Реферати

Курсова робота: Генератор імпульсних напружень

Десятично-двоичний сумматор. Уведення В даний час інтегральні мікросхеми (ИМС) широко застосовуються в радіоелектронній апаратурі, в обчислювальних пристроях, пристроях автоматики і т.д. Цифрові методи і цифрові пристрої, реалізовані на інтегральних мікросхемах різного ступеня інтеграції, у тому числі на мікропроцесорних засобах, мають широкі перспективи використання в цифрових системах передачі і розподілу інформації, у телевізійній, радіомовній і іншій апаратурі зв'язку.

Альберт Бандура: соціально-когнітивна теорія особистості. инистерство Утворення Російської Федерації Сибірський Інститут Бізнесу Керування і Психології РЕФЕРАТ по дисципліні: Психологія "Альберт Бандура: соціально-когнітивна теорія особистості"

Обчислення елементарних функцій. Міністерство Загальної і Професійної освіти Таганрозький Державний Радіотехнічний університет Кафедра мікропроцесорних систем

Як почати тренуватися?. Щоб уникнути всіх неприємних наслідків від занять фізичною культурою, необхідно обдумано підходити до кожного заняття і по можливості дотримувати необхідні умови тренувань.

Трудове виховання дітей у процесі хазяйновито - побутової праці. Міністерство середнього професійного утворення Російської Федерації. Владивостокський педагогічний коледж № 2 Трудове виховання дітей у процесі хазяйновито - побутової праці

Федеральне агентство за освітою

Державна освітня установа вищої професійної освіти

«Томський політехнічний університет»

Факультет - Електрофізічеський

Напрям (спеціальність) - електроенергетика

Кафедра - техніка і електрофизики високих напружень

Генератор імпульсних напружень

Курсова робота по дисципліні

«Фізика і техніка генерування і вимірювання високовольтних і сильноточних джерел »

Виконала студентка групи 1М140

Холодна Г. Е.

Перевірив доцент кафедри ТВЕН

Жгун Д. В.

Томськ - 2009

ЗМІСТ

Введення

1. Теоретичний аналіз основних контурів газонаполненного генератора імпульсних напружень (ГИН), зібрану по схемі Аркадьева-Маркса

1.1 Зарядний контур генератора імпульсних напружень

1.2 Аналіз розрядного контура

1.3 Зв'язок параметрів імпульсу напруження з параметрами розрядного контура ГИН

2. Розрахунок основних частин схеми і елементів ГИНа

2.1 Визначення максимального значення коефіцієнта використання розрядної схеми і постійних часу експонент

2.2 Розрахунок коефіцієнта використання імпульсу напруження і допустимих меж зміни співвідношення С2/С1

2.3 Розрахунок розрядної схеми ГИН

2.4 Розрахунок розрядного контура на апериодичность

2.5 Вимірювання струму і напруження ГИНа

3. Констуктивное виконання ГИН

Висновок

Список використаної літератури

ДОДАТКУ

Введення

Сучасне крупнотоннажное хімічне виробництво, що використовує традиційний підхід - термічну активацію хімічних процесів, стикається з проблемою енергозбереження. Подальший розвиток промислової бази спричиняє за собою нарощування обсягу окремих виробництв, невиправдані витрати ресурсів для створення обладнання, виснаження корисних копалин, металів і палива.

Природним виходом з чого склався ситуації, очевидно, повинен бути перехід на нові технологічні рішення в металургії, хімії, енергетиці і ряді інших галузей. Якісні зміни можливі при різкому підвищенні питомої продуктивності обладнання, т. е. продуктивність на одиницю об'єму реакційної зони. Для цього необхідне значне збільшення температури в зоні реакції, оскільки при цьому хімічний процес в рамках класичної кінетики експонентно прискорюється згідно із законом Арреніуса. Нагрів реактора і реагентів до високих температур вимагає також збільшення витрати енергоносіїв, тому необхідні нові шляхи збільшення продуктивності і зниження питомих енергозатрат [1].

Поєднання реакційної зони з газорозрядною дозволяє локально нагрівати реагенти до високих температур без нагріву стінок реактора, що значно скорочує непродуктивні втрати енергії. Дані умови легко реалізовуються при збудженні реагентной газової суміші безперервним електронним пучком, в дуговому розряді і інш. При цьому зниження бар'єра реакції досягається також за рахунок участі в реакції вільних радикалів і атомів, які ефективно напрацьовуються в газових розрядах.

