Раздел: Документация
0 1 2 3 4 ... 35 Общее представление об импульсном режиме работы, когда период повторения импульсов не изменяется, дает рис. 1.1. Основные характеристики такого режима: амплитуда напряжения импульсов U, длительность импульсов ги, период повторения импульсов Т и производные
Рис. 1.1. Основные характеристики импульсного режима работы величины — частота повторения F = 1/Т, скважность q = T/tK и коэффициент усреднения а = l/q. В мощных импульсных устройствах скважность обычно характеризуется значениями 10 ... 1000. При такой большой скважности ИТ обычно успевает восстановить свои свойства в интервале между импульсами, и поэтому форма импульсов в последовательности одинакова. Длительность импульсов также может лежать в широких пределах — от нескольких наносекунд в лазерной технике до сотен микросекунд в радиолокации. Свойства магнитных материалов, доступных и пригодных для применения в МС, таковы, что не позволяют реализовать мощные ИТ на длительность импульсов менее 50 не. Поэтому далее имеются в виду импульсные режимы с большей длительностью импульсов. 1.2. ГЕНЕРАТОРЫ МОЩНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ Мощные ИТ входят в состав генераторов электрических импульсов, в которых эти трансформаторы выполняют функции согласующего звена между первичным генератором и потребителем импульсной электроэнергии — нагрузкой. В качестве первичных генераторов применяются генераторы с полным или частичным разрядом накопителя энергии емкостного типа. Схема такого генератора с ИТ имеет вид, приведенный на рис. 1.2, где Н — накопитель энергии в виде формирующей линии или накопительного конденсатора; К — коммутатор накопленной энергии; R 2 — сопротивление нагрузки, в общем случае нелинейное; Ux и Uг — амплитуда импульсов на первичной и вторичной обмотках ИТ; У0 — напряжение источника питания генератора; Z 0 — зарядное сопротивление накопителя энергии. Мощность таких генераторов ограничена мощностью выпускаемых промышленностью коммутаторов. В мощных импульсных генераторах с полным разрядом накопителя 6 в качестве коммутаторе* используются водородные тиратроны, игнитроны, тиристоры и динисторы, в генераторах с частичным разрядом накопительной емкости — специальные импульсные модуляторные лампы. Особенности коммутаторов приводят к тому, что КПД генераторов с полным разрядом накопителя обычно значительно выше, чем у генераторов с частичным разрядом. Этим определяется преимущественное применение генераторов с полным разрядом накопителя в мощных генераторах электрических импульсов.  Рис. 1.2. Схема генератора с импульсным трансформатором Максимальные достигнутые к настоящему времени мощности коммутаторов не превышают 100 МВт, что значительно меньше требуемых в импульсной электроэнергетике. Эффективный способ увеличения мощности состоит в суммировании мощности многих автономных генераторов посредством импульсного трансформатора (рис. 1.3). Суммирование мощности позволяет применять в мощных генераторах автономные генераторы с коммутаторами в виде тиристоров и динисто-ров, обладающих известными преимуществами полупроводниковых приборов по сравнению с электронными лампами и газоразрядными приборами. Это делает метод суммирования мощности особенно перспективным. " Применение ИТ в составе мощного импульсного генератора неизбежно связано с потерей части мощности и искажениями формы транс- Рис. 1.3. Схема суммирования мощности импульсных генераторов
 формированных импульсов, а также усложнением генератора. Однако преимущества столь значительны, что в целом применение ИТ обычно технически оправданно. Так, оно избавляет от необходимости строить высоковольтные импульсные генераторы по сложным и малонадежным схемам умножения напряжения, позволяет легко создавать наиболее благоприятные условия для передачи максимальной мощности от генератора к нагрузке, изменять полярность импульсов, осуществлять гальваническую развязку генератора с нагрузкой и решать многие другие технические задачи. Коэффициент полезного действия мощного ИТ может достигать 99%, поэтому потерями мощности как таковыми не определяется принципиальная возможность применения ИТ. Но абсолютная величина потерь пропорциональна частоте повторения импульсов, и при увеличении