Исследование газоразрядных коммутаторов тока в схеме с индуктивным накопителем энергии

• Автор: Круглов, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 05.27.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Рязань
• Количество страниц: 185 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ НАКОПЛЕНИЯ И КОММУТАЦИИ ЭНЕРГИИ

1.1 Накопители энергии

1.2 Схемы с использованием ИНЭ

1.3 Обзор существующих размыкателей

1.4 Анализ схем на таситронах

1 .5 Физика работы таситрона

ГЛАВА 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВЫКЛЮЧЕНИЯ РАЗРЯДА

2.1 Исследование работы таситрона в схеме с ИНЭ

2.1.1 Описание экспериментальной установки

2.1.2 Экспериментальные исследования физических процессов
2.1.3 Предельные характеристики.
2.2 Исследование работы тиратрона в схеме с ИНЭ
2.2.1 Физика явления обрыва тока в тиратроне
2.2.2 Экспериментальная установка
2.2.3 Исследование физических процессов в тиратроне
2.2.4 Расчет заряда, необходимого для самообрыва анодного
2.2.5 Предельные характеристики тиратрона
2.3 Исследование работы псевдоискрового разрядника в схеме с
2.3.1 Особенности псевдоискровых разрядников
2.3.2 Конструкция исследуемого псевдоискрового разрядника
2.3.3 Схема экспериментальной установки и результаты проведенных исследований
Выводы к главе
ГЛАВА 3 РАСЧЕТ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ И КПД ГЕНЕРАТОРА ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМПУЛЬСОВ С ИНЭ И ГАЗОРАЗРЯДНЫМ КОММУТАТОРОМ ТОК А
3.1 Расчет тока через активную нагрузку в момент коммутации
3.2 Расчет потерь на выключениеНО
3.3 Описание численной модели
3.4 Программная реализация
3.5 Результаты вычислений
Выводы к главе
ГЛАВА 4 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ И ПОСТРОЕНИЮ ГЕНЕРАТОРОВ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ИМПУЛЬСОВ НА ОСНОВЕ ИНЭ И ГАЗОРАЗРЯДНЫХ КОММУТАТОРОВ ТОКА
4.1 Накачка азотного лазера от генератора высоковольтных импульсов с ИНЭ и газоразрядным размыкателем тока
4.2 Построение генераторов высоковольтных импульсов с ИНЭ и таситроном в качестве размыкателя тока
4.3 Построение генераторов высоковольтных импульсов с ИНЭ и тиратроном в качестве размыкателя тока
4.4 Построение генераторов высоковольтных импульсов с ИНЭ и псевдоискровым разрядником в качестве размыкателя тока
Выводы к главе
Заключение
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Противоречивые требования, предъявляемые к зарядным цепям (малое сопротивление при заряде и большое при разряде), сильно усложняет разработку генераторов с частотой следования импульсов -3 Гц. Наиболее распространенным способом снижения неравномерности заряда и увеличения КПД зарядного процесса является использование индуктивностей в качестве разделительных элементов между ступенями. Схемное решение и режим заряда конденсаторов должны обеспечивать паузу в подаче зарядного напряжения после срабатывания генератора, что необходимо для надежного восстановления электрической прочности разрядников. Для надежной работы в частотном режиме в схемном решении должен быть максимально реализован принцип самоуправления. Это позволяет отказаться от внешних схем запуска и синхронизации, содержащих ключевые элементы ждущего режима работы, которые наиболее подвержены влиянию мощных помех. Таким образом, применение емкостных накопителей энергии требует решения многих противоречивых задач. Также при увеличении напряжения выходного импульса падает плотность энергии, запасаемой емкостными накопителями. Для решения этой проблемы приходится увеличивать емкость накопителя, что приводит к резкому росту его массогабаритных показателей. Решить многие из этих проблем может использование индуктивных накопителей энергии (ИНЭ). В [8] описываются полупроводниковые генераторы колоколообразных наносекундных импульсов с промежуточными индуктивными накопителями энергии. Передача энергии из ИНЭ в нагрузку осуществляется с помощью дрейфовых диодов с резким восстановлением (ддрв) [9]. При использовании ИНЭ вместе с ддрв КПД генератора поднимается до %. Максимальное напряжение формируемого импульса значительно превышает напряжение, необходимое для «зарядки» ИНЭ, то есть возможно формирование высоковольтных импульсов непосредственно от низковольтного источника питания. Генератор позволяет получать импульсы с амплитудой 1,3 кВ, временем нарастания 2 не и спада 5 не. Для формирования высоковольтных импульсов с плоской вершиной напряжением до 0 кВ и мощностью до МВт возможно использование трансформаторных индуктивных накопителей энергии [] (рис. Прерывание тока происходит в цепи первичной обмотки трансформатора, а нагрузка включена в цепь вторичной обмотки. Накопление энергии в индуктивности происходит за счет протекания через нее тока, поэтому для регулировки амплитуды выходного напряжения используются ограничители напряжения ЯШ и 1Ш2. В качестве размыкателя используется газовый прерыватель тока. Также при получении мощных коротких импульсов с быстрым нарастанием переднего фронта используются ИНЭ []. Индуктивность подключается к выходу генератора Маркса (рис. Рис. Рис. Как видно из выше перечисленного использование ИНЭ имеет существенные преимущества перед применением других накопителей. Использование ИНЭ позволяет резко сократить число элементов схемы и, соответственно, ее массогабаритные показатели []. При повышении выходного напряжения увеличивается плотность запасаемой энергии, то есть растет КПД схемы. Накопление энергии в индуктивности происходит за счет протекания через нее тока, таким образом дозировать долю запасаемой энергии можно изменяя время протекания тока. Что так же позволяет получать мощные импульсы от сравнительно низковольтных источников питания. Применение ИНЭ приводит к резкому сокращению времени нарастания переднего фронта формируемого импульса, что сильно увеличивает скорость ввода энергии в нагрузку. Однако для формирования импульсов с помощью ИНЭ требуются надежные размыкатели тока, в отличие от емкостных накопителей и формирующих линий, которые при работе используют коммутирующие устройства. Размыкатели должны надежно и быстро обрывать ток и выдерживать большие обратные напряжения. Существует достаточно большое количество прерывателей тока. Одними из первых прерывателей были механические []. При протекании тока через такой размыкатель его контакты замкнуты, а для обрыва разводятся специальным приводом. После размыкания контактов между ними загорается дуга, которую приходится гасить. В [,] описано применение дугогасительных устройств переменного тока с принудительным переводом тока через 0 для отключения постоянного тока.