Для отримання потоків заряджених частинок високої енергії служать спеціальні пристрої, які називаються прискорювачі. Уськорі́ тель зоря́ женних частини́ ц - клас пристроїв для отримання заряджених частинок (елементарних частинок, іонів) високих енергій.

У основі роботи прискорювача закладена взаємодія заряджених частинок з електричним і магнітним полями. Електричне поле здатне прямо здійснювати роботу над частинкою, тобто збільшувати її енергію. Магнітне ж поле, створюючи силу Лоренца, лише відхиляє частинку, не змінюючи її енергії, і задає орбіту, по якій рухаються частинки.

Прискорювачі можна принципово розділити на дві великі групи. Це лінійні прискорювачі, де пучок частинок однократно проходить прискорюючі проміжки, і циклічні прискорювачі, в яких пучки рухаються по замкнених кривих типу кіл, проходячи прискорюючі проміжки побагато раз. Можна також класифікувати прискорювачі за призначенням: коллайдери, джерела нейтронів, бустери, джерела синхротронного випромінювання, установки для терапії рака, промислові прискорювачі. Але практично всі прискорювачі працюють на високому напруженні. Тому виникла необхідність в створенні генераторів на високі напруження. А це в своє черга привело до розробки схем, в яких використовується принцип складання (множення) напруження на окремих конденсаторах, заряджених заздалегідь до порівняно невеликого напруження. Такі схеми отримали назву схем Аркадьева-Маркса, а самі генератори стали називатися багатоступінчастими генераторами імпульсних напружень, зібрані по схемі Аркадьева-Маркса або генератор Маркса [2].

Генератори Маркса дозволяють отримувати імпульсні напруження від десятків кіловольт до декількох мільйонів вольт. Частота імпульсів, що виробляються генератором Маркса, залежить від потужності генератора в імпульсі - від одиниць імпульсів в годину, до декількох десятків герц.

Енергія в імпульсі генераторів Маркса широко варіюється і може починатися від величин в десяті джоуля і досягати величин в десятки мегаджоулей. Максимальне значення напруження і форма випробувального імпульсу безпосередньо впливають на габарити і вартість імпульсного обладнання високовольтних лабораторій. Точне відтворення випробувальними установками можливих перенапруг дозволяє більш раціонально підійти до конструювання ізоляції, сприяє зниженню її вартості і визначає вимоги напружень, які повинні забезпечувати задані параметри випробувального імпульсу, забезпечувати формування тієї або інакшої форми імпульсу. Важливо забезпечити зручне і безпечне обслуговування установки [2,3].

газонаполненний генератор імпульсний напруження

1. Теоретичний аналіз основних контурів газонаполненного генератора імпульсних напружень (ГИН), зібрану по схемі Аркадьева-Маркса

Генера́ тори Ма́ ркса (його також називають газонаполненний генератор імпульсних напружень, зібраний по схемі Аркадьева-Маркса) - генератор імпульсного високого напруження, принцип дії заснований на зарядці сполучених паралельно конденсаторів, які після зарядки сполучаються послідовно за допомогою різних коммутирующих пристроїв (наприклад газових розрядників або тригатронов), тим самим збільшуючи вихідне напруження пропорціонально кількості сполучених конденсаторів.

Існують різні види схем генератора імпульсних напружень. НайПростіша схема ГИН Аркадьева-Маркса представлена на мал. 1.1. Основними її елементами є конденсатори З, сполучені через зарядні резистори R з випрямлячами, і розрядники F.

Рис.1.1. принципова електрична схема генератора імпульсних напружень: ВТ-трансформатор; РТ - регулювальний трансформатор; V1-V20- випрямлячі;Rз- захисний опір; R0- розділовий опір; Rф- фронтовий опір; Rд- опір дільника; Rнп- опір низковольтного плеча; Сki- ємність конденсатора; Сф- фронтова ємність; F1-F9- іскряний проміжок; Р - кульовий розрядник (для формування зрізаного імпульсу)

ГИН працює в двох послідовних режимах. Режим зарядки конденсаторів і режим розряду послідовно сполучених конденсаторів.

Основні вимоги, що пред'являються до конструкції ГИНа:

1) розрядна ємність ГИН повинна бути рівна ємності навантаження;

2) основні елементи ГИНа повинні бути коректно підібрані;

3) надійна електрична ізоляція;

4) висока електрична міцність і надійність конструкції [4].

