Стабильность запуска тиратрона с холодным катодом при высоких анодных напряжениях

Аргунов, Григорий Александрович Отделение материаловедения (ОМ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

В работе представлены результаты исследования тиратрона с холодным катодом типа ТПИ1-10к/50 с новым узлом запуска. Определены особенности горения вспомогательного тлеющего разряда в новом узле запуска. Проведены испытания тиратрона в различных схемах запуска. В ходе работы получена наносекундная стабильность срабатывания тиратрона в данных схемах запуска.

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………………. 11

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ………………………………………………………………………………. 14

1.1 Общий принцип работы тиратрона с холодным катодом…………………………. 14
1.2 Конструктивные особенности тиратрона ТПИ1-10к/50 ………………………….. 16
1.3 Сильноточный разряд в основном разрядном промежутке тиратрона ……… 18
1.4 Вспомогательный тлеющий разряда в узле запуска
тиратрона ТПИ1-10к/50 ………………………………………………………………………….. 22
1.5 Методы запуска тиратрона с холодным катодом …………………………………….. 27
1.6 Особенности работы тиратрона с высоко-эмиссионной таблеткой в узле
запуска …………………………………………………………………………………………………… 31
1.7 Постановка задачи …………………………………………………………………………………. 35

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ……………………………………………………………. 36

2.1 Экспериментальная установка ………………………………………………………………… 36
2.2 Конструктивные особенности прототипа отпаянного тиратрона ТПИ1-
10к/50 с новым узлом запуска ………………………………………………………………… 37
2.3 Методики измерений …………………………………………………………………………….. 39
2.3.1 Измерение статических пробивных напряжений основного разрядного
промежутка в целом и секций тиратрона в отдельности ………………………….. 39
2.3.2 Получение вольтамперные характеристики вспомогательного разряда в
узле запуска …………………………………………………………………………………………… 41
2.4 Методы запуска тиратрона с новым узлом запруска ……………………………….. 43

3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ……………………………………………………………. 47

3.1 Напряжения статического пробоя основного промежутка тиратрона в целом
и секций по отдельности ………………………………………………………………………… 47
3.2 Вольтамперные характеристики вспомогательного тлеющего разряда …… 50
3.3 Схемы запуска тиратрона при высоких анодных напряжениях ……………….. 54
4 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ …………………………………………………………………………….. 61

4.1 Потенциальные потребители результатов исследования …………………………. 62
4.2 SWOT-анализ …………………………………………………………………………………………. 64
4.3 Инициализация научно-технического проекта ………………………………………… 66
4.3.1 Технико-экономическое обоснование проведения научно-технического
исследования………………………………………………………………………………………….. 66
4.3.2 Оценка научно-технического уровня исследования ……………………………… 67
4.4 Планирование работ по научно-техническому исследованию …………………. 69
4.5 Бюджет научно-технического исследования …………………………………………… 72
4.5.1 Расчёт материальных затрат на реализацию проекта…………………………….. 72
4.5.2 Расчет капитальных вложений на реализацию проекта…………………………. 73
4.5.3 Расчёт оплаты труда работников ………………………………………………………….. 74
4.6 Оценка ресурсной и организационной эффективности исследования ………. 76

5 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ…………………………………………………….. 79

5.1 Профессиональная социальная безопасность ………………………………………….. 79
5.1.1 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть при
проведении исследования ………………………………………………………………………. 79
5.1.2 Обоснование мероприятий по защите исследователя от действия опасных
и вредных факторов ……………………………………………………………………………….. 81
5.2 Экологическая безопасность …………………………………………………………………… 87
5.2.1 Анализ влияния объекта исследования на окружающую среду …………….. 87
5.2.2. Анализ «жизненного цикла» объекта исследования …………………………….. 87
5.2.3 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды …………………… 87
5.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………………………… 88
5.3.1 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть при проведении
исследований …………………………………………………………………………………………. 88
5.3.2 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка порядка
действия в случае возникновения ЧС ……………………………………………………… 89
5.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности………….. 91
5.4.1 Специальные правовые нормы трудового законодательства …………………. 91
5.4.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны…………….. 91

