книги из ГПНТБ / Фогельсон, Т. Б. Импульсные водородные тиратроны

С ростом напряжения анода At3 имеет тенденцию к не­ большому снижению. Подобная закономерность наблю­ дается для большинства типов тиратронов.

dt3,HG

Рис. Х .9. Область изменения Д*з = f(Ua) or тиратрона к ти­

ратрону:

1) ТГИ1-700/25; 2) ТГШ-2000/35 (пар­ тии тнратроноп по Ш шт.).

В пределах допустимых колебаний напряжения на­ кала генератора водорода (±5%) 'влияние давления на разброс фронта тока незначительно. Значение Дt3 не­ сколько уменьшается с ростом давления.

нарастания напряжения сетки AuJAt. Совместное дей­ ствие крутизны нарастания сеточного напряжения и амплитуды сеточного тока на величину Дt3 в тиратроне ТГИ1-700/25 показано на рис. Х.Ю.

170

Х.4. ВОЛЬТ-АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Типовые вольт-амперные характеристики A H = f(/a) для тиратронов ТГИ1-100/8 и ТГИ1-2500/50 даны на рис. Х.11. Зависимость падения напряжения на тиратро-

Рмс. Х.11. Вольт-аыперная характеристика:

а) ТГИ1-100/8 (■'„ = 10 МКС, / < 150 мА); б) ТГИ1-2500/5Э (■'„ = 30 мкс,

/ср <ЮА).

не от анодного тока имеет практически линейный харак­ тер. Динамическое сопротивление невелико и для тира­ тронов средней и большой мощности находится в пре­ делах 0,3—0,03 В/A. При наибольшем анодном токе па­ дение напряжения равно 60—100 В у тиратронов малой и средней мощности и 150—200 В у наиболее мощных тиратронов. Отклонения вольт-амперных характеристик от лампы к лампе, вызванные колебаниями давления водорода, температуры катода, сопротивления оксидно­ го слоя и т. п., достигают 20—30% от среднего значе­ ния. Приведенные на рис. Х.11 характеристики измере­ ны при длительности импульса, равной 10—30 мкс. При тп, составляющей доли микросекунды, падение напряже­ ния в 3—4 раза выше.

Х.5. ВРЕМЯ ГОТОВНОСТИ ТИРАТРОНА К РАБОТЕ

тора водорода Д; время повышения импульсной мощно­ сти, коммутируемой тиратроном, от нуля до номиналь­ ного значения Д; период, в течение которого стаби­ лизируются характеристики тиратрона после нагрузки его током, Дет•

Дот= Д -Ь Д ~Ь Дет

171

Время разогрева катода tK. Это время отсчитывается от момента включения напряжения накала до достиже­ ния температуры катода 700—750° С, при которой его можно нагружать током, не опасаясь снижения эмиссии.

Разогрев катода можно ускорить, используя форси­ рованный режим: напряжение накала повышается на 30—40% сверх номинала на весь период разогрева пли часть его, затем с включением анодной нагрузки уста­ навливается номинальное значение напряжения накала. Время разогрева катода в таком режиме сокращается примерно на одну треть (рис. Х.12,е).

Другой путь сокращения времени готовности — при­ менение постоянного подогрева катода и генератора во­ дорода (режим «дежурного накала»).

Время разогрева генератора водорода tr. Напряже­ ние на генератор водорода подается одновременно с на­ пряжением накала катода. Включение анодного напря­ жения допустимо только после того, как давление водо­ рода в тиратроне составит не менее 90% от конечного значения, устанавливающегося за счет мощности нагре­ ва генератора. В тиратронах средней и большой мощно­ сти давление водорода устанавливается обычно быстрее, чем разогревается катод. Напротив, в маломощных ти­ ратронах, если они имеют подогревный генератор водо­ рода, определяющим является время установления дав­ ления газа.

На рис. Х.12 показан ход нарастания температуры катода и давления водорода после включения накала в трех мощных тиратронах: тиратрон ТГИ1-700/25 имеет стеклянную оболочку и генератор водорода из по­ рошкообразного титана, в металлостеклянном тиратро­ не ТГИ 1-500/20 и металлокерамнческом тиратроне ТГИ1-2500/50 используется малоинерциониый генератор из пористого титана. Время разогрева генератора tr за­ висит от его конструкции и местонахождения в тира­ троне.

Время повышения импульсной мощности tn. Боль­ шинство тиратронов могут быть нагружены наибольшей импульсной мощностью тотчас после окончания периода разогрева катода (включение анодного напряжения «рывком»). Для ряда тиратронов допускается мгновен­ ная подача мощности не свыше 50—70% от номи­ нальной, затем она повышается до предельного значе­ ния в течение 10—60 с. Такое включение бывает вызва­ но либо необходимостью кратковременной тренировки

172

анодной камеры, либо необходимостью подогрева като­ да разрядным током. В некоторых устройствах скорость повышения анодного напряжения должна быть ограни­ чена для того, чтобы нестационарные процессы (в част-

ТГИ1-500/20

173

ности, в фильтре выпрямителя) не создавали на тира­ троне перенапряжений, при которых он может работать неустойчиво.