У роботі необхідно розрахувати основні параметри генератора імпульсних напружень, зібрану по схемі Аркадьева-Маркса. ГИН використовується як джерело імпульсних напружень для зарядки двійчастої формуючої лінії (ДФЛ).

Спочатку задані наступні параметри:

tи= 50 мкс - тривалість імпульсу напруження;

tф= 1.3 мкс - тривалість фронту імпульсу;

Час зарядки ГИН: tзар= 1.8 з.

UвихГИНА=250 кВ

С2=540 пФ

UзарГИНА=40 кВ

1.1 Зарядний контур генератора імпульсних напружень

Розглянемо ЕНЕ конденсаторного типу, виконані по схемі паралельного з'єднання конденсаторів (генератори імпульсних напружень). Структурна схема генераторів імпульсних струмів (ГИН) представлена на мал. 1.1

Ріс.1.2. Структурна схема ГИНа: ЗУ - зарядний пристрій; ГИН - генератор імпульсних напружень; Н - навантаження.

ЗУ складається з регулятора напруги (РН), високовольного трансформатора (ВТ) і схеми випрямляння (СВ) (мал. 1.3.). Часто ВТ і СВ виготовляються єдиним блоком.

Рис. 1.3. однополупериодная зарядна схема

Регулятор напруги призначений для отримання напруження в заданих межах. Крім того, він може виконувати додаткові функції - захищати елементи генераторної установки від аварійних режимів і перевантажень. Всі регулятори працюють за єдиним принципом. Напруження генератора залежить від трьох чинників - частоти обертання його ротора, амперажу навантаження і величин магнітного потоку, що створюється обмоткой збудження, який залежить від амперажу в цій обмотке. Будь-який регулятор напруги містить чутливий елемент, що сприймає напруження генератора, елемент порівняння, в якому напруження генератора порівнюється з еталонною величиною, і регулюючий орган, що змінює ампераж в обмотке збудження, якщо напруження генератора відрізняється від еталонної величини [5]. У зарядній схемі ГИН використовується регулятор напруги маркиРН 3-250-33.

Джерело високого напруження являє собою стандартнийвисоковольтний джерело типу УВ-160-2,5зі наступними основними характеристиками: мережа - 220В, частота - 50 Гц, фаза 1, Рпотр.-0,8кВа, найбільше випрямляння напруження до 160 кВ, найбільше випрямляння струму 2,5 мА, коеф. пульсації-10%. Схема вУВ-160-2,5представлена на мал. 1.4

Ріс.1.4. Схема високовольтного джерела типу УВ-160-2,5

Технічні характеристикивисоковольтного джерела. Технічні характеристики, що пропонуються виготівником джерел живлення, звичайно містять інформацію про вхідні і вихідні напруження, стабілізації виходу, пульсаціях і нестабільності виходу. Технічні характеристики викладені в перерахованому нижче порядку: вхідне напруження; вихідне напруження; вихідний струм; пульсації; нестабільність; накопичена енергія; імпульсний режим; стабілізація по мережі; стабілізація по навантаженню; динамічна стабілізація; КПД енергопреобразования [6.7].

1.2 Аналіз розрядного контура

Повна схема заміщення розрядного контура ГИН представлена на мал. 1.5 а.

Рис. 1.5. Схеми заміщення розрядного ланцюга

В цій схемі С1- ємність генератора в розряді; R1- сумарний активний опір розрядного ланцюга ГИН і заспокійливих опорів для придушення високочастотних коливань в розрядному ланцюгу; R2- розрядний опір, призначений для регулювання тривалості імпульсу; С2- сума ємності об'єкта, паразитної ємності ГИН і ємності, що спеціально включається для регулювання тривалості фронту імпульсу; L1и L2- індуктивність елементів ГИНа і петлі приєднання об'єкта до ГИНу [8].

Наявність індуктивності в розрядному ланцюгу ГИНа приводить до виникнення коливань і спотворення форми апериодического імпульсу і в той же час ускладнює розрахунок генератора. Відповідно до вимоги на стандартний грозовий імпульс напруження допускається накладення коливальної становлячої не більш 5% від амплітуди імпульсу. Відсутність коливань досягається при умові:

(1.1)

При виконанні цієї умови впливом індуктивності можна нехтувати і схема заміщення спрощується і приймає вигляд, показаний на мал. 1.5 би.

