2.2. Зажигание вакуумно-дугового разряда при помощи плазменного инжектора.

Широкое распространение данного способа обусловлено, прежде всего, тем, что он имеет ряд преимуществ перед контактным способом зажигания дуги. К этим преимуществам относятся:

- отсутствие явления привязки катодного пятна;

- меньшая степень разрушающего воздействия на элементы поджига вакуумно-дугового разряда;

- большая технологичность из-за отсутствия необходимости в регулировке положения и закрепления элементов поджига всякий раз по мере срабатывания катода или при его замене.

Несомненным преимуществом является также возможность изготовления и использования пускового инжектора в виде отдельной, унифицированной «свечи» поджига.

Первая ступень - это пусковой инжектор (здесь он образован эле­ментами 3, 6 и 4), который генерирует плазменный сгусток, инициирую­щий разряд во второй ступени - между катодом 1 и вспомогательным анодом 4. Представление о процессе зажигания дуги в двухступенчатой системе поджига дает рис. 3, где показаны диаграммы токов в цепях разряда пускового инжектора i₁ и вспомогательного анода i₂.

3. Электрические схемы систем инициирования дугового разряда.

На рис. 4 представлена типичная электрическая схема возбуждения с использованием накопительного конденсатора.

Данная система электрического инициирования характеризуется напряжением, прикладываемым к разрядному промежутку (до 1000 В и более), разрядным током (10…50 А) и формой импульса, учитывающей изменения во времени , и его длительностью, которая должна быть не меньше времени достижения генерируемыми заряженными частицами поверхности анода за время развития катодного пятна.

От источника постоянного питания накопительный конденсатор С1, через зарядную цепочку R1 − VD1, заряжается до напряжения 200…800 В, необходимого для пробоя промежутка поджигающий электрод − катод. Одной, отрицательно заряженной обкладкой, конденсатор С1 подключен к катоду, а другой, положительно заряженной, в момент отпирания тиристора VS, через тиристор и разрядную цепочку L1 − R3 − к поджигающему электроду.

Дроссель L1, в разрядном контуре, ограничивает нарастание тока в момент отпирания тиристора, а сопротивление R3 обеспечивает требуемые токовые характеристики. Схема отпирания тиристора построена на использовании развязывающего импульсного трансформатора, в котором, в момент пропускания импульса, во вторичной обмотке наводится импульс тока, обеспечивающий отпирание тиристора VS.

Рис. 4. Электрическая схема инициирования дугового разряда

Физический принцип формирования плазменного образования, при подаче электрического импульса на поджигающее устройство, заключается в омическом разогреве локального участка токопроводящей пленки и ее испарении. Переходные процессы в момент инициирования разряда определяются электрическими параметрами схемы: напряжением питания U_пит, емкостью накопительного конденсатора C, значением разрядного сопротивления R и энергией запасенной конденсатором ; геометрическими размерами инициирующего электрода: расстоянием от поджигающего электрода до катода и площадью его рабочей поверхности S, а также толщиной металлической пленки h.

При работе вакуумно-дугового испарителя в импульсном режиме существенно усложняются условия эксплуатации электродной системы инициирования разряда, которая в этом случае должна выдерживать большое количество стартовых импульсов, при условии воздействия на нее электротермических ударных нагрузок большой интенсивности. Поэтому выбирается высокопрочная алюмооксидная керамика 22 ХС с содержанием 95.1 % оксида алюминия и электрической прочностью 50 МВ/м на частоте 50 Гц. Электрическая схема обеспечивает импульсный режим работы источника плазмы с частотой следования импульсов от 2 до 20 Гц (рис. 5). В качестве активного элемента используется накопительный конденсатор С1. Для гальванической развязки силовой схемы и цепи управления, использованы тиристорные оптопары. Время задержки между импульсами управления зарядной и разрядной части схемы составляет от 0.2 до 2 мс.

Рис. 5. Инициирование разряда с использованием тиристорных оптопар

Список использованной литературы.

1. Аксенов И.И. Вакуумная дуга в эрозионных источниках плазмы / И.И.Аксенов. - Х.: ННЦ ХФТИ, 2005. - 212 с.

