Раздел: Документация
0 ... 30 31 32 33 34 35 0,4 тг2Д/£ (1 + 0,44/fc) 0Ai:2U2FL (1 + 0,44fc) о— - =--- .(9.6) D(m-1)DEA(m-l) Из этих формул видно, что постоянная времени ВИТ не зависит от числа чередований и отношения диаметра к длине катушкн, волновое сопротивление прямо пропорционально этому отношению и обратно пропорционально числу чередований. Используя эти свойства, можно согласовать ВИТ с генератором и нагрузкой. Обращает на себя внимание то, что постоянная времени ВИТ пропорциональна коэффициенту трансформации. По этой причине с увеличением коэффициента трансформации увеличивается удлинение фронта трансформированного импульса. Следовательно, ВИТ может применяться только для относительно небольшого повышения напряжения. Как следует из целевой функции (3.53) н критерия осуществимости (3.54), возможность реализации ВИТ с заданными параметрами искажений трансформированного импульса определяется возможностью получения достаточно малого коэффициента рассеяния. Из формулы (9.6) видно, что при заданном вторичном напряжении н выбранной конструкции ВИТ уменьшить коэффициент рассеяния можно практически только за счет увеличения диаметра катушки, т. е. габаритов ВИТ. Другие способы уменьшения коэффициента рассеяния малоэффективны или неконструктивны. Из этой формулы видно также, что с увеличением напряжения трансформированного импульса коэффициент рассеяния увеличивается, а значит, получать высокое напряжение посредством ВИТ затруднительно. Поэтому ВИТ эффективен только для получения относительно невысокого напряжения, обычно не более 100 кВ. Практически неудобны ВИТ с чрезмерно большим диаметром или чрезмерно большой длиной катушки. Приемлемый конструктивный компромисс, проверенный практикой проектирования ВИТ, достигается прн к = 0,5 ... 1,0 н однослойных конических обмотках с вводом посредине (рис. 9.3). Некоторое дополнительное удлинение катушки целесообразно только в том случае, когда необходимо увеличить продольную электрическую прочность ВИТ. Однако, ввиду того что посредством ВИТ не удается получать высокое напряжение, удлинения обычно не требуется. 9.2. ИСКАЖЕНИЯ ФОРМЫ ИМПУЛЬСА Первоначально анализ искажений формы трансформированного импульса, так же как и в ИТ с МС, был основан на представлении ВИТ схемой замещения с сосредоточенными параметрами (см. рис. 3.8). В соответствии с этой схемой разработана методика [51, 52], позволившая производить приближенные расчеты. Впоследствии найдена более точная схема замещения (рис. 9.4) [9, 10], которая, по крайней мере качественно, учитывает распределенный характер электромагнитных параметров. Излагаемая методика расчета ВИТ основана на этой схеме. Ввиду того что ВИТ характеризуется относительно большими размерами, распределенный характер его электромагнитных параметров влияет на искажения формы трансформированного импульса значи- тельно сильнее, чем ИТ с МС. С достаточной для целей практического проектирования степенью точности это влияние может быть учтено, если представить обмотки ВИТ в виде длинной линии, образованной индуктивностями первичной и вторичной обмотки и междуобмоточными емкостями (см. рис. 3.1). Именно такая линия с волновым сопротивлением Ро и временем заряда Т0 введена в схему замещения на рис. 9.4.  Рис. 9.4. Схема замещения воздушного ИТ Исследованиями ВИТ разной конструкции установлено, что волновое сопротивление и время заряда линии с относительно удовлетворительной степенью точности можно рассчитывать по формулам р0 = y/Ll3IC0;(9.7) Го = s/TCo,(9.8) в которых величины Ln = Lx + L2 ± 2М; e0e-nD2(m - 1) С° ~кА представляют собой эквивалентную индуктивность обмоток относительно точек Г и 2 при замкнутых зажимах 1 и 2 и статическую емкость обмоток относительно зажимов Г и 2 при разомкнутых зажимах 1 и 2 в схеме на рис. 3.1. В схеме ВИТ на рис. 9.4, так же как и в схеме ИТ с МС, индуктивность L представляет собой сумму индуктивности рассеяния ВИТ и ин-дуктивностей трансформаторной цепи. В отличие от этого емкость С включает в себя только емкости монтажа и нагрузки. Все индуктивности и емкости считаются приведенными к числу витков первичной обмотки ВИТ. Таким образом, при анализе свойств ВИТ на основе схемы замещения (рис. 9.4) не вводится понятие динамической емкости обмоток. Действие емкости обмоток учитывается введением в схему замещения линии, представляющей собой элемент с распределенными параметрами. (9.9) .(9.10) При практических расчетах неудобно оперировать взаимной индуктивностью обмоток, входящей в формулу (9.9). Эту величину можно исключить из формулы, если учесть, что М = к V L XL 2, где к — коэф-фициент магнитной связи между обмотками, примерно равный >/ 1 — а. Покажем, что в различных случаях применения ВИТ коэффициент связи вследствие малости коэффициента рассеяния близок к единице. С этой целью примем относительные искажения фронта и вершины трансформированного импульса 0,2 н 0,1 соответственно (что близко максимально приемлемым для ИТ), оптимальный коэффициент затухания 6 = 60 н более или менее характерное для импульсных установок значение =1,5. Тогда из критерия осуществимости ИТ в диапазоне возможных значений параметра а = 0,5 ... 0,9 следует, что при индуктивной реакции трансформаторной цепи о =0,028 ... 0,09, а при емкостной а — 0,0047 ... 0,0154. При таких малых значениях коэффициента рассеяния коэффициент связи действительно весьма близок к единице. Это позволяет выражение для эквивалентной индуктивности упростить и представить в виде £п «1,(п ± I)2,(9.11) где плюс соответствует согласному, а минус — встречному включению обмоток ВИТ. Качественно картина искажений формы трансформированного импульса на вторичной обмотке ВИТ в соответствии со схемой замещения на рис. 9.4 имеет вид, приведенный на рис. 9.5. Распределенный  0- Т0Ън Рис. 9.5. Качественная картина искажений формы трансформированного импульса в воздушном ИТ характер электромагнитных параметров ВИТ проявляется в том, что до момента окончания заряда Т0 линия ведет себя подобно активному 200 сопротивлению р0, включенному между точками 1 и 2 схемы. После окончания заряда, в момент Т0, линия как бы отключается и ее шунтирующее действие прекращается, в результате чего напряжение на вторичной обмотке ВИТ возрастает на величину AU2p. . Действительная картина имеет значительно более сложный характер вследствие отражения зарядной волны от точек 1 и 2, наложения отражений и зависимости волнового сопротивления линии от взаимной индуктивности обмоток, изменяющейся по мере продвижения зарядной волны напряжения по линии. Закономерности протекания этих процессов недостаточно изучены, и, главное, пока неизвестны способы управления ими. Поэтому при практическом проектировании ВИТ приходится ограничиваться таким качественным представлением процесса формирования импульса на вторичной обмотке и тогда тонкая структура процесса остается невыявленной. Вследствие этого уточнения, получаемые с помощью схемы на рис. 9.4, носят, скорее, качественный, чем количественный, характер. В связи с изложенным приходится констатировать, что теория ВИТ нуждается в совершенствовании. В настоящем виде она приемлема для расчетов ВИТ, в которых допустимы относительно большие искажения формы трансформированного импульса. Путем анализа схемы замещения на рис. 9.4 можно найти, что относительное ступенчатое снижение напряжения на вершине импульса выражается формулой fn±1Y (1 - О) - R2 AU2.\ п / Д.,-- - - .,,.