Задовільні результати розрахунку можуть бути отримані при використанні більш простих схем заміщення (мал. 1.4), отриманих з повної схеми заміщення при умовах: RФ=0 (мал. 1.5 а) і R1=0 (мал. 1.5 би).

Рис. 1.6. Схеми заміщення розрядного ланцюга

Ці схеми відрізняються один від одного коефіцієнтом використання розрядної схеми ГИН. Для подальших розрахунків приймаємо схему, показану на (мал. 1.6, а).

Для схем мал. 1.6 би і мал. 1.6 а вимірювання напруження на виході (U2) дається диференціальним рівнянням другого порядку.

(1.2)

Н і l - коефіцієнти, що залежать від параметрів схеми. Рішення цього рівняння відносно U2имеет вигляд:

(1.3)

Р1і Р2- коріння характеристичного рівняння; А-постійна інтегрування, яка може бути визначена з граничних умов при t =0

Для схеми мал. 1.6 а вони запишуться так:

(1.4)

n - число рівнів ГИН, Uо- зарядне напруження рівня.

(1.5)

Таким чином, напруження на виході ГИН описується вираженням [9,10]

(1.6)

1.3 Зв'язок параметрів імпульсу напруження з параметрами розрядного контура ГИН

Згідно з визначенням тривалості стандартного імпульсу можна записати рівняння (4) у вигляді:

(1.7)

tи- тривалість імпульсу, T1и T2- постійні часу. (P1= 1/T1и P2= 1/T2). Оскільки для стандартних імпульсів T1 > > T2, то можна в першому наближенні допустити, що друга експонента практично рівна нулю, і вираження (1.8) має вигляд:

(1.8)

Якщо нехтувати затуханням першої експоненти протягом тривалості фронту імпульсу, що справедливо для стандартних імпульсів, то значення постійною інтегрування А, з деяким допущенням, можна прийняти рівним амплитудному значенню А = U2max. Тоді вирішуючи рівняння (1.7) відносно tи, отримаємо вираження, яке зв'язує тривалість імпульсу з параметрами розрядного контура ГИН:

tи~ 0.69 T1T1~ (R1+ R2)·(C1+ C2) (1.9)

Згідно з визначенням тривалості фронту імпульсу для стандартної хвилі можна записати співвідношення:

(1.10)

(1.11)

t1и t2- значення часу, коли напруження імпульсу досягає відповідно 0.3 і 0.9 від амплитудного значення.

Нехтуючи затуханням першої експоненти в межах тривалості фронту імпульсу і вважаючи першу експоненту рівній одиниці, що справедливо при T1 > > T2, отримаємо

Оскільки (t2-t1)~0.6, то тривалість фронту визначається як:

tф= 3.25 T2, (1.12)

Аналізуючи вираження (1.6), відмітимо, що різниця експонент в ньому залежить тільки від співвідношення тривалості фронту і тривалості імпульсу напруження. Цю різницю прийнято вважати коефіцієнтом використання хвилі напруження по амплітуді (hв). Максимальне значення цього коефіцієнта може бути отримане з вираження:

(1.13)

P1и P2- коріння характеристичного рівняння.

Співвідношення з рівняння (1.7) прийнято називати коефіцієнтом використання розрядної схеми по напруженню (). Його значення, виражене через параметри розрядного контура ГИН, яке виходить заміною P1и P2через Т1и Т2, відповідно [11]:

(1.14)

Таким чином, в даній частині курсовій роботі приведені основні формули, які використовуються в розрахунках роботи генераторів імпульсних напружень.

2. Розрахунок основних частин схеми і елементів ГИНа

2.1 Визначення максимального значення коефіцієнта використання розрядної схеми і постійних часу експонент

При розрахунку ГИН необхідно вийти з максимально можливого коефіцієнта корисної дії розрядної схеми ГИН, який рівний твору коефіцієнтів використання хвилі і схеми. Коефіцієнт хвилі, що залежить тільки від співвідношення фронту і тривалості імпульсу, визначається даними завдання. Максимальне значення коефіцієнта використання схеми, що залежить тільки від співвідношення С2і С1, можна отримати, вирішуючи спільно рівняння (1.10), (1.13), (1.14).

