Раздел: Документация
0 ... 8 9 10 11 12 13 14 ... 35 *>LC С учетом формул (3.10), (3.15), (3.29) и (3.42) для энергии получим Дм 1 Г ч = W — атф(«) 2(1-а) (3.43) где W - энергия трансформируемого импульса. Из формулы видно, что энергия, накапливаемая в элементах трансформаторной цепи, пропорциональна искажениям фронта и вершины импульса. Таким образом, для улучшения энергетических характеристик трансформаторной цепи и входящего в ее состав ИТ необходимо всемерно уменьшать искажения. В этой связи представляется целесообразным всегда использовать все возможности для уменьшения искажений, вносимых собственно ИТ, если даже это непосредственно и не оговорено техническим заданием на проектирование, однако только при условии, что при этом существенно не ухудшаются технико-экономические характеристики ИТ. Из формул (3.43) следует, что в целом качество ИТ может характеризоваться количеством запасаемой в ней энергии: такая характеристика интегрально учитывает степень выполнения как функциональных, так, частично, и технико-экономических требований. Поэтому отношение энергий WLC гф 5Ли - = —- + -(3.44) W и а,-ф(8) 2(1-а) может рассматриваться как энергетический коэффициент искажений трансформированного импульса. Чем меньше этот коэффициент, тем выше в функциональном отношении качество ИТ. 3.7. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПАРАМЕТРОВ СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ Необходимым опосредствующим звеном между исходными данными для проектирования ИТ и его конструктивным расчетом является расчет электромагнитных параметров схемы замещения ИТ, т. е. электромагнитный расчет ИТ. Электромагнитный расчет состоит в выборе таких значений индуктивности рассеяния и намагничивания и суммарной динамической емкости обмоток, при которых искажения фронта и вершины импульса не превысят оговоренных исходными данными. Из формул (3.20), (3.21) и (3.31) можно получить выражения параметров схемы замещения: фзсч.г 1,2 —--— ; тфа г - ГФ •-1,2 —--;---, (1-а)Д2сги L1 — - , Аи [а + (1 - a)q] (3.45) (3.46) (3.47) где Тф — относительная длительность фронта импульса, выбранная с учетом линейных или нелинейных свойств нагрузки и допустимого выброса напряжения на фронте по соответствующим графикам переходных процессов. После расчета L и С определяются допустимые значения индуктивности рассеяния и емкости обмоток собственно ИТ: Lt=Lui-LM;(3.48) Ст = Ci;2 ~ См-(3.49) Если значения Хм и См достаточно велики, то может оказаться, что рассчитанные по формулам (3.48) и (3.49) значения электромагнитных параметров ИТ отрицательны, а следовательно, при заданных LM и См трансформатор с ограниченными искажениями фронта импульса нереализуем. Из формул (3.48) и (3.49) видно, что если велика индуктивность и мала емкость монтажа, то проектирование трансформаторной цепи с индуктивной реакцией облегчает реализацию ИТ. В противоположном случае целесообразна трансформаторная цепь с емкостной реакцией. При этом необходимо отметить следующее. В некоторой конкретной конструкции ИТ при заданных напряжениях на обмотках изменение числа витков в обмотках, размеров магнитной системы или других параметров конструкции практически не влияет на коэффициент рассеяния. Поэтому индуктивность намагничивания пропорциональна индуктивности рассеяния ИТ и больше при индуктивной реакции, чем при емкостной. Если принять, что LM = 0, то с учетом формулы (3.45) соответствующее увеличение индуктивности намагничивания L./L2=G,/G2.(3.50) При a t= 0,5 и соответствующем ему оптимальном значении 6 = = 5о = 1 индуктивность намагничивания увеличивается в 5,85 раза, а при а = 0,8 и 6 = 60 = 0,8 - в ,10,7 раза. При L м Ф 0 увеличение индуктивности намагничивания еще больше. Как видно из формулы (3.31), снижение напряжения на вершине импульса обратно пропорционально индуктивности намагничивания. Таким образом, проектирование трансформаторной цепи с индуктивной реакцией позволяет получать искажения вершины примерно на порядок ниже, чем при емкостной, т. е. цепь с индуктивной реакцией целесообразна и в этом отношении. Следовательно, при конструировании импульсной установки особенно важно принимать все возможные меры к уменьшению емкости трансформаторной цепи, с тем чтобы цепь обладала именно индуктивной реакцией. Изложенные выше общие