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………… 94

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ………………………………………. 96

Приложение I …………………………………………………………………………………………………. 99

Ключевой задачей импульсной электроэнергетики является передача в
нагрузку импульсной электрической энергии. В процессе коммутации большое
внимание уделяется коммутаторам, поскольку именно они во многом
определяют качество передаваемого импульса. В роли коммутаторов в
импульсных источниках напряжений используются газоразрядные или
полупроводниковые приборы.
Газоразрядные приборы представляют собой большую группу
коммутаторов. Как правило, эти приборы используются для коммутации
высоковольтных импульсов при токах на уровне десятков-сотен килоампер.
Среди большого разнообразия газоразрядных коммутаторов следует
выделить коммутаторы низкого давления – тиратроны с холодным катодом. В
зарубежной литературе эти приборы получили название «pseudospark switches»,
или «псевдоискровые разрядники». Такое название эти приборы получили из-за
особенности развития в них газового разряда [1-3]. Импульсный разряд низкого
давления по своим характеристикам напоминает искровой разряд атмосферного
давления. Именно поэтому авторы работ [1-3] присвоили этому разряду
называние «псевдоискровой».
Конструкция тиратрона с холодным катодом в значительной степени
напоминают конструкцию классического водородного тиратрона с накаленным
катодом. Однако в данном типе тиратронов накаленный катод отсутствует.
Благодаря холодному катоду, данные тиратроны имеют некоторые
преимущества по сравнению с классическими: отсутствие нагретого до
температуры свыше 800 ºС катода обеспечивает в прикатодной области,
ответственной за формирование разряда, в 2–3 раза большую плотность
водорода, что создает условия для снижения времени коммутации. Отсутствие
постоянной эмиссии электронов ускоряет процесс деионизации промежутка
после окончания импульса тока. Одновременно это упрощает конструкцию
тиратрона, устраняет дополнительный нагрев – отпадает необходимость в
источнике питания нагревателя и принудительном охлаждении прибора.
Диапазон рабочих давлений газа в приборе соответствует левой ветви
кривой Пашена, когда длина свободного пробега электрона для реакции
ионизации превышает длину основного межэлектродного промежутка. В таких
условиях пробой в промежутке не может инициироваться одиночными
электронами. Для инициирования пробоя необходим значительный поток
электронов в промежуток со стороны катода. Этот поток обеспечивается за счет
специального узла запуска тиратрона, который обычно располагается в
заземленной катодной полости. Разнообразные методы запуска тиратронов
описаны в работах [1, 4].
В ранних публикациях представлены результаты исследований разряда и
конструкций тиратронов, полученные на разборных макетах. К настоящему
времени созданы отпаянные металлокерамические приборы, которые
производятся кампанией Импульсные технологии, г. Рязань
[http://www.pulsetech.ru]. Описание первых образцов этих приборов приведено в
работе [1]. В приборах серии ТДИ используются узлы запуска на основе разряда
по поверхности диэлектрика или полупроводника, а в приборах серии ТПИ
применяется узел запуска с использованием вспомогательного стационарного
слаботочного тлеющего разряда.
Условия горения вспомогательного тлеющего разряда в значительной
степени определяют характеристики тиратрона в целом [5, 9]. Это, в частности,
относится к пробивному напряжению, к времени запаздывания пробоя в
основном промежутке относительно момента приложения импульса запуска, к
частоте следования импульсов. Поэтому выбору режимов горения
вспомогательного разряда и конструкции электродной системы прибора
уделяется большое внимание.
При определенных условиях в тиратронах с холодным катодом удается
получить малое время запаздывания пробоя в основном промежутке
относительно момента приложения импульса запуска и наносекундную
стабильность в разбросах времен запаздывания [1, 4, 6]. Это позволяет
использовать тиратроны в сложных электрофизических системах, где требуется
параллельная работа большого количества приборов. В качестве примера можно
привести публикации [7, 8], где описан линейный индукционный ускоритель и
схема импульсного модулятора ускорителя для получения максимального
