти эквивалентно подаче импульсного напряжения на зазор через длинную линию, согласованную по волновому сопротивлению с нагрузкой (вакуумным зазором). На рис. 69 приведены полученные расчетом кривые изменения тока во время заполнения плазмой межэлектродного зазора.
¦ В отличие от рассмотренного ранее случая (см. рис. 68) ток возрастает монотонно, стремясь к максимальному установившемуся значению, определяемому проводимостью длинной линии Параметр S, так же как и параметр т|, характеризует соотношение между возможностью электрической схемы подвести энергию к электродам и способностью межэлектродного зазора воспринять ее, обеспечить нужную проводимость:
в « VWrJv (55)
Для большей точности анализа экспериментальных данных (осциллограмм) временем нарастания тока или временем его коммутации обычно считают время роста тока от 10 до 90% его максимального значения. Из рис. 68 и 69 видно, что время коммутации тк меньше времени распространения плазмы в за-