соображения по расчету индуктивности рассеяния и емкости ИТ существенно меняются в частном случае — при проектировании ИТ, предназначенного для работы в составе генератора с искусственной формирующей линией. Здесь индуктивность рассеяния используется в качестве индуктивности первого звена искусственной линии, необходимой для получения импульса заданной формы. Индуктивность первого звена линии представляется наиболее целесообразным определять по специальной методике расчета искусственной линии, работающей на комплексную нагрузку [12]. Приближенная формула расчета L = 1,6гфД2,(3.51) и тогда индуктивность рассеяния ИТ £, = 1,6*ф/Ь-£м.(3.52) В генераторах с формирующими линиями наличие емкости в трансформаторной цепи почти всегда приводит к выбросу напряжения на фронте импульса — тем большему, чем выше эта емкость. Поэтому желательно проектировать ИТ так, чтобы емкость его обмоток была минимальной или, по крайней мере, чтобы трансформаторная цепь имела индуктивную реакцию. Однако исключить выброс, варьируя параметры ИТ, никогда не удается, гак как в трансформаторной цепи всегда имеется емкость нагрузки и монтажа. С другой стороны, вследствие нелинейного характера реальной нагрузки генератор с искусственной линией в интервале времени формирования фронта импульса всегда работает в режимах, близких к холостому ходу. Поэтому напряжение на фронте нарастает быстро и появляется дополнительный выброс, который часто оказывается значительно сильнее выброса, обусловленного емкостью трансформаторной цепи. По изложенным причинам в генераторах с формирующими линиями — как в содержащих, так и в не содержащих ИТ — для устранения выбросов напряжения на фронте всегда вводят в цепь нагрузки специальные корректирующие цепи [13]. Возможность выброса устанавливается по окончании конструирования ИТ, в результате поверочного расчета. 3.8. КРИТЕРИЙ ОСУЩЕСТВИМОСТИ ИМПУЛЬСНОГО ТРАНСФОРМАТОРА Для определения общего направления, в котором целесообразно вести проектирование ИТ, полезно иметй простое и наглядное соотношение, связывающее искажения трансформированного импульса с параметрами трансформаторной цепи и параметрами собственно ИТ. Такого рода связь можно составить в разных формах, однако естественно требовать, чтобы ею учитывались особенности проектируемого объекта. Характерное свойство ИТ состоит в том, что уменьшение вносимого им удлинения фронта импульса примерно пропорционально увеличивает снижение напряжения на вершине и наоборот. Таким образом, произведение этих составляющих искажения формы импульса примерно постоянно и поэтому может служить в качестве искомого соотношения. 68 Так как нелинейные свойства сопротивления нагрузки приводят к уменьшению главных видов искажения импульса — искажений фронта и вершины, указанное произведение естественно составить для искажений при линейной нагрузке, заведомо максимальных. Этим будет повышена надежность последующих оценок и выводов, а также обойдены трудности, связанные с учетом влияния нелинейных свойств нагрузки на искажения фронта импульса. Из формул (3.15), (3.18) и (3.32) получим следующее выражение: Р Ч>= тф(«)й(1 - a)okL и игСиг{ Как искажения фронта, так и искажения вершины всегда нежелательны. Исключительно по причине невозможности полного устранения искажений приходится требовать только их ограничения некоторыми, технически приемлемыми значениями. Поэтому возможны две постановки задачи о проектировании ИТ. В первой постановке, когда по тем или иным причинам требуются возможно малые искажения формы импульса, цель задачи состоит в получении минимума произведения составляющих искажения. Здесь произведение искажений (3.53) выступает в роли целевой функции F и эту функцию необходимо минимизировать. Однако значения параметров a, ki и 5 определены свойствами генератора, соединительных цепей, нагрузки и требованиями к выбросу на фронте импульса. Поэтому минимизация целевой функции возможна только за счет уменьшения коэффициента рассеяния а. Таким образом, решение задачи в этом случае — выбор конструкции ИТ с минимальным коэффициентом рассеяния. Возможности уменьшения коэффициента рассеяния ИТ ограничены техническими причинами. Поэтому в практике проектирования ИТ исходными данными обычно оговариваются допустимые, т. е. ограниченные по максимуму, искажения; решение задачи минимизации всегда желательно. Таким образом, задача проектирования ИТ во второй постановке — получение ограниченных исходными данными искажений. При заданных a, ki и 5 эта задача сводится к выбору коэффициента рассеяния ИТ с помощью неравенства а< -* .