напряжения 2.5 МВ. В схеме применены тиратроны с холодным катодом типа
TПИ1-10к/50 (максимальный ток 10 кА при анодном напряжении до 50 кВ). В
режиме параллельной работы включаются 96 приборов.
Обеспечение наносекундной стабильности при параллельном
срабатывании большого количества приборов представляет собой серьезную
проблему. Это особенно относится к условиям, когда давление газа в приборе
должно быть низким, чтобы обеспечить высокое анодное напряжение [4].
В тиратронах, исследуемых в данной работе, используется узел запуска
на основе стационарного вспомогательного тлеющего разряда. Для облегчения
зажигания вспомогательного разряда, в узле запуска применяется так
называемая высокоэмиссионная таблетка. Её использование позволяет
значительно снизить напряжение зажигания и горения вспомогательного
разряда. Однако недостатком таких узлов запуска является то, что свойства
таблетки могут меняться в процессе работы тиратрона. Вместе с этим, меняется
и режим горения вспомогательного разряда, что приводит к существенному
разбросу времен запаздывания срабатывания тиратрона [9].
Для решения указанной проблемы был разработан прототип тиратрона
ТПИ1-10к/50 с новым узлом запуска без использования высоко-эмиссионной
таблетки. В настоящей работе представлены результаты исследования данного
тиратрона. Изучены особенности горения вспомогательного разряда в новом
узле запуска. Проведены испытания тиратрона в различных схемах запуска при
высоких анодных напряжениях. Для исследуемых схем запуска была получена
наносекундная стабильность срабатывания тиратрона ±2 нс.
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Целью данной ВКР являлось испытание прототипа тиратрона с холодным
катодом и выбор условий горения вспомогательного разряда и схем запуска,
обеспечивающих наносекундную стабильность срабатывания тиратрона. В
результате работы были определены особенности работы модернизированного узла
запуска, а также проведены испытания данного тиратрона в различных схемах
запуска.
В рамках литературного обзора был проведён анализ конструкции
тиратрона с узлом запуска на основе вспомогательного тлеющего разряда и
принцип его работы в различных схемах запуска. Рассмотрены механизмы
развития сильноточного разряда в основном разрядном промежутке и
вспомогательного разряда в узле запуска. Рассмотрены различные схемы запуска
тиратронов с холодным катодом и определены их отличительные особенности.
Установлены проблемы, связанные с узлом запуска серийно-выпускаемых
тиратронов типа ТПИ1-10к/50. Приведено описание конструкции
модернизированного тиратрона ТПИ1-10к/50.
Проведенный литературный обзор и анализ текущих исследований в
области импульсных разрядов низкого давления применительно к тиратронам с
холодным катодом свидетельствуют о том, что существует необходимость
дальнейших исследований в этой области, направленных на модернизацию
конструкции тиратронов.
В третьем разделе настоящей работы рассмотрены особенности
вольтамперных характеристик и даны рекомендации по поводу выбора режима
горения вспомогательного разряда в узле запуска. Представлены данные по
стабильности срабатывания исследуемого тиратрона в различных схемах запуска.
Отличительной особенностью первой схемы запуска является относительно
большое время запаздывания срабатывания тиратрона 400 нс, при этом разброс
этих времен для 50 импульсов составляет ±4 нс. Во второй схеме была получена
стабильность 110 ± 3нс. В третьей схеме запуска была получена стабильность
запуска 87 ± 2.5 нс. Наиболее оптимальной можно считать именно третью схему,
не только благодаря наилучшим характеристикам стабильности по сравнению с
остальными, но и потому что в этой схеме не происходит ответвление тока
вспомогательного разряда в цепь запуска благодаря использованию конденсатора
СТ, через который подается импульс запуска.
Проведенный анализ научно-технического уровня исследования, в рамках
раздела «финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение»,
показал, что исследование имеет высокую значимость для прикладных и научно-
исследовательских областей импульсной техники, однако не используется в
широком спектре отраслей.
В рамках раздела «социальная ответственность» определены опасные и
вредные факторы, имеющие место в работе с экспериментальным стендом.