(2.1)

Постійні часу T1 і T2, вхідні в це рівняння, визначають з співвідношень (1.9) і (1.10):

T1= tи/ 0.69; T2= tф/ 3.25 (2.2)

Розрахунковий коефіцієнт розрядної схеми ГИН повинен бути не менше за 0,95 від максимально можливого для заданих параметрів імпульсу. Мінімальне і максимальне значення відношення С2/С1задаем в межах (0,025 - 0,5), а крок зміни цього співвідношення порядку 0,001.

Визначення hсхи С2/С1осуществляем за допомогою програми MathCad на ЕОМ. (Додаток А). Для рішення на ЕОМ необхідно ввести позначення елементів рівнянь (1.16) і (1.17) для складання програми.

(2.3)

(2.4)

З додатку А видно, що максимальне можливе значення коефіцієнта hсхmax= 0.845. Для цього значення оптимальне відношення ємностей С2/С1=0.08.

2.2 Розрахунок коефіцієнта використання імпульсу напруження і допустимих меж зміни співвідношення С2/С1

В більшості випадків неможливо використати при розрахунку ГИН максимальне значення коефіцієнта використання схеми. Це пов'язано, з одного боку з тим, що скрутно точно визначити паразитну ємність генератора, з іншого боку, підібрати необхідну ємність конденсаторів ГИН з номенклатури що випускаються промисловістю. Тому задається мінімально допустиме відхилення коефіцієнта використання схеми від максимального значення його і визначається допустимий розкид зміни відношення ємностей ГИН і навантаження. Розрахунок ведеться з допомогою ЕОМ (Додаток А).

(2.5)

Відношення ємностей ГИН С2/С1меняем, так щоб hсхне був менше мінімального.

Отримуємо (Додаток): (С2/С1)max= 0.160 і (С2/С1)min= 0.062.

Розрахунок коефіцієнта використання хвилі hвведется по формулі (1.14). Початковими даними служать T1и T2- постійні часу, Р1і Р2- коріння характеристичного рівняння.

З виразів Р1= 1 / T1и P2= 1 / T2находим Р1и Р2:

Таким чином, отримали коефіцієнт використання хвилі рівним 0.966.

2.3 Розрахунок розрядної схеми ГИН

Розраховуються основні параметри генератора: число рівнів ГИН N; ємність конденсатора СК; розрахункове значення коефіцієнта схеми hсхи співвідношення С2/С1; опору розрядної схеми ГИН R1и R2; величина вихідного напруження ГИН.

З розрахунку (Додаток А) С2/С1= 0.08, тоді

С1= С2/ 0.08 = 540 ·10-12/0.08= 6.75 нФ

С1- розрядна ємність ГИН, ця ємність повинна відповідати максимальному значенню коефіцієнта схеми.

Початковим рівнянням для розрахунку є:

UзарГИН= 0.9 NhвhсхmaxUЗ (2.6)

Uз = 40 кВ - зарядне напруження ГИН,

N - число рівнів ГИН.

Визначаємо мінімальне число рівнів ГИН:.

(2.7)

т. до. число рівнів не може бути дробовим, округляємо його до найближчого цілого значення, т. е. приймаємо N=7, чому саме 7, справа в тому, що максимальне значення енергії, можливо, отримати тільки у разі того, коли Сгин= Сдфл, Сдфл- ємність двійчастої формуючої лінії, яка в цьому випадку є навантаженням. Якщо є 8 рівнів согласовка Сгин= Сдфлотсутствуєт, тому при розрахунках прибирають 1 рівень і розробляю ГИН, який містить 7 рівнів.

Тоді необхідна ємність конденсатора

Ск=С1·N=6,7·10-9·7=0.047мкФ

Вибираємо конденсатор типу К75-74, з ємністю СК= 0,047мкФ [11,12].

Чому саме такі конденсатори? По-перше, дуже компактні і габарити конденсатора зручні (довжина 24 см, ширина 6см). По-друге, індуктивність конденсаторів дуже низька біля 100нГн. По-третє, струми витоки невеликі внаслідок мінімального опору і, в-четвертих, здатні накопичувати високу питому енергії і пропускати досить великі струми.

Конструкція конденсатора: в циліндричних корпусах з полімерних матеріалів з разнонаправленними висновками. На мал. 2.1. представлене креслення конденсатора К75-74 з основними параметрами:

Ріс.2.1. Конструктивний вигляд конденсатора К75-74

Визначимо, чи входить відношення в інтервал:, т. е..