2. Кесаев И. Г. Катодные процессы электрической дуги / И.Г. Кесаев. - М.: Наука, 1968. - 244 с.

3. Сливков И.Н. Процессы при высоком напряжении в вакууме / И.Н. Сливков. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 256 с.

4. Инициация вакуумной дуги / Вакуумные дуги: пер. с англ. // Дж. Кобайн, Г. Эккер, Дж. Фарелл и др.; под ред. Дж. Лафферти. - М.: Мир, 1982. - С. 108 - 152.

5. А.с. 550943 СССР, МКИ Н01 J 37/00. Способ зажигания вакуумной дуги / И.И. Аксенов, В.А. Белоус, В.Г. Падалка, А.А. Романов (СССР). - Заявл. 18.08.75. - Опубл. 1978. - Бюл. ОИПОТЗ № 31.

6. Аксенов И.И. Зажигание вакуумной дуги в стационарных источниках металлической плазмы от автономного плазменного инжектора / И.И. Аксенов, В.А. Белоус // ПТЭ. - 1979. - №3. - С. 160 -162.

7. Сысоев Ю.А. Высокоресурсные пусковые инжекторы для источников плазмы электротехнологических установок / Ю.А. Сысоев // Новые электротехнологические процессы в машиностроении : тез. докл. Всесоюз. семин. - Кишинев: Кишинев. политехн. ин-т, 1990. - С. 99 -

100.

8. А.с. 1125941 СССР, МКИ С04 В35/00. Электропроводящий композиционный материал / В.Г. Сердюк, С.А. Смирнов, В.А. Белоус, В.Ф. Полохов (СССР). - Заявл. 13.07.83. - Опубл. 1987. - Бюл. ОИПОТЗ.

№24.

9. Костюк Г.И. Исследование ресурсных характеристик пусковых инжекторов систем инициирования плазменных устройств / Г.И. Костюк, Ю.А. Сысоев // Новые технологии и робототехнические комплексы в производстве авиационной техники: сб. науч. тр. Нац. аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». - Х., 1989. - С 27 - 36.

10. А.с. 1598836 СССР, МКИ Н 05 В 7/18. Вакуумно-дуговая плазменная установка / Ю.А. Сысоев, Г.И. Костюк, А.В. Козаченко

(СССР). - 24.05.88.

11. А. с. 1558284 СССР, МКИ Н 05 В 7/22. Вакуумно-дуговое

плазменное устройство / Ю.А. Сысоев, Г.И. Костюк, И.И. Аксенов (СССР). - 19.04.88.

12. А.с. 1552917 СССР, МКИ Н 01 J 17/12. Способ управления поджигающим устройством вакуумного дугового разряда / Ю.А. Сысоев, Ф.Л. Ерихов, В.Г. Сердюк, В.И. Шелохаев (СССР). - 23.06.87.

13. А.с. 1792206 СССР, МКИ Н 01 Т 1/20. Способ инициирования

вакуумно-дугового разряда в источниках плазмы и управляемых разрядниках / Ю.А. Сысоев. (СССР). - 11.11.90.

14. Сысоев Ю.А. Вероятность процесса зажигания разряда в вакуумно-дуговом плазменном устройстве / Ю.А. Сысоев, М.В. Гончаренко // Новые технологии и робототехнические комплексы в производстве авиационной техники: сб. науч. тр. Нац. аэрокосм. ун-та им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». - Х., 1989. - С 41 - 49.

15. Костюк Г.И. Методика обработки ЭОП-грамм и осциллограмм импульсного разряда в плазменном инжекторе / Г.И. Костюк, Ю.А. Сысоев // YII Всесоюз. конф. по плазменным ускорителям и ионным инжекторам : тез. докл. YII Всесоюзн. конф. 26-28 сентября 1989 г., Х.: ЦНИИатоминформ, 1989. - С. 231 - 232.

16. А.с. 1517745 СССР, МКИ Н 05 Н 1/26. Способ зажигания дуги в вакуумной установке / Ю.А. Сысоев, Г.И. Костюк (СССР). - 28.10.87.