(3.54) и 2 тф(б)а(1 - a)kLv Этим неравенством накладывается ограничение на обобщенную электромагнитную характеристику ИТ — коэффициент рассеяния. Поэтому соотношение (3.54) можно рассматривать как критерий осуществимости ИТ с заданными параметрами искажений трансформированного импульса при заданных параметрах трансформаторной цепи. Следо- вательно, в данном случае задача проектирования ИТ состоит в выборе конструкции, удовлетворяющей этому критерию. Из рассмотрения целевой функции (3.53) видно, что при емкостной реакции трансформаторной цепи значение функции всегда больше, чем при индуктивной. Поэтому безусловно целесообразно стремиться к созданию условий, при которых трансформаторная цепь обладала бы именно индуктивной реакцией. При индуктивной реакции и 6 > 1, а также с учетом формул (3.23) и (3.32) выражения для целевой функции и критерия осуществимости упрощаются и принимают вид Е = 2,2а(1 — a)ki а;(3.55) °< Л-—ТГ--(3-56) 2,2a(i-a)/tLv Сравнение формул (3.20), (3.53) и графиков на рис. 3.11 показывает, что целевая функция имеет минимальное значение при тех же коэффициентах затухания, при которых искажения фронта импульса минимальны. Таким образом, выбор установленных ранее оптимальных значений коэффициента затухания получает дополнительное обоснование. 3.9. КОРРЕКЦИЯ ИСКАЖЕНИЙ ФОРМЫ ИМПУЛЬСА По различным причинам не всегда возможно спроектировать ИТ так, чтобы вносимые им искажения формы трансформированного импульса не превосходили допустимых. В таких случаях прибегают к коррекции формы импульса введением в трансформаторную цепь специальных корректирующих двухполюсников. Коррекция формы импульсов не имеет прямого отношения к проектированию ИТ, и поэтому здесь приведены только основные сведения о корректирующих двухполюсниках и их применении. Характерное и трудноустранимое искажение формы трансформированного импульса - выброс напряжения на фронте. Устранить выброс можно, подключив параллельно нагрузке двухполюсник из последовательно соединенных резистора RK и конденсатора Ск (рис. 3.29) или последовательно с нагрузкой - двухполюсник с параллельно соединенными резистором RK и катушкой индуктивности L к (рис. 3.30). Расчет параметров коррекции RK> Ск и LK производится по методикам из работ [13,14]. Недостатком схемы на рис. 3.29 является то, что к корректирующим элементам прикладывается полное напряжение импульса. Схема на рис. 3.30 свободна от этого недостатка, так как в ней корректирующие элементы находятся под воздействием только напряжения выброса. Однако эта схема недостаточно эффективна в генераторах с формирующими линиями, работающими на нелинейную нагрузку. В некоторых случаях при проектировании ИТ целесообразно допустить возможность некоторого выброса напряжения и для его устранения применить кор-70 ректирующий двухполюсник, как, например, в трансформаторных цепях с выраженной емкостной реакцией. Все схемы коррекции выброса напряжения приводят к некоторому удлинению фронта импульса. Уменьшить удлинение фронта позволяет схема на рис. 3.31  Рис. 3.29. Схема замещения ИТ с параллельной коррекцией фронта трансформированного импульса  Рис. 3.30. Схема замещения ИТ с последовательной коррекцией фронта трансформированного импульса
Рис. 3.31. Схема ИТ с нелинейной коррекцией фронта импульса  Рис. 3.32. Схема замещения ИТ с нелинейной коррекцией фронта импульса с нелинейной индуктивностью L к, насыщение которой наступает на некотором, специально выбранном, уровне напряжения импульса, [151- Схема замещения приведена на рис. 3.32, где нелинейная индуктивность заменена коммутатором К, который включается на требуемом уровне напряжения. Применение такой схемы полезно при нелинейных нагрузках. Уменьшить снижение напряжения на вершине импульса можно, применяя корректирующий двухполюсник из параллельно соединенных сопротивления RK и индуктивности L к, как показано в схеме замещения на рис. 3.33. Расчет параметров двухполюсника производится по специально разработанным графикам [16]. 0 ... 8 9 10 11 12 13 14 ... 35
|