0.062 < 0.08 < 0.160 бачимо, що відношення входить в інтервал, тому приймаємо число рівнів ГИН N=7 і розрядну ємність ГИН С1= 6.7·10-9Ф.

По формулі (2.1) розрахуємо коефіцієнт схеми:

> 0.95·, т. е. 0.844 > 0.762 - умова виконується

По формулі (2.6) розрахуємо напруження ГИН, що видається:

UвихГИН= 0,9·N·hв·hсхmax·UЗ= 0.9 ·9·0.966·0.829· 40 = 230 кВ.

тобто те, що заданно (UзарГИН=250 кВ) добре співпадає з тим, що було розраховано.

Перетворювавши рівняння (1.13) і (1.15) отримуємо вираження для визначення фронтового і розрядного опорів відповідно:

(2.8)

(2.9)

Визначимо фронтовий і розрядний опори:,

де 0.08 = С2/С1полученное за допомогою програми MathCAD.

2.4 Розрахунок розрядного контура на апериодичность

Для перевірки розрядного контура на апериодичность необхідно оцінити індуктивність розрядного контура генератора (Lг), яка повинна бути менше або рівна еквівалентній індуктивності (Lе). Еквівалентна індуктивність визначається з умови відсутності коливань в розрядному контурі, яка має вигляд:

R1³Rкр=2, де Се=С1·С2/(С1+С2) (2.10)

При випробуванні ізоляції, відповідно до вимоги ГОСТ, допускаються коливання з амплітудою не більше за 5% від амплітуди імпульсу напруження. З урахуванням цієї умови (2.24) можна записати як:

R1³ 0.69·Rкр=1.38· (2.11)

Тоді величина еквівалентної індуктивності, при якій в контурі будуть коливання з допустимою амплітудою, визначається як:

Lе£0.525·Се·R12(2.12)

Індуктивність генератора можна представити сумою індуктивності:

Lг= Lпр+ N1Lк+ N2*Lразр (2.13)

Де Lпр- індуктивність проводу; Lк- індуктивність конденсатора;

Lразр- індуктивність розрядного проміжку; N1- кількість конденсаторів;

N2- кількість розрядників.

Lпр=2*10-7l ((ln 2l/r)-0.75), де l - довжина проводу приблизно 3 м, r-радіус проводу, його знаходимо з того що s=4мм2значит r= 1,1*10-3м

Lпр=2*10-7*3 ((ln 2*3/1.1*10-3)-0.75)=4.3 мкГн;

Lпр=4.3 мкГн - індуктивність проводу;

Опір проводу R=l*ρ/s, де ρ - питомий опір міді 0,0167 Ом*мм2/м, l - довжина проводу, s- поперечний перетин проводу.

R=0,012 Ом

Розраховуємо Lразр, т. е. Lискрииспользуя формулу для розрахунку індуктивності проводу:

Lпр=2*10-7l ((ln 2l/r)-0.75), де l - довжина проводу в задачі, що розглядається це довжина іскряного каналу приблизно 0.01 м, r-радіус проводу - радіус каналу іскри r= 0.5*10-3м [9]

Обчислюємо:

Lразр=2*10-7*0,01*((ln2*0,01/0,5*10-3)-0.75)=5.8 нГн

Lразр- індуктивність розрядного проміжку, або Lискри

Lк- індуктивність конденсатора. Переглянувши ряд довідників, книг і сайтов в інтернеті індуктивність конденсаторів не була визначена, тому при розрахунках бралася оцінне значення індуктивності 100нГн. конденсатори

Таким чином, ємність генератора:

Lг= 4.3*10-6+7*100*10-9+7*5.8*10-9=4,6*10

Lг= 4.6 мкГн - індуктивність ГИНа

Lе=1*10-4- еквівалентна індуктивність

Порівняємо Lг= 4,6 мкГн - індуктивність ГИНа і Lе=1*10-4- еквівалентна індуктивність, Lе > Lг, отже, умова виконується, і допустимі коливання не перевищують 5% від амплітуди імпульсу напруження.

Генератор імпульсних напружень параметри, якого розраховувалися вище, в НДІ ВН в лабораторії №1 був розроблений в 2000 р. Є осциллограмми, отримані при роботі ГИНа в режимі короткого замикання, неодруженого ходу, стабільної роботи ГИНа. Використовуючи деяку осциллограмми можна розрахувати деякі реальні значення параметрів ГИНа.

