Применение генераторов импульсного напряжения и генераторов импульсного тока, страница 2

П. Л. Капица использовал [12] механическую энергию' ротора электрической машины, передаваемую на нагрузку в режиме короткого замыкания, для получения магнитных полей напряженностью (4-5)-10⁵ эрст в объемах около 1 см³. Позднее на том же принципе были разработаны спе­циальные ударные генераторы с массивным ротором. Раскрученный до полных оборотов ротор генератора обла­дает весьма значительной энергией. Если обод металли­ческого ротора или маховика такого генератора будет в пределе иметь звуковые скорости, то кинетическая энергия единицы объема на ободе составит около 500 дж/см³. К со­жалению, она может быть трансформирована в электрическую за времена, определяемые инерцией ротора.

  Такие   генераторы   удобно   использовать  для   зарядки многовитковых магнитных накопителей. Если ограничиться магнитными полями напряженностью  10⁵ эрст, выдержи­ваемыми современными соленоидами, то можно рассчитывать на  удельные энергии 40 дж/см³. Перекачка энергии из многовитковых катушек большой индуктивности в малоиндуктивную   нагрузку   требует   специального   преобразо­вателя,   называемого   магнитным   обострителем.   Коротко принцип его действия сводится к следующему. Если в многовитковую катушку,   питаемую   от   внешней   цепи, поме­стить одновитковый соленоид и осуществить разрыв первой и одновременное замыкание второй  цепи катушки на на­грузку, то в  последней за время коммутации  и  разрыва появятся токи,  необходимые для  поддержания   существовавшего там магнитного потока. Разработка переключателя обострителя   и  настоящее  время  ведется   во   многих   стра­нах.  Создание такого  устройства  в особенности на микросекундные времена имеет  большое  значение  для импульс­ной техники.

    Один   из   возможных   вариантов   накопителя — приме­нение соленоидов из сверхпроводящих сплавов, в которых режим   размыкания   можно  осуществить   при   увеличении сопротивления катушки при переходе критических темпера­туры или магнитного поля. Весьма перспективны накопите­ли,  преобразующие  химическую энергию  взрывчатых ве­ществ (в.  в.) в электрическую. Удельная энергия, сосредо­точенная во взрывчатых веществах, равна (5—8) • 10³ дж/см³. Чтобы получить такую же плотность энергии в магнитном поле,   необходимо   поле  напряженностью    1,6 • 10⁶  эрст. Принцип    действия     взрывного    генератора    предложен А. Д. Сахаровым. Энергия ударных волн, получаемых при взрыве в. в., используется для сжатия металлическими стенками  магнитного  потока,   предварительно  созданного внешним источником. Практически достигнуты поля с на­пряженностью 25•10⁶ эрст. Даже при относительно не­больших к. п. д. взрывные генераторы обладают значитель­ной энергией при малых габаритах. Во Фраскатти (Италия) широко используются генераторы с весом в. в. около 200 г с эквивалентной энергией 10⁶ дж. Предельные токи генераторов ограничиваются процессами разрушения скин-слоя, способствующими ускоренной диффузии магнитного поля в металл, а также пробоем газа внутри сжимаемого объема. Взрывные генераторы довольно дешевы, просты по конструкции и, по-видимому, получат большое распро­странение в экспериментах, требующих сверхмощных накопителей энергии..

Внедрение в сильноточную импульсную технику на­копителей нового типа происходит одновременно с со­вершенствованием конденсаторных накопителей и связан­ной с ними техники, области, применения которой непре­рывно расширяются.

ГИН.

  Работа всех современных ГИН основана на принципе В. К. Аркадьева и Н. В. Баклина, состоящем в медленном параллельном заряде группы конденсато­ров и в быстром их разряде через искровые промежутки по последовательной схеме. Аналогичный принцип позднее был предложен Ч. Штейнмецом, Э. Марксом и Ф. Пиком.

На начальной стадии своего развития ГИН применялись только как имитаторы разряда атмосферного электричества для импульсных испытаний и исследований
изоляции электрооборудования высокого напряжения: трансформаторов, выключателей, разрядников, изоляторов и т. п. В дальнейшем область применения ГИН непрерывно расширялась. Сейчас они применяются в физических лабораториях при изучении строения ядра,
в промышленных установках для ускорения технологических процессов, в горной промышленности при буре­нии и дроблений каменных пород, в медицинских установках для терапевтических целей.

Ввиду сложности явлений, происходящих в электрических системах при коммутационных процессах и атмосферных   перенапряжениях,  надежная   оценка   качества изоляции   может  быть дана  только  после  специальных испытаний   и  исследований. Полезность импульсных   испытаний    электрооборудования    доказана практически. Так, введение в США импульсных испытаний привело к снижению аварийности трансформаторов с 15% в 1931 г. до 3%  в 1949 г..

В последние годи в связи с ростом энергосистем, повышением номинальных напряжений сетей, проектированием и сооружением сверхдальних линий электропередач расширялись применения ГИН в процессе проектирования, производстве и эксплуатации электрооборудования. В данное время ГИИ является важнейшей частью оборудования каждой лаборатории высокого напряжения.

За время своего развития ГИН значительно изменились: возросли амплитуда и энергия импульсов, улучшилилось использование площади и объема помещения. Так, если ГИН Аркадьева — Баклина мог дать искру в 15 см, то современные ГИН дают мощную искру до 10—17 м. Улучшение конструкции ГИН происходило параллельно с разработкой новых более совершенных элементов: импульсных конденсаторов, вентилей, измерительных средств.

Одновременно с совершенствованием конструкции ГИН проводились теоретические исследования с целью улучшения использования и облегчения эксплуатации установок.