Разработаны профилактические меры по предотвращению чрезвычайных ситуаций
при работе c экспериментальным стендом, а также необходимые меры
безопасности.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Ольга Р. доктор, профессор
    4.2 (13 отзывов)
    Преподаватель ВУЗа, опыт выполнения студенческих работ на заказ (от рефератов до диссертаций): 20 лет. Образование высшее . Все заказы выполняются в заранее согласован... Читать все
    Преподаватель ВУЗа, опыт выполнения студенческих работ на заказ (от рефератов до диссертаций): 20 лет. Образование высшее . Все заказы выполняются в заранее согласованные сроки и при необходимости дорабатываются по рекомендациям научного руководителя (преподавателя). Буду рада плодотворному и взаимовыгодному сотрудничеству!!! К каждой работе подхожу индивидуально! Всегда готова по любому вопросу договориться с заказчиком! Все работы проверяю на антиплагиат.ру по умолчанию, если в заказе не стоит иное и если это заранее не обговорено!!!
    #Кандидатские #Магистерские
    21 Выполненная работа
    Оксана М. Восточноукраинский национальный университет, студент 4 - ...
    4.9 (37 отзывов)
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политоло... Читать все
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политологии.
    #Кандидатские #Магистерские
    68 Выполненных работ
    Екатерина Б. кандидат наук, доцент
    5 (174 отзыва)
    После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподав... Читать все
    После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподавала учебные дисциплины: Бюджетная система Украины, Статистика.
    #Кандидатские #Магистерские
    300 Выполненных работ
    Олег Н. Томский политехнический университет 2000, Инженерно-эконо...
    4.7 (96 отзывов)
    Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Явл... Читать все
    Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Являюсь действующим преподавателем одного из ВУЗов.
    #Кандидатские #Магистерские
    177 Выполненных работ
    Дмитрий М. БГАТУ 2001, электрификации, выпускник
    4.8 (17 отзывов)
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал стать... Читать все
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал статьи, патенты, кандидатскую диссертацию, преподавал. Занимаюсь этим с 2003.
    #Кандидатские #Магистерские
    19 Выполненных работ
    Лидия К.
    4.5 (330 отзывов)
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии ... Читать все
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии и педагогики. Написание диссертаций, ВКР, курсовых и иных видов работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    592 Выполненных работы
    Рима С.
    5 (18 отзывов)
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный универси... Читать все
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный университет, являюсь бакалавром, магистром юриспруденции (с отличием)
    #Кандидатские #Магистерские
    38 Выполненных работ
    Логик Ф. кандидат наук, доцент
    4.9 (826 отзывов)
    Я - кандидат философских наук, доцент кафедры философии СГЮА. Занимаюсь написанием различного рода работ (научные статьи, курсовые, дипломные работы, магистерские дисс... Читать все
    Я - кандидат философских наук, доцент кафедры философии СГЮА. Занимаюсь написанием различного рода работ (научные статьи, курсовые, дипломные работы, магистерские диссертации, рефераты, контрольные) уже много лет. Качество работ гарантирую.
    #Кандидатские #Магистерские
    1486 Выполненных работ
    Татьяна П.
    4.2 (6 отзывов)
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки ... Читать все
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки в одном из крупнейших университетов Германии.
    #Кандидатские #Магистерские
    9 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Оптимизация разрядного контура возбуждения CuBr лазера
    📅 2019год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Импульсный плазмохимический синтез углеродсодержащих композитов на основе TiO2
    📅 2018год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Автономная следящая система для комплекса цифровой радиографии
    📅 2019год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Диагностика дефектов в металлах на основе скин-эффекта
    📅 2019год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)