При режимі КЗ (коротке замикання) отримана осциллограмма з допомогою, можна розрахувати індуктивність Lг:

Ріс.2.2. Режим короткого замикання ГИНа

В режимі КЗ період коливань

(2.13)

де С1= Ск/7 = 6.7 нФ. Звідси індуктивність ГИНа

С1- розрядна ємність ГИН; Ск- ємність конденсатора.

Визначимо f - частоту коливань використовуючи наступну осциллограмму:

Ріс.2.3. Залежність амплітуди сигналу від частоти для ГИНа тоді

Якщо порівняти значення Lгполученное з режиму КЗ і розрахованого по формулі

Lг= Lпр+ N1Lк+N2Lразр,

то можна зробити висновок про те, що значення індуктивності генератора, отримане при розрахунку цілком відповідає і реальне значення індуктивність.

2.5 Вимірювання струму і напруження ГИНа

Для визначення струму ГИНа використовується пояс Роговського, схема якого представлена на мал. 2.4.:

Ріс.2.4. Зображення пояса Роговського

Пояс Роговського використовують для вимірювання імпульсних струмів в провідниках і в пучках заряджених частинок. Пояс Роговського являє собою довгий замкнений соленоїд довільної форми з рівномірно намотаною обмоткой. Принцип його роботи заснований на реєстрації магнітного поля, що створюється струмом, що вимірюється I0(t).

Ріс.2.5. Еквівалентна схема пояса Роговського

При виконанні умови ωRнС < < 1 впливом паразитної межвитковой ємності обмотки ПР можна нехтувати.

Тоді з другого рівняння Кирхгофа зміна струму в навантаженні рівна:

(2.14)

Для імпульсу струму з лінійно зростаючим струмом

де τ - тривалість імпульсу.

Потім

(2.15)

(2.16)

Цей режим роботи ПР називаетсярежимом трансформатора струму.

Індуктивність обмотки ПР рівна:

(2.17)

де S - площа перетину обмотки, l- довжина сердечника, μ - магнітна проникність сердечника.

При зворотному співвідношенні

Реалізовується режимконтура ударного возбужденияи з рівняння:

Перетворюємо:

У цьому випадку струм, що вимірюється рівний:

Ріс.2.6. Пояс Роговського із зворотним витком

Для вимірювання напруження на ГИНе використовують рідинної дільник напруження:

Рис. 2.7. Схема рідинного дільника напруження

Еквівалентна схема дільника представлена на мал. 2.8.

Рис. 2.8. Еквівалентна схема рідинного дільника напруження

Розглянемо, де розташований дільник, на жаль, докладний опис основних частин дільника невідомі.

Ріс.2.9. Схема імпульсного електронного прискорювача ТЕУ-500 з основними елементами

Розглянемо калібрування дільника, звернемося до схеми, по якій проводилося калібрування:

Ріс.2.10. Схема калібрування рідинного дільника

На малюнку рідинної дільник представлений як дільник ДФЛ, з генератора ГЗИ-6 подаємо напруження на дільника U1- вхідне напруження і U2- вихідне напруження. За допомогою осцилографа фіксуємо значення U1и U2, отримуємо наступну осциллограмму:

Ріс.2.11. Осциллограмми напруження на вході і виході дільника ДФЛ

Потім за допомогою програми Origin8 визначаємо значення U1и U2, а також визначаємо коефіцієнт ділення До= U1/ U2, До= 1050 ± 1%

Таким чином, використовуючи вище приведені вирази, і обчислення був розрахований генератор імпульсних напружень, який зібраний по схемі Аркадьева-Маркса. Подібні генератори імпульсних напружень широко використовується практично у всіх прискорювачах в лабораторії №1 НДІ ВН.

3. Констуктивное виконання ГИНа

На мал. 3.1. показаний зовнішній вигляд ГИНа.

Ріс.3.1. Конструкція генератора імпульсних напружень

Весь об'єм корпусу (1 на мал. 3.1.) ГИНа заповнений азотом при тиску 1,5 атм. Азот використовується головним чином як ізолятор, а також енергія іонізації у азоту більше, ніж на приклад у повітря і внаслідок цього збільшується значення зарядного напруження і швидше відбувається пробою. Корпусі виготовлений з сталі, на ньому розташовані дві стойки (3 на мал. 3.1.) з капролона. Капролон - полімер, призначений для виготовлення механічною обробкою виробів конструкційного і антифрикційного призначення. Стійкий до впливу углеводородов, масел, спиртів, кетону, ефірів, лугів, і слабих кислот.

