[go: up one dir, main page]

RU2519657C2 - Apparatus for exciting spatial charge in dense gases - Google Patents

Apparatus for exciting spatial charge in dense gases Download PDF

Info

Publication number
RU2519657C2
RU2519657C2 RU2012137843/28A RU2012137843A RU2519657C2 RU 2519657 C2 RU2519657 C2 RU 2519657C2 RU 2012137843/28 A RU2012137843/28 A RU 2012137843/28A RU 2012137843 A RU2012137843 A RU 2012137843A RU 2519657 C2 RU2519657 C2 RU 2519657C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cylinder
screen
knife
shaped
electrode
Prior art date
Application number
RU2012137843/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012137843A (en
Inventor
Игорь Александрович Бакулин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук
Priority to RU2012137843/28A priority Critical patent/RU2519657C2/en
Publication of RU2012137843A publication Critical patent/RU2012137843A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2519657C2 publication Critical patent/RU2519657C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to quantum electronics and can be used to excite active media of gas lasers. The apparatus for exciting spatial charge in dense gases includes a high-voltage source connected to elongated, blade-shaped corona and current-collecting electrodes mounted along a dielectric cylinder which is capable of rotating. An electroconductive screen and a dielectric film are placed on the outer surface of the cylinder, wherein the corona electrode is placed along the radius of the cylinder with spacing from the cylinder. The screen is in form of two or more sections extending along the cylinder and electrically insulated from each other, wherein the section passing through the zone of the blade-shaped corona electrode is connected by a sliding contact to the grounded terminal of the source, and the section pass through the zone of the blade-shaped current-conducting electrode is connected by a sliding contact to the potential terminal of the source. Potential applied to a section of the screen can be controlled, for example, by a potentiometer.
EFFECT: increasing discharge power.
2 dwg

Description

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано для возбуждения активных сред газовых лазеров высокого давления. Кроме того, оно может быть востребовано в электротехнике и тех областях техники, где применяются протяженные области коронного разряда.The invention relates to quantum electronics and can be used to excite active media of high-pressure gas lasers. In addition, it can be in demand in electrical engineering and in those areas of technology where extended corona discharge regions are used.

Известно устройство, электростатический генератор, содержащий транспортер электрических зарядов, включающий в себя несущий диэлектрик (ленту) с закрепленными поперек его длины электродами, ведущий и ведомый валы, зарядное и токосъемное устройства [1], в котором использован аналогичный способ перемещения зарядов. Недостатком устройства является наличие двух валов в конструкции, приводящее к ее усложнению, увеличению размеров устройства и снижению надежности функционирования.A device is known, an electrostatic generator containing an electric charge conveyor, including a carrier dielectric (tape) with electrodes fixed across its length, drive and driven shafts, a charging and current collection device [1], which uses a similar method of moving charges. The disadvantage of this device is the presence of two shafts in the structure, leading to its complexity, increasing the size of the device and reducing the reliability of operation.

Известно устройство, принятое в качестве прототипа, содержащее вращающийся полый диэлектрический цилиндр с экраном и металлизированной диэлектрической пленкой, вдоль которого с некоторым зазором установлены коронирующий и токосъемный электроды ножевой формы, соединенные с источником высокого напряжения, патент МКИ №2030046 H01S, 3/0977 [2]. В зоне коронирующего электрода ножевой формы устройства формируется устойчивый объемный разряд в газовой среде атмосферного давления, величина тока которого ограничивается скоростью движения диэлектрика V, поверхностной плотностью нанесенных зарядов и длиной коронирующего электрода ножевой формы. При фиксированных значениях габаритных размеров: радиуса ротора R и длины коронирующего электрода ножевой формы, мощность разряда определяется угловой скоростью вращения ротора ω, т.к. V=ωR, и емкостью диэлектрической пленки.A device is known, adopted as a prototype, comprising a rotating hollow dielectric cylinder with a screen and a metallized dielectric film, along which a knife-shaped corona and collector electrodes connected to a high voltage source are installed with some clearance, patent MKI No. 2030046 H01S, 3/0977 [2 ]. A stable volume discharge is formed in the zone of the knife-shaped corona electrode in a gas atmosphere of atmospheric pressure, the current value of which is limited by the speed of the dielectric V, the surface density of the applied charges and the length of the knife-shaped corona electrode. For fixed dimensions: the radius of the rotor R and the length of the corona electrode of the knife shape, the discharge power is determined by the angular velocity of rotation of the rotor ω, because V = ωR, and the capacity of the dielectric film.