Период стабилизации характеристик тиратрона tyCT.

Из всех характеристик тиратрона, изменяющихся в пер­ вые минуты после нагрузки тиратрона разрядным током, практическое значение имеет изменение запаздывания тока анода относительно напряжения сетки. Снижение на несколько десятых долей микросекунды продолжает­ ся от 0,5 до 3 мин в разных типах тиратроно1В, дальней­

вуют номинальным значениям напряжения накала като­ да и генератора водорода и условиям комнатной темпе­ ратуры окружающей среды (20° С). Уменьшение на­ пряжения накала ведет к снижению давления водорода в лампе и начальной температуры катода. Так же дей­ ствует понижение температуры окружающей среды.

При одновременном действии пониженной темпера­ туры окружающей среды и недокала время готовно­ сти возрастает вследствие увеличения времени разогре­ ва катода, времени установления давления водорода н периода стабилизации характеристик тиратрона.

Х.6. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ

Рассматриваемые ниже характеристики восстановле­ ния электрической прочности получены прямым мето­ дом— путем измерения напряжения повторного отпира­ ния тиратрона при подаче на его анод в послеразрядный период положительного импульса (подробно см. гл.У1 ). Из-за малости напряжения повторного отпирания в пе­ риод послеразрядной проводимости (Uan0B<vAUa- K) на­ чальный участок на кривых Uan0B= f(t) не приводится.

В гл. VI было показано, что время восстановления электрической прочности зависит от отрицательного се­ точного смещения, анодного тока и давления водорода. Влияние отрицательного сеточного смещения на харак­ теристику восстановления демонстрируется результата­ ми, полученными для тиратрона ТГИ1-2000/35 и приве­ денными на рис. Х.13.* Из этого рисунка видно, что из­

* Измерение t П0с тиратрона ТГИ1-2000/35, а также тиратронов

ТГИ1-700/25, ТГИ1-325/16, ТГИ1-400/16 и ТГИ1-2500/35 проведены Л. М. Тихомировым.

174

менение Ес от 0 до —50 В уменьшает время восстанов­

ления более чем в пять раз.

Максимальное значение Ес ограничивается возмож­ ностью зажигания самостоятельного разряда между сет­ кой и катодом и потерей уп­ равляющих свойств' сетки.

Поэтому для большинства тиратронов |£ с| не должно превышать 100В, а для ти­ ратронов ТГИ1-700/25 и ТГИ1-2500/35, имеющих в непосредственной близости

Рис. Х.13. Зависимость напря­ жения повторного отпирания тиратрона от времени при раз­ личном смещении:

1) Ес = о, 2) е с = -ю в, 3) Ес = = -15 в, 4) яс = - 2 0 В, 5) Ес - ~ 50 В.

от катода электрод, находящийся под сеточным потен­ циалом, |£ с| не должно быть больше БОВ.

Поведение характеристики восстановления электри­

•деионизации газа, а следо-вателыто, н времени восста­ новления электрической прочности тиратрона. Такого рода зависимость tBQC от анодного тока характерна для тиратронов с принудительным (в данном случае — водя­ ным) охлаждением анода и сетки.

Кривые /нос= /(7а//а макс) для случая естественного охлаждения приведены на рис. Х.14, б. Здесь время вос­ становления сначала увеличивается, а лотом умень­ шается с ростом амплитуды тока (Гиратрои ТГИ1-400/16, ТГИ 1-2500/35). Последнее связано, по-видимому, с по­ нижением плотности газа из-за повышения температуры электродов.

Характер зависимости времени восстановления элек­ трической прочности от напряжения накала генератора водорода показан на рис. Х.15, а. Повышение ZD0C с рос­ том f/нг (т. е. с ростом давления водорода) объясняется двумя причинами: увеличением концентрации распадаю­ щейся плазмы и уменьшением коэффициента амбнпо-

175

лярной диффузии. Рис. Х.15,6 показывает, что измене­ ние накала в пределах ±5% от номинала существенно влияет на время восстановления электрической прочно­ сти тиратрона.

W ™ 0

Рис. Х.14. Зависимость напряжения повторного отпирания тират­ рона or времени при £ с = 0:

^ 5 o c / * t o c ном

Рис. Х.15. Время восстановления электрическом прочности тират­ рона в зависимости от давления водорода (U нг):

176

Х.7. ЧАСТОТНЫЕ СВОЙСТВА ИМПУЛЬСНЫХ ТИРАТРОНОВ

Частота повторения импульсов анодного тока огра­ ничивается двумя факторами: временем восстановления электрической прочности тиратрона и потерями мощно­ сти на его электродах.