частоты увеличивается тепловыделение и температура активных частей трансформатора. В связи с этим применение ИТ возможно только при частотах повторения, не превышающих 10 кГц. Масса и стоимость ИТ обычно на один-два порядка меньше массы и стоимости генератора импульсов, и они не определяют возможности применения ИТ в импульсных установках. В целом, так же как и силовой трансформатор в промышленной электроэнергетике, ИТ оказывается практически незаменимым элементом в импульсной электроэнергетике, чем и обусловлено его широкое применение в импульсных установках. Принципиальным фактором, определяющим возможность применения ИТ, являются вносимые им искажения формы импульсов. Эти искажения возникают как следствие процессов накопления и рассеяния электрической и магнитной энергии в принципиально неустранимых из системы генератор - ИТ - нагрузка (трансформаторной цепи) элементах. Такими элементами являются показанные на схеме замещения  1 I-1 2 Рис. 1.4. Схема замещения трансформаторной цепи трансформаторной цепи (рис. 1.4) емкость коммутатора Ск, емкости монтажа установки CMi и См2, емкость нагрузки Си, индуктивности монтажа LMl и £м2 и не показанные на рисунке электромагнитные параметры ИТ — индуктивности рассеяния и намагничивания и емкости его обмоток. Вследствие того, что искажения трансформированных импульсов определяются именно этими параметрами трансформаторной цепи, все они характеризуются как паразитные. Соотношение между паразитными параметрами собственно генератора и ИТ может быть различным, но наиболее вероятным является такое, при котором в энергоемких элементах генератора и нагрузки, с одной стороны, и ИТ, 8 с другой, запасаются соизмеримые энергии. Таким образом, искажения трансформированных импульсов примерно в равной мере определяются как параметрами генератора и нагрузки, так и параметрами собственно ИТ В отдельных случаях паразитные параметры генератора и нагрузки оказывают доминирующее влияние на искажения; тогда применение ИТ существенно затрудняется или становится вообще невозможным. > 1.3. ПОТРЕБИТЕЛИ ИМПУЛЬСНОЙ ЭНЕРГИИ В импульсных устройствах потребителями импульсной энергии (нагрузкой) долгое время являлись различные типы генераторов сверхвысоких частот: триодные генераторы, магнетроны, платинотроны, лампы бегущей волны, пролетные клистроны. С развитием прикладной физики потребителями стали также газовые лазеры, газоразрядные промежутки, мощные электромагниты. Общая особенность этих потребителей состоит в том, что для их нормальной работы необходимы высокие импульсные напряжения, лежащие в пределах 20 ... 1000 кВ. Именно эта особенность обусловливает необходимость применения импульсного трансформатора в составе генератора Импульсов. Другая особенность этих потребителей состоит в нелинейном характере зависимости тока потребителя от напряжения, т. е. в нелинейности их вольт-амперных характеристик. Этот фактор не ограничивает возможности применения ИТ в составе генератора импульсов, однако оказывает некоторое, иногда значительное, влияние на процесс формирования импульса и поэтому должен учитываться при расчетах ИТ. Вольт-амперные характеристики являются экспериментально снятыми зависимостями, и их точное аналитическое описание представляет значительньде трудности. Весьма приближенно вольт-амперные характеристики могут аппроксимироваться отрезками прямых линий. Однако кусочно-линейная аппроксимация неудобна для получения универсальных решений и недостаточно точна. Более точно вольт-амперные характеристики большинства нагрузок могут аппроксимироваться простой степенной функцией вида н = 0<.(1.1) Коэффициент /3 здесь определяется параметрами и конструктивными особенностями тех или иных нагрузок, и его значения могут лежать в весьма широких пределах. Показатель степени q для соответствующих нагрузок, наоборот, имеет вполне определенные значения. Так, для линейной нагрузки q = 1; для триодных генераторов q 1; для нагрузок диодного и клистронного типа q = 1,5; для нагрузок магнетронного типа и ламп бегущей волны q = 4 ... 6; для газовых лазеров и газоразрядных промежутков q = 8 ... 10 и т. д. 9 Работа каждого типа нагрузки характеризуется переходным и установившимся (согласованным) режимом. Режим согласования является рабочим, и его параметры — напряжение UHX, ток /нх и сопротивление нагрузки /?