9-5. Изоляционные конструкции блоков и устройств радиоэлектронной аппаратуры
Примером многофункционального решения системы изоляции может служить устройство, предназначенное одновременно для охлаждения и электромагнитного экранирования высокочастотного прибора высокого напряжения.
В первоначальном варианте конструкции для установки такого прибора предусматривались опорные изоляторы внутри заземленного металлического вентиляционного кожуха. Снаружи кожуха находился специальный электромагнитный экран.
Для обеспечения электрической прочности вентиляционный кожух размещался на расстоянии 30 мм от стенок прибора. Поэтому получается слишком большой вентиляционный канал, который требовал для движения воздушного потока с определенной скоростью большой мощности установки.
Решение указанного противоречия между оптимальной шириной вентиляционного канала и безопасным изоляционным промежутком обеспечено применением стеклоэпоксидного кожуха с металлизированными внутренней и внешней поверхностями. Его эскиз и фотография показаны на рис. 9-14.
Внутренний металлизированный слой соединен с прибором и находится под высоким потенциалом прибора. Воздушный зазор между прибором и металлизированной внутренней поверхностью кожуха выбирается только по условиям охлаждения и имеет оптимальный предельно малый размер.
Стеклоэпоксидный кожух является надежной изоляцией, а внешний заземленный металлизированный слой служит электромагнитным экраном.
Рис. 9-14. Изоляция, система охлаждения и экранировка высокочастотного прибора высокого напряжения
1 — заделка края металлизации; 2 — внутренняя и внешняя металлизации; 3 — стеклотекстолитовый стакан; 4 — прибор
Электрическая прочность между краями высоковольтным внутренним и заземленным внешним металлизированными слоями достигается соответствующей формой заделки краев и выбором расстояния между ними.
Другим примером использования подобного решения является разработка новой изоляционной конструкции высоковольтной системы питания электронного прибора.
Существовавшая система изоляции катодных и сеточных цепей состояла из сложной, напоминающей телемачту, многодетальной конструкции, в которой использовались металлические кольца, штыри, изоляционные шпильки и барьеры в виде трубок на штырях. Напряжение коронирования лишь немного превышало рабочее. Использование нового прибора с повышенным рабочим напряжением потребовало разработки принципиально новой системы изоляции. Она была изготовлена на основе стеклоэпоксидной трубы большого диаметра, на внутренней поверхности которой размещены четыре кольцевых пружинных контакта для коммутации катодно-сеточных цепей (рис. 9-15). Подходящие к кольцам провода разведены с наружной поверхности трубы, что значительно упрощает монтаж системы изоляции.
Рис. 9-15. Система питания катодных и сеточных цепей электронного прибора высокого напряжения
Для подвода питания к прибору вместо применявшихся четырех ненадежных фторопластовых проходных изоляторов используется описанный выше специально разработанный четырехштыревой эпоксидный проходной изолятор. Его размещение относительно изоляционной трубы показано на рис. 9-15. Значительное сокращение поперечного сечения проходного изолятора улучшает условия электромагнитного экранирования прибора.
Большое напряжение анода в новом приборе (Upaб=15 кВ) и вызванный этим рост его размеров потребовали новых решений для сохранения габаритов установки.
Это достигнуто использованием в качестве установочного стакана металлизированной по внутренней поверхности стеклоэпоксидной трубы с днищем, в которой металлизированный слой имеет потенциал анода, а стеклоэпоксидные стенки трубы и дно являются надежной изоляцией. Высокая адгезионная прочность слоя металлизации цинком исключает образование воздушных включений под электродом, которым является слой цинка.
Нанесение металлизации и по внешней поверхности трубы при условии заземления покрытия создает экранирующий эффект без установки специального электромагнитного экрана. Улучшению охлаждения способствует придание воздуховодам клиновидной формы.
На рис. 9-16 показана система изоляции экранирования и охлаждения анода прибора. Края металлизации выполнены таким образом, что исключается возникновение ПЧР при напряжении U=15 кВ.
Рис. 9-16. Эскиз системы изоляции, электромагнитного экрана и охлаждения электронного прибора высокого напряжения (прибор не показан)
1 — диэлектрический стакан; 2 — двусторонняя металлизация; 3 — охлаждающий воздух; 4 — диэлектрический раструб
Рассмотренная комплексная оптимизация системы изоляции с учетом требований по экранированию и охлаждению позволили решить следующие вопросы:
обеспечить в прежних габаритах устройства установку прибора больших размеров и имеющего повышенные, по сравнению со старым прибором, напряжения;
повысить электрическую и механическую прочность системы изоляции, исключить образования ПЧР, мешающих работе радиоустройства;
при сохранении мощности вентилятора повысить интенсивность охлаждения;
упростить конструкцию установки и крепление прибора.
Рассмотрим еще одну разработку изоляционной конструкции высоковольтного устройства.
Отсутствие стандартных конденсаторов на напряжение 40 кВ и большие габариты батареи конденсаторов на такое напряжение потребовали разработки специального Т-образного фильтра для передачи энергии между каскадами импульсного генератора.
Система изоляции такого коаксиального Т-образного фильтра основана на применении заливочного компаунда ПДИ-ЗАК, а форма электродов и изоляционных тел разработана из условия максимального выравнивания электрического поля.
Достаточная эластичность компаунда обеспечивает возможность заливки металлической арматуры без образования термоупругих напряжений. Слабая адгезионная способность компаунда ПДИ-ЗАК учитывалась посредством размещения металла внутри компаунда, где усадочные явления при полимеризации должны гарантировать надежный контакт с трубами — электродами фильтра.
Рис. 9-17. Фильтр Т-образный 1 — внутренний провод; 2 — металлизация; 3 — изолятор из компаунда ПДИ-ЗАК
Внешняя часть изоляции коаксиального фильтра создается посредством металлизации и последующего закрепления на ней токонесущих и конструктивных металлических элементов (рис. 9-17).
Конструкция изоляции фильтра была рассчитана таким образом, чтобы обеспечить достаточно низкий коэффициент неоднородности электрического поля в нем kн=1,8. Это позволило обеспечить его надежную работу при рабочем напряжении 40 кВ (суммарное значение переменной и постоянной составляющих). При этом максимальная напряженность электрического поля в диэлектрике не превысила 3 МВ/м.