В тиратронах средней и большой мощности tBос ле­ жит в пределах 5—50 мкс при токах от 100 до 5000 А и оптимальных параметрах сеточной цепи. При Ес —0 и токе 5000 A tbOC достигает уже 100—150 мкс.

Для устойчивой работы тиратрона необходимо, что­ бы до восстановления его электрической прочности к аноду не прикладывалось положительное напряжение. Кривая нарастания анодного напряжения не должна пе­ ресекать кривую восстановления электрической прочно­ сти тиратрона. Рекомендуется использовать резонансный заряд формирующей линии, дающий наименьшую кру­ тизну нарастания Uа, а также такое рассогласование со­ противлений нагрузки и формирующей линии, вследст­ вие которого на аноде в течение некоторого периода поддерживается отрицательное напряжение (см. гл. XI).

Предельная расчетная частота повторения импуль­ сов, обусловленная временем восстановления электри­ ческой прочности, при максимальных значениях анодно­ го напряжения и тока и £/Об Р / Н а = 0,05 лежит в преде­ лах 103-М04 имп/с. для разных типов тиратронов. Фак­ тически допустимая частота в несколько раз ниже этих значений и ограничивается тепловым режимом электро­ дов. По мере повышения частоты растут стартовые и послеразрядные потери мощности в тиратроне, вызы­ вающие нагрев анода и сетки. Чтобы сохранить темпе­ ратуру электродов на определенном уровне, импульс­ ную и среднюю мощность снижают за счет анодного на­ пряжения и тока.

Определение допустимой импульсной мощности в за­ висимости от частоты повторения импульсов для ряда тиратронов (в основном маломощных) производится по фактору мощности F=UaIafa.

Измерения, проведенные с тиратронами большой мощности, показали непостоянство величины F с повы­ шением частоты. Определение допустимой мощности в зависимости от частоты проводят для этих тиратронов экспериментально, сравнивая температуру электродов либо плотность газа вблизи анода и сетей в разных электрических режимах.

Методика сопоставления плотности газа основывает­

Х.8. ЗАВИСИМОСТЬ ПРЕДЕЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ОТ ДЛИТЕЛЬНОСТИ ИМПУЛЬСА АНОДНОГО ТОКА

При увеличении длительности импульса анодного то­ ка энергия, коммутируемая тиратроном, ограничивается обрывами дуги в сужениях разряда, а также импульс­ ным нагревом и искрением катода.

Предельные токи, в зависимости от длительности им­ пульса, приведены на рис. Х.17 для тиратронов ТГИ 1-5000/50 и ТГИ 1-100/8. До определенного значения тп тиратрон пропускает максимальный импульсный ток без обрыва дуги. Затем появление обрывов дуги застав­ ляет значительно снижать амплитуду тока и тем силь­ нее, чем больше длительность импульса (1 0 < т и<

<1 0 0 мкс).

Суменьшением тн до единиц и долей микросекунды

внекоторых случаях (одиночные импульсы) допускает­

178

ся превышение амплитуды тока в несколько раз сверх номинального значения.

Импульсный ток тиратрона при повышении длитель­ ности импульса ограничивается искреннем катода. Зави­

ло 80 Ги,ткс

5

Рис. Х.17. Предельный ток в тиратронах ТГИ1-5000/50 (п) и ТГИ1-100/8 (6)iB зависимости от длительности импульса.

снмость предельно допустимого тока от ти и температу­ ры катода приведена на рис. IV.25. При длительности импульса свыше 300 мкс начинает сказываться перегрев оксидного покрытия, вызванный импульсным нагревом катода.

Х.9. ПАРАМЕТРЫ ИМПУЛЬСНЫХ ТИРАТРОНОВ

В табл. Х.1 приведены электрические параметры импульсных тиратронов с водородным наполнением. Сравнение импульсных тиратронов разных типов произ­ водится по величине максимальной полезной мощности, выделяемой в нагрузке. Напомним, что импульсная по­ лезная мощность Ра определяется как половина произ­ ведения прямого анодного напряжения Ua и /а — им­ пульсного тока: Рц—’/г^а^а- Полезная средняя мощ­ ность равна />cP = V2 f V cp, где / ср— средний ток анода. Максимальные значения Ua, / а и / ср указаны в столбцах 1, 2 и 3 таблицы*.

Тиратроны в стеклянной оболочке существуют на им­ пульсную мощность от 1,5 кВт до 43 МВт. В табл. Х.1

* Максимальные значения 11я и / а входят в условное обозначе­ ние типа импульсного тиратрона: «ТГИ» расшифровывается «тн-. ратрон газовый импульсный», следующая цифра — номер разработ­ ки, наконец, дробное число — это отношение / а/£/а п А/кВ.