Применение генераторов импульсного напряжения и генераторов импульсного тока, страница 5

достижении на нем пробивного напряжения. Однако при введении в разрядник третьего электрода (рис. 1-11) по­является возможность управления моментом разряда ГИН путем подачи пускового импульса. Такое управ­ление используется для синхронизации работы ГИН и_ регистрирующего осциллографа; момент подачи пускового импульса связывается с заданным временем заряда ГИН или с моментом достижения определенного напря­жения на первой конденсаторной ступени.

Влияние искрового канала разрядника на форму им­пульса может быть упрощенно оценено по величине со­противления искры г_и, которое в соответствии с эмпири­ческой формулой Тейлора пропорционально длине l ис­крового промежутка и обратно пропорционально коли­честву электричества q, прошедшего через промежуток с начала разряда:

,                                                                          (1-1)

где k — постоянная.

К концу разряда ГИН через искровой промежуток проходит заряд , где С₀, U₀ — емкость и напряжения конденсатора ГИН перед разрядом.

ГИТ

Генератор импульсных токов (ГИТ) представляет собой батарею  параллельно  заряженных конденсаторов, число, напряжение и емкость  которых  определяют его энергию.
Энергия в батарее накапливается за счет заряда конденса­торов в относительно длительный интервал времени от спе­циального источника напряжения (зарядного  устройства) и  выделяется   в  относительно  короткий  промежуток вре­мени в нагрузке—объекте испытания. Специальное комму­тирующее устройство - управляемый разрядник — от­деляет нагрузку от батареи в процессе ее заряда и соединяет их в нужный момент времени. Таким образом, ГИТ кроме
батареи конденсаторов должен включать еще коммутиру­ющее устройство и систему проводников, соединяющих от­дельные конденсаторы в батарею, батарею с коммутирую­щим  устройством и коммутирующее устройство с нагруз­кой.

При расчете и конструировании ГИТ исходят из требо­ваний эксперимента. Обычно они сводятся к получению определенной (максимальной) величины амплитуды тока, скорости его нарастания в нагрузке, если известны ее па­раметры (величина индуктивности, активного сопротив­ления и законы их изменения при протекании тока). При расчете и конструировании ГИТ определяют его энергию (емкость) батареи, рабочее напряжение; выбирают прин­ципиальную схему, включая коммутацию, и производят электрический и электродинамический расчет всех эле­ментов.

В некоторых случаях ставятся требования к форме им­пульса тока в нагрузке, например получение апериоди­ческого  импульса,   прямоугольного  или  синусоидального импульса, сильно затухающего после первого максимума. Эти требования удовлетворяются в первую очередь приме­нением специальных схем (например, цепных схем), программированной работой нескольких генераторов на одну нагрузку и использованием в схемах нелинейных элементов.

Успешное решение задачи расчета и конструирования ГИТ зависит от правильного выбора типа отдельных эле­ментов генератора и от точности оценки их параметров. Это относится и к генераторам импульсных токов больших энергий (сотни и тысячи килоджоулей), когда немаловажное значение приобретают вопросы стоимости, а также к ГИТ с высокой частотой собственных колебаний (порядка 1 Мгц и   выше).

Рис.  1. Эквивалентная схема генератора импульсных токов: С₀—емкость батареи; Р — основные управляемые раз­рядники;   Р  — разрядник   вспомогательного устрой­ства (замыкателя нагрузки).

Эквивалентная схема генератора импульсных токов (рис,1) показывает, что в параметры контура входят: эквивалентные значения индуктивности и активного сопротивления конденсаторов (L₀,R₀) , разрядников (L_p,R_p), токоведущих шин или кабелей (L_m,R_m) устройств присое­динения шин или кабелей к конденсаторам, разрядникам и центральным шинам (L_КР,R_КР), центральных шин (L_ц.ш,R_ц.ш),   нагрузки  (L_Н,R_Н) и  вспомогательных  устройств (L₃,R_Г).

Каждый из перечисленных параметров может ока­зать существенное, а иногда и решающее влияние на ве­личину и форму тока и на долю полезной энергии ГИТ,, расходуемой.  В нагрузке, и предварительно должен быть оце­нен  или  рассчитан.

Когда совокупность его элементов можно заменить сосредо­точенными емкостью и индуктивностью (в общем случае переменной), которые и определяют форму импульса тока и нагрузке. Учитывая, что даже на современном уровне развития импульсной техники не всегда возможно создать ГИТ с параметрами, удовлетворяющими поставленным требованиям, прежде чем перейти к рассмотрению прин­ципиальных схем, произведем грубую оценку параметров, которые обеспечивают получение предельно возможных значений тока и скорости нарастания тока в различных по величине индуктивных нагрузках.

Такую оценку произведем па примере простейшей экви­валентной схемы генератора импульсных токов, в которой индуктивность и емкость приняты сосредоточенными, а ак­тивные сопротивления, включая сопротивление нагрузки, равными  пулю.

Схема представляет собой обычный колебательный контур, емкость которого С₀ равна емкости батареи, а индуктивность L_э — сумме эквивалентных индуктивностей конденсаторов всех соединительных элементов, разрядника и нагрузки.

Задаваясь различными значениями эквивалентной ин­дуктивности L_э, которая состоит из индуктивности нагруз­ки и собственной (паразитной) индуктивности ГИТ, ам­плитудой тока I_m,  начальной скоростью нарастания тока или частотой собственных колебаний генератора f, можно   определить   соответствующие   значения   рабочего напряжения батарей U, величины ее емкости С₀ и запасенной энергии   W по следующим известным соотношениям:

Результаты таких расчетов представлены в табл. 1.1 для начальных скоростей нарастания тока 10¹⁰—10¹³ а/сек и амплитуд тока 10^е—20 • 10^е а. Возможность получения той или иной амплитуды тока зависит, в конечном счете, не от эквивалентной индуктивности Ь_э и рабочего напря­жения I)   следовательно, и не от —       ), а только от энер-