Адсорбция зарядов на поверхности диэлектрической пленки и транспортировка их к токосъемному электроду ножевой формы в устройстве осуществляется благодаря возникновению индуцированного поля в диэлектрике, вследствие его поляризации электрическим полем в системе: коронирующий электрод ножевой формы - экран (последний выполняет функцию вспомогательного электрода). При прекращении воздействия внешнего поля, диэлектрик через некоторый интервал времени (τp.- время релаксации) возвращается в исходное состояние. Для дипольной поляризации это время может достигать ~10-2 сек [3]. В течение этого времени в диэлектрике существует поле, удерживающее заряды на поверхности. Этот факт накладывает определенные ограничения на величину допустимой скорости вращения ротора устройства-прототипа, а следовательно, ограничивает возможности увеличения мощности разряда.Charges are adsorbed on the surface of the dielectric film and transported to a knife-shaped current collector electrode in the device due to the appearance of an induced field in the dielectric due to its polarization by the electric field in the system: the knife-shaped corona electrode is a screen (the latter acts as an auxiliary electrode). Upon termination of the external field, the dielectric after a certain time interval (τ p. - relaxation time) returns to its original state. For dipole polarization, this time can reach ~ 10–2 sec [3]. During this time, a field exists in the dielectric that holds charges on the surface. This fact imposes certain restrictions on the value of the permissible rotation speed of the rotor of the prototype device, and therefore, limits the possibility of increasing the discharge power.

В качестве недостатков известного устройства можно указать следующее:As the disadvantages of the known device, you can specify the following:

- невозможность обеспечения полного стекания поверхностных зарядов на токосъемном электроде ножевой формы при вращении с угловой скоростью выше критического значения:

Figure 00000001
,- the inability to ensure complete runoff of surface charges on the collector electrode of a knife-shaped shape during rotation with an angular velocity above a critical value:
Figure 00000001
,

где L - длина дуги между коронирующим и токосъемным электродами ножевой формы; ввиду наличия остаточного индуцированного поля в диэлектрическом слое при прохождении зоны токосъемного электрода ножевой формы. Это приводит к потерям в мощности разряда;where L is the length of the arc between the corona and collector electrodes of the knife shape; due to the presence of a residual induced field in the dielectric layer during the passage of the knife-shaped electrode collector zone. This leads to losses in discharge power;

- снижение эффективности процесса осаждения пространственных зарядов на пленку в зоне горения коронного разряда, ввиду наличия остаточных зарядов на ее поверхности при скорости вращения ротора выше следующего значения:- reducing the efficiency of the process of deposition of space charges on the film in the combustion zone of the corona discharge, due to the presence of residual charges on its surface at a rotor speed above the following value:

Figure 00000002
.
Figure 00000002
.