П) ро + (1 - а) ( — ) R2 Это снижение напряжения крайне нежелательно, так как оно эквивалентно увеличению неравномерности вершины импульса, вызываемому не током намагничивания, а волновыми свойствами ВИТ. Исключить снижение напряжения можно, рассчитав ВИТ так, чтобы время заряда линии было равно или больше длительности импульса. Тогда отражения возникают после окончания действия импульса, т. е. по завершении рабочих процессов в нагрузке. Однако при этом амплитуда импульса снизится на величину AU2p, с чем, однако, приходится мириться. Естественно, что желательно снижение напряжения минимальное. Из формулы (9.12) видно, что для уменьшения этого снижения необходимо увеличивать волновое сопротивление линии, а следовательно, увеличивать эквивалентную индуктивность и уменьшать емкость обмоток. Однако, поскольку в ВИТ отсутствует МС, увеличение индуктивности ограничено конструктивно — допустимыми размерами ВИТ. То же относится и к уменьшению емкости обмоток. Другой способ уменьшения снижения напряжения состоит в применении ВИТ в составе генера- тора с малым внутренним сопротивлением, когда параметр о близок к единице. Таким образом, минимальным снижение напряжения будет в генераторах на импульсных электронных лампах или транзисторах, где значения параметра а лежат в пределах 0.8Q . .. 0,98. Если задан уровень снижения напряжения, то из формулы (9.12) можно найти необходимое для этого волновое сопротивление „-о-.) [) 4-*.р.13) На основании изложенного из формул (9.7) и (9.8) следует, что при Т0 = ги индуктивность первичной обмотки и статистическая емкость ВИТ Lx = (1 - а) 1 " Д"р /г2ги;(9.14) Со=ги/р0.(9.15) Сопоставляя снижение напряжения на вершине импульса в ВИТ со снижением напряжения в ИТ с МС, на основании формул (3.32), (9.13) и (9-14) можно установить, что эти величины связаны между собой соотношением AU2Д"л дм = 2 =.(9.16) U2 1 - Аир Таким образом, малое ступенчатое снижение напряжения на вершине можно рассчитывать по формуле (3.32),т. е. оно равно снижению в ИТ с МС. Уменьшение напряжения импульса на величину AU2p можно учесть введением в расчеты параметра а другого коэффициента - ар=а(1-Д«р).(9.17) В общем случае удлинение фронта импульса, вносимое ВИТ, в соответствии со схемой на рис. 9.4, рассчитывается по формуле гф = т«ьУ с*р£С.(9-18) Однако, поскольку действие емкости обмоток ВИТ учтено введением в схему замешения линии и, следовательно, емкостная реакция цепи ослаблена, допустим расчет по упрощенной формуле, соответствующей индуктивной реакции: гф=2,2ар1/Л2.(9.19) Из формул (9.18) и (9.19) видно, что снижение напряжения на вершине импульса в ВИТ в некоторой степени компенсируется уменьшением удлинения фронта, так как ар< а. 202 Вследствие отмеченного снижения напряжения,,а также ввиду того что КПД ВИТ мал, в отличие от ИТ с МС, необходимы соответствующие поправки при выборе коэффициента трансформации. Ориентировочно коэффициент трансформации можно рассчитывать по формуле Щ Ui т}(1 Аир) (9.20) 9.3. РАСЧЕТ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ Перед началом конструктивного расчета на основании исходных данных производится расчет электромагнитных параметров ВИТ по формулам (9.13)-(9.15). Затем выбираются конструкция, тип, размеры изоляционных промежутков, провода обмоток, отношение диаметра катушки к ее длине, число чередований обмоток. После этого рассчитываются два независимых конструктивных параметра — диаметр катушки и число витков в первичной (или вторичной) обмотке. Для расчета диаметра катушки и числа витков первичной обмотки можно на основе формул (9.1), (9.2), (9.14) и (9.15) получить следующие выражения: УС0кА еоея-D (921) , /I id +0,44*) W> - 10V-Ыс- •(9-22) При рассчитанных по этим формулам конструктивных параметрах снижение напряжения на вершине импульса равно принятому в качестве исходного. Затем рассчитывается индуктивность рассеяния ВИТ и по формуле (9.18) или (9.19) проверяется удлинение фронта импульса. Число витков вторичной обмотки рассчитывается по формуле иг1 w2 — W\ ——--- .(9.23) U, П(1 - Аир)У Если в первичной обмотке один виток, то вместо оптимального числа витков первичной обмотки рассчитывается оптимальное первичное напряжение или оптимальный коэффициент трансформации. Одно-витковые ВИТ предназначены для многократного повышения напряжения и поэтому характеризуются большими коэффициентами трансформации. При большом коэффициенте трансформации (и ± I)2 « 0 ... 30 31 32 33 34 35
|