нс = С/и.сДн.с - заранее известны. Это позволяет выразить коэффициент J3 через параметры согласованного режима и найти сопротивление нагрузки в переходном режиме: /з = 1/(л„.сн.с~х);(1.2) йк = /гн.с/("н№.с)?-1.(1.3) Последняя формула однозначно определяет закон изменения сопротивления нагрузки в зависимости от напряжения на нагрузке и поэтому удобна для анализа процесса формирования импульса. 1.4. ТРЕБОВАНИЯ К ИМПУЛЬСНОМУ ТРАНСФОРМАТОРУ К импульсному трансформатору предъявляется широкий комплекс разнообразных требований, которые, можно разделить на функциональные, эксплуатационные и технико-экономические. Функциональные требования определяют значения основных электрических параметров (напряжение, мощность и форма) импульсов, получаемых посредством ИТ. Функциональные требования являются безусловными. Однако по техническим причинам выполнить все функциональные требования удается не всегда. Эксплуатационные требования — это, прежде всего, высокая надежность ИТ. Надежность ИТ определяется его электрической прочностью, устойчивостью к механическим и климатическим воздействиям, температурным режимом, способностью выдерживать перегрузки в возможных; аварийных режимах. Эксплуатационные требования абсолютна безусловны. Технико-экономические требования — это минимальные габариты, масса и потери энергии, стоимость, трудоемкость изготовления, а также технологичность, возможность использования в конструкции ИТ доступных материалов и т. д. Степень выполнения технико-экономических требований определяется свойствами применяемых в ИТ магнитных, проводниковых, изоляционных и конструкционных материалов, уровнем технологии. В отличие от функциональных и эксплуатационных эти требования условны и в зависимости от конкретных обстоятельств могут изменяться в широких пределах. Так, мыслима ситуадия, когда применение ИТ является единственным технически приемлемым способом получить импульсы с заданными параметрами; в этом случае технико-экономические требования приобретают второстепенное значение. Традиционно наиболее важные и трудиовыполнимые функциональные требования касаются искажений формы трансформированного импульса. Искажения имеют вид переходного процесса, который в зависимости от соотношения между индуктивными и емкостными параметрами трансформаторной цепи носит колебательный или апериодический характер. В пренебрежении второстепенными деталями искаженный трансформированный импульс представлен на рис. 1.5, где Рис. 1.5. Параметры искажений транс-  формированного импульса предполагается, что генератор вырабатывает идеально прямоугольные импульсы с амплитудой Ut и длительностью ги. Искажения трансформированного импульса длительности г„ принято характеризовать удлинением фронта Гф, измеренным между уровнями (0,1 ... 0,9) U2; амплитудой максимального выброса напряжения на фронте bU2; снижением напряжения на вершине AU2 за время действия импульса; удлинением среза гс и амплитудой максимального выброса на срезе BUC. Обычно удобнее оперировать соответствующими относительными параметрами искажений. Для современного применения мощных ИТ характерны следующие допустимые относительные искажения:гф/ги = 0,05 . .. 0,25; &U2/U2 = 0,00 ... 0,05; AU2/U2 = = 0,002 ... 0,050; tj = 0,10 ... 0,30; 5 UJU2- 0,3. Форма импульса на нагрузке определяет протекание процессов в ней. Отклонения от заданной формы нарушают нормальный процесс и поэтому недопустимы. По этой причине главное функциональное требование, предъявляемое к ИТ, состоит в ограничении уровня вносимых им искажений формы трансформированного импульса. Однако соответствие этому функциональному требованию не является достаточным в практическом применении мощных ИТ. В установках импульсной электроэнергетики энергия, мощность и напряжение трансформированных импульсов весьма велики, поэтому при требуемых параметрах искажений формы импульса масса и объем ИТ могут достигать десятков тонн и кубометров. Кроме того, особое значение приобретает всемерное уменьшение потерь в ИТ; даже если потери и относительно малы, отвод выделяющейся при этом теплоты часто приобретает характер сложной 11 0 1 2 3 4 ... 35
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