На стойки кріпляться за допомогою спеціальних хомутів і шпильок розрядники і конденсатори (5 і 6 на мал. 3.1), крім цього всередині стойки розташовані зарядні опори марки ТВО-20 (7 на мал. 3.1).

З метою зменшення екранування і можливості виникнення пробоїв кінці кріплень, на які кріпляться конденсатори, виготовлені у вигляді куль (4 на мал. 3.1).

Мідний провід (2 на мал. 3.1). довжиною 3м і призначений для того, щоб передати імпульс напруження, отриманий в ГИНе на навантаження (ДФЛ).

Генератор працює в режимі із зовнішньою синхронізацією, т. е напруження спрацювання розрядників більше, ніж напруження до якого заряджаються, а для спрацювання генератора в перший рівень включений керований розрядник тригатрон, що представляється собою з вбудованим у всередину електродом на який зі зовнішнього джерела подається напруження. Розрядники мають цікаву форму: куля, вміщена в склянку, справу в тому, що конструктивно розрядник розроблений, так щоб кулі могли переміщатися, обертатися навколо своє осі в склянці і тим самим можуть чиститися від різних окислень і зменшувати ерозію своєї поверхні.

Конструктивне розташування елементів і розміри ГИНа приведені в додатку Були розраховані кількісні значення елементів ГИНа: значення коефіцієнтів використання розрядної схеми і хвилі; ємність і індуктивність конденсатора (із значення ємності конденсатора був вибраний тип конденсатора К75-74 для використання в ГИНе); кількість рівнів; фронтовий і розрядний опори. Проведений розрахунок розрядного контура на апериодичность. Описані зарядні пристрої (регулятор напруги і високовольтне джерело), а також пояс Роговського, який застосовується для вимірювання струму на виході ГИНа і рідинної дільник напруження, який фіксує значення напруження на виході ГИНа.

Для розрахунку вище перерахованих елементів надавалися початкові дані ГИНа, який використовується як первинне джерело утворення електронного пучка в прискорювачі ТЕУ-500 в лабораторії №1 в НДІ ВН. Порівнюючи значення, отримані при розрахунку і реальні значення можна зробити висновок, що розрахунок зроблений грамотно і відповідає реальним значенням елементів генератора імпульсних напружень, зібраного по схемі Аркадьева-Маркса.

Список використаної літератури

1. Диденко А. Н., Грігорьев В. П., Вусів Ю. П. Мощние електронні пучки і їх застосування. - М., Автоміздат, 1977. - 280с.

2. Смирнов С. М., Терентьев П. В. Генератори імпульсів високого напруження. - М.: Енергія, 1964. - 239с.

3. Авруцкий В. А., Кужекин И. П., Чернов Е. Н. Іспитательние і електрофизические установки. Техніка експерименту. М.: МЕИ, 1983.-264с.

4. Альбертинский Б. И., Свіньін М. П. Каськадние генератори - М.; Атомиздат, 1980 р. - 93с.

5. Бажанов С. А., Воськресенський В. Ф. Профілактічеськиє випробування обладнання високого напруження - М.; Енергія, 1977 р.- 288с.

6. Богатенков И. П. Генератор імпульсних напружень. - С-Пб., АНО, 1999 р.-262с.

7. Бистров Ю. А., Іванов С. А. Уськорітельная техніка і рентгенівські прилади. - М.: Висш. шк, 1983. - 288с.

8. І. П. Кужекина. Випробувальні і електрофизические установки, техніка експерименту. - М.; МЕИ, 1983 р. - 263с.

9. Ларионов В. П., Базуткин В. В., Сергія Ю. Г. Техника високих напружень. - М.; Енергоиздат, 1982 -296 з.

10. Костенко М. В. Техника високих напружень. - М.; Вища школа, 1973 р. - 528с.

11. Леонтьев Ю. Н. Високовольтние випробувальні і електрофизические установки. Високовольтні вимірювання. - Томськ. ТПУ, 1993 р.-93 з.

12. Баумштейна И. А., Хомякова М. В.. Довідник по електричних установках високого напруження. - М.: Енергія, 1981.-656 з.

ДОДАТКИ

Додаток А

оптимальне відношення ємностей

Додаток Би