Последний фактор приводит к периодическому срыву устойчивого режима горения, так как в зоне коронного разряда накапливается избыточный пространственный заряд.The latter factor leads to a periodic breakdown of the stable combustion regime, since an excess space charge is accumulated in the corona discharge zone.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в создании устройства, обеспечивающего увеличение мощности непрерывного объемного газового разряда в плотных средах, во всем диапазоне конструктивно допустимых скоростей вращения ротора.The technical result to which the invention is directed is to create a device that provides an increase in the power of a continuous volumetric gas discharge in dense media over the entire range of structurally permissible rotor speeds.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве, содержащем источник высокого напряжения, соединенный с протяженными коронирующим и токосъемным электродами ножевой формы, установленными вдоль диэлектрического цилиндра, выполненного с возможностью вращения, на внешней поверхности которого расположены электропроводящий экран и диэлектрическая пленка, экран выполнен в виде нескольких протяженных вдоль цилиндра секций, электрически изолированных друг от друга.The specified technical result is achieved in that in a device containing a high voltage source connected to elongated knife-shaped corona and collector electrodes mounted along a dielectric cylinder configured to rotate, on the outer surface of which there is an electrically conductive screen and a dielectric film, the screen is made in the form several sections extended along the cylinder, electrically isolated from each other.

Причем отдельные секции экрана в определенных позициях посредством скользящих контактов включены в электрическую цепь источника напряжения. Секция экрана, проходящая в процессе вращения зону коронирующего электрода ножевой формы, соединяется с заземленным полюсом источника, а секция экрана, проходящая зону токосъемного электрода ножевой формы соединяется с потенциальным полюсом источника.Moreover, individual sections of the screen in certain positions by means of sliding contacts are included in the electrical circuit of the voltage source. The screen section passing in the process of rotation of the area of the knife-shaped corona electrode is connected to the grounded pole of the source, and the screen section passing the zone of the knife-shaped electrode is connected to the potential pole of the source.

При этом величина потенциала на секции экрана регулируется, например, потенциометром и т.д. Это позволяет оптимизировать величину напряженности поля в зоне токосъемного электрода ножевой формы для эффективного стекания поверхностных зарядов.In this case, the potential value on the screen section is regulated, for example, by a potentiometer, etc. This allows you to optimize the magnitude of the field strength in the area of the collector electrode of the knife-shaped shape for the effective draining of surface charges.

Изобретение поясняется двумя иллюстрациями, где на фиг.1 изображена схема устройства: сечение А-А (Фиг.2) и электрическая схема подключения, а на фиг.2 - вид по Б (Фиг.1).The invention is illustrated by two illustrations, in which Fig. 1 shows a diagram of a device: section A-A (Fig. 2) and an electrical connection diagram, and Fig. 2 is a view along B (Fig. 1).

Устройство состоит из источника высокого напряжения 1, коронирующего электрода 2 ножевой формы, токосъемного электрода ножевой формы 3 и цилиндрической оболочки, состоящей из диэлектрического цилиндра 4, на поверхности которого расположены: экран 5, выполненный из электропроводящего материала, и диэлектрическая пленка 6, фиг.1. Экран разделен на две и более секции 5, протяженных вдоль цилиндра, электрически изолированных друг от друга, фиг.1, 2. Цилиндрическая оболочка закреплена на валу вращения 7, образуя ротор. Включение секций экрана в электрическую цепь источника напряжения в соответствующих позициях осуществляется через скользящие контакты 8, 9 роликового или иного типа, за счет касания внутренней поверхности секций, выступающих относительно тела диэлектрического цилиндра. Потенциал секции, проходящей зону токосъемного электрода ножевой формы, может задаваться регулятором 10, например потенциометром. Количество секций и их ширина (по дуге) задаются параметрами конструкции конкретного устройства, а именно: диаметром ротора и расположением токосъемного электрода ножевой формы относительно коронирующего электрода ножевой формы. При этом ширина секции (длина дуги сегмента) должна быть меньше длины наименьшей дуги, соединяющей зоны коронирующего и токосъемного электродов по внешней поверхности ротора, кроме того, секция не должна замыкать скользящие контакты. Для предотвращения поверхностного пробоя между потенциальной секцией экрана и заземленной, целесообразно реализовать такое конструктивное исполнение, чтобы между ними располагалась хотя бы одна секция без коммутации в электрическую цепь.The device consists of a high voltage source 1, a corona electrode 2 of a knife shape, a collector electrode of a knife shape 3 and a cylindrical shell consisting of a dielectric cylinder 4, on the surface of which are located: a screen 5 made of an electrically conductive material, and a dielectric film 6, FIG. 1 . The screen is divided into two or more sections 5, extended along the cylinder, electrically isolated from each other, figure 1, 2. The cylindrical shell is mounted on the shaft of rotation 7, forming a rotor. The inclusion of the screen sections in the electric circuit of the voltage source in the corresponding positions is carried out through the sliding contacts 8, 9 of the roller or other type, by touching the inner surface of the sections protruding relative to the body of the dielectric cylinder. The potential of the section passing the zone of the knife-shaped current collection electrode can be set by the regulator 10, for example, a potentiometer. The number of sections and their width (along the arc) are determined by the design parameters of a particular device, namely: the diameter of the rotor and the location of the collector electrode of the knife shape relative to the corona electrode of the knife shape. The width of the section (the length of the arc of the segment) should be less than the length of the smallest arc connecting the zones of the corona and collector electrodes along the outer surface of the rotor, in addition, the section should not close the sliding contacts. To prevent surface breakdown between the potential screen section and the grounded one, it is advisable to implement such a design that between them there is at least one section without switching to an electric circuit.

Работает устройство следующим образом.The device operates as follows.

При вращении ротора от источника высокого напряжения 1 на коронирующий электрод ножевой формы 2 подается высокое напряжение и обеспечивается зажигание коронного разряда. Полюс источника с нулевым потенциалом заземлен и соединен с токосъемным электродом ножевой формы 3. Секция экрана, которая проходит зону коронирующего электрода ножевой формы, посредством скользящего контакта 8 соединяется с заземленным полюсом. Тем самым обеспечивается развитие коронного разряда барьерного типа, а в диэлектрической пленке 6 в результате поляризации индуцируется компенсационное поле, которое обеспечивает адсорбцию зарядов на поверхность пленки. При перемещении заряженного участка поверхности в зону токосъемного электрода ножевой формы 3 соответствующая секция экрана сначала отрывается от земли, а затем посредством аналогичного скользящего контакта 9 подключается к потенциальному полюсу источника высокого напряжения. В результате чего происходит переполяризация диэлектрика. Вновь индуцированное поле в слое имеет обратную направленность и носит отталкивающий характер по отношению к зарядам, адсорбированным на поверхности пленки. Кроме того, поле в системе: потенциальный экран - заземленный токосъемный электрод ножевой формы, является постоянно действующим и ускоряющим движение зарядов к токосъемному электроду ножевой формы, поскольку скорость дрейфа ионов в газе:When the rotor rotates from the high voltage source 1, a high voltage is applied to the corona electrode of the knife form 2 and the corona discharge is ignited. The pole of the source with zero potential is grounded and connected to the collector electrode of the knife form 3. The section of the screen, which passes the zone of the corona electrode of the knife form, is connected via a sliding contact 8 to the grounded pole. This ensures the development of a corona discharge of the barrier type, and in the dielectric film 6, as a result of polarization, a compensation field is induced, which ensures the adsorption of charges on the film surface. When the charged surface area is moved into the zone of the knife-shaped current collection electrode 3, the corresponding section of the screen first comes off the ground, and then, through a similar sliding contact 9, is connected to the potential pole of the high voltage source. As a result, the dielectric is repolarized. The newly induced field in the layer has the opposite direction and is repulsive in relation to the charges adsorbed on the film surface. In addition, the field in the system: the potential screen is a grounded current collector electrode of a knife shape, is constantly acting and accelerates the movement of charges to the collector electrode of a knife shape, since the ion drift velocity in a gas:

Vдр.=К·Е,V al. = K · E,

где К- подвижность ионов;where K is the mobility of ions;

Е - напряженность электрического поля.E is the electric field strength.

Таким образом, создается условие для полного стекания зарядов на токосъемный электрод ножевой формы. Потенциал на экране может быть равным значению потенциала на коронирующем электроде ножевой формы, либо изменяться регулятором 10 (например, потенциометром и т.д.) до оптимального значения. В процессе дальнейшего смещения диэлектрического слоя в область разряда приходит полностью разряженная пленка не зависимо от скорости вращения. Это обеспечивает максимальную эффективность процесса адсорбции пространственных зарядов диэлектрической пленкой устройства. Лимитирующим фактором роста мощности разряда будет только емкость диэлектрического слоя.Thus, a condition is created for the complete draining of charges on a knife-shaped collector electrode. The potential on the screen can be equal to the potential value on the knife-shaped corona electrode, or be changed by regulator 10 (for example, a potentiometer, etc.) to the optimum value. In the process of further displacement of the dielectric layer, a completely discharged film comes into the discharge region, regardless of the rotation speed. This ensures maximum efficiency of the process of adsorption of spatial charges by the dielectric film of the device. The limiting factor in the growth of discharge power will be only the capacitance of the dielectric layer.

ЛитератураLiterature

[1]. Новиков М.Т. Электростатический генератор. // Заявка: 4936018/25 от 1991.05.14. RU (11) 2027298 (13) С1, (51) 6 H02N1/08.[one]. Novikov M.T. Electrostatic generator. // Application: 4936018/25 from 1991.05.14. RU (11) 2027298 (13) C1, (51) 6 H02N1 / 08.

[2]. Журавлев О.А. Устройство возбуждения объемного разряда в плотных газах. // Патент 2030046 МКИ H01 S3/0977. -№4842699/25. Бюл. №6 от 21.02.1995 г.[2]. Zhuravlev O.A. Volumetric discharge excitation device in dense gases. // Patent 2030046 MKI H01 S3 / 0977. -4842699 / 25. Bull. No.6 of February 21, 1995

[3]. Физические величины: Справочник. А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина,[3]. Physical quantities: Reference. A.P. Babichev, N.A. Grandma’s

A.M. Братковский и др.; Под. ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. - М., Энергоатомиздат, 1991.A.M. Bratkovsky and others; Under. ed. I.S. Grigoryeva, E.Z. Meilikhova. - M., Energoatomizdat, 1991.

Claims (1)

Устройство возбуждения объемного разряда в плотных газах, содержащее источник высокого напряжения, соединенный с протяженными коронирующим и токосъемным электродами ножевой формы, установленными вдоль диэлектрического цилиндра, выполненного с возможностью вращения, на внешней поверхности которого расположены электропроводящий экран и диэлектрическая пленка, причем коронирующий электрод установлен вдоль радиуса цилиндра с зазором относительно цилиндра, отличающееся тем, что экран выполнен в виде двух и более секций, протяженных вдоль цилиндра и электрически изолированных друг от друга, при этом секция, проходящая зону коронирующего электрода ножевой формы, соединена скользящим контактом с заземленным полюсом источника, а секция, проходящая зону токосъемного электрода ножевой формы, соединена скользящим контактом с потенциальным полюсом источника, кроме того, потенциал, подаваемый на секцию экрана, может регулироваться, например, потенциометром. A device for exciting a volume discharge in dense gases, comprising a high voltage source connected to long knife-shaped corona and collector electrodes mounted along a dielectric cylinder rotatable with an electrically conductive screen and a dielectric film on its outer surface, the corona electrode being installed along the radius cylinder with a clearance relative to the cylinder, characterized in that the screen is made in the form of two or more sections, extended in the role of the cylinder and electrically isolated from each other, while the section passing the zone of the knife-shaped corona electrode is connected by a sliding contact to the grounded source pole, and the section passing the zone of the knife-shaped electrode is connected by the sliding contact to the potential pole of the source, in addition, the potential supplied to the screen section can be adjusted, for example, by a potentiometer.
RU2012137843/28A 2012-09-04 2012-09-04 Apparatus for exciting spatial charge in dense gases RU2519657C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012137843/28A RU2519657C2 (en) 2012-09-04 2012-09-04 Apparatus for exciting spatial charge in dense gases

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012137843/28A RU2519657C2 (en) 2012-09-04 2012-09-04 Apparatus for exciting spatial charge in dense gases

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012137843A RU2012137843A (en) 2014-03-10
RU2519657C2 true RU2519657C2 (en) 2014-06-20

Family

ID=50191569

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012137843/28A RU2519657C2 (en) 2012-09-04 2012-09-04 Apparatus for exciting spatial charge in dense gases

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2519657C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2030046C1 (en) * 1990-06-27 1995-02-27 Самарский государственный аэрокосмический университет Device for excitation of volumetric discharge in solid gases
RU2106049C1 (en) * 1995-01-31 1998-02-27 Самарский государственный аэрокосмический университет им.С.П.Королева Device for exciting uniform surface discharge in dense gases
SU1804261A1 (en) * 1990-10-19 1999-05-27 Самарский авиационный институт им. акад. С.П.Королева FLOW GAS LASER WITH CLOSED CIRCUIT
US6118218A (en) * 1999-02-01 2000-09-12 Sigma Technologies International, Inc. Steady-state glow-discharge plasma at atmospheric pressure

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2030046C1 (en) * 1990-06-27 1995-02-27 Самарский государственный аэрокосмический университет Device for excitation of volumetric discharge in solid gases
SU1804261A1 (en) * 1990-10-19 1999-05-27 Самарский авиационный институт им. акад. С.П.Королева FLOW GAS LASER WITH CLOSED CIRCUIT
RU2106049C1 (en) * 1995-01-31 1998-02-27 Самарский государственный аэрокосмический университет им.С.П.Королева Device for exciting uniform surface discharge in dense gases
US6118218A (en) * 1999-02-01 2000-09-12 Sigma Technologies International, Inc. Steady-state glow-discharge plasma at atmospheric pressure

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012137843A (en) 2014-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2008152022A (en) ELECTROSTATIC ENGINE
AU2016320584B2 (en) Method and device for ion mobility separation
Pillai et al. Surface flashover of solid insulators in atmospheric air and in vacuum
US8643249B2 (en) Electrostatic generator/motor configurations
JPS5861843A (en) High voltage generator for ultrashort pulse
Slama et al. Influence of the linear non-uniformity of pollution layer on the insulator flashover under impulse voltage-estimation of the effective pollution thickness
KR20070043927A (en) Ion generation method and apparatus
TW201833973A (en) Plasma processing device with two interconnected microwave plasma sources and method for operating such plasma processing device
JP2022515678A (en) How to enhance the performance of electrochemical cells
RU2519657C2 (en) Apparatus for exciting spatial charge in dense gases
KR890006344A (en) Discharge element and its application
Nakao et al. Influence of insulating barrier on the creepage discharge in transformer oil
CN101820234B (en) Roller belt ceramic generator
US8705224B2 (en) Method of ions generation and aerodynamic ion generator
CN101478261A (en) Electrostatic induction electricity generator
US3527992A (en) Electrostatic generator
US2831988A (en) Means for excitation and commutation of electrostatic machines
US4475066A (en) High-coulomb transfer switch
JP5342364B2 (en) Power supply mechanism and vacuum processing apparatus
RU2027298C1 (en) Electrostatic generator
RU2106049C1 (en) Device for exciting uniform surface discharge in dense gases
JP2003103487A (en) Electrostatic attraction manipulator
RU2030046C1 (en) Device for excitation of volumetric discharge in solid gases
SU1735950A1 (en) Method and device for control of operation of discharger with sliding discharge
CN119400048A (en) An experimental system for reducing weight by rotating a rotor that stores electric charge

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160905

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20170905

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190905