В. В. Титков техника высоких напряжений высоковольтные испытания и измерения учебное пособие
 Скачать 6.21 Mb.
|
Определить зависимость длительности) фронта импульса и коэффициента использования ГИ Нот значения номинала фронтового и демпферных резисторов) импульса и коэффициента использования ГИ Нот сопротивления разрядных резисторов) фронта импульса и коэффициента использования ГИ Нот фронтовой емкости) импульса и коэффициента использования ГИ Нот емкости его конденсаторов. Рассчитать форму импульса для учебного ГИН. 2.1.2. Пояснения к работе Генераторы импульсных напряжений — одни из основных установок высоковольтных лабораторий. Они предназначены для воспроизведения импульсных воздействий грозового характера на изоляцию высоковольтного оборудования. Согласно ГОСТ 1516.2—97, длительность фронта стандартного грозового импульса Гф определяется как время, превышающее в 1,67 раза интервал времени между моментами, когда возрастающее напряжение составляет 30 и 90 % своего максимального значения — 1,2 +0,36 мкс. Длительность такого импульса Тп определяется как интервал времени между условным началом импульса, определяемым по точке пересечения прямой, проведенной через точки на кривой импульса 30 и 90 % максимального значения, с осью времени и моментом, когда напряжение понизилось до половины максимального значения ТИ = 50 +10 мкс. Одна из наиболее распространенных принципиальных схем двухполупериодных многоступенчатых генераторов импульсных напряжений показана в верхнем левом углу на рис. 2.1. В этой схеме R0, R, R l, R3 — зарядные, разрядные, демпферные и фронтовой F o rn > 2 - . Ш Ы Ш u Рис. Схемы Г И Н со справочными данными резисторы, соответственно С — конденсаторы ГИН, С — фронтовая емкость и F — шаровые разрядники. Расчет разрядного режима многоступенчатого генератора импульсных напряжений с использованием этой схемы — достаточно сложная задача даже при применении вычислительной техники. Однако, если пренебречь влиянием паразитных емкостей элементов ГИН и предположить, что зарядные напряжения конденсаторов всех ступеней одинаковы, то схема многоступенчатого генератора импульсных напряжений может быть приведена к эквивалентной схеме, показанной в верхнем правом углу на рис. 2.1. Результаты расчета кривой выходного напряжения по этой схеме хорошо согласуются с экспериментальной кривой. На этом рисунке под схемами приведены справочные данные по конденсаторам ГИН (слева, вызывается нажатием на кнопку Си конденсаторам, из которых формируется фронтовая емкость (справа, вызывается кнопкой С. Ниже указаны требования к резисторам (вызывается нажатием кнопки “R?”). Справочные данные автоматически закрываются при нажатии левой клавиши мыши на кнопку “ОК”. Связь между параметрами принципиальной и расчетной схем определяется соотношениями С] = С/п, Г = R x пл Яд R + 2 R q R4 + 4 R R 4 3 3 2 где п — число конденсаторов ГИН. Зарядное напряжение конденсатора сх в расчетной схеме равно зарядному напряжению первого конденсатора С ГИН (см. принципиальную схему, помноженному на число конденсаторов / — паразитная индуктивность разрядного контура. Определение зависимости длительности фронта импульса и коэффициента использования генератора импульсных напряжений от фронтового и демпферных резисторов Определение зависимости длительности фронта импульса и коэффициента использования ГИ Нот фронтового и демпферных f° »" 2 , ________ ___ И Е Ш : Р и с 2 .2 О к нора счета резисторов осуществляется с помощью программы gin.exe. Программа размещена в директории C:\LabWin. После запуска программы на экране дисплея появляется окно-заставка, в котором показаны одна из конструкций ГИН, логотип кафедры и две кнопки управления программой — Г И Ни “Конец”. При нажатии левой клавиши мыши на кнопке Г И Н ” появляется окно расчета (рис. Выполнение данного раздела работы рекомендуется начать с параметрами принципиальной схемы, приведенными в соответствующих окнах ввода данных, расположенных справа от обозначения элемента схемы. Нажатие левой клавишей мыши кнопки “ОК” запускает программу на расчет, в результате чего в утопленных окнах (см. рис. 2.2) рисуются кривые напряжения на выходе ГИН: на емкости с (черная на экране, верхняя на рисунке) и на последовательно соединенных его конденсаторах на емкости с, красная на экране, нижняя на рисунке. Эти кривые напряжения построены в относительных единицах, причем левые — для определения длительности фронта, а правые — для определения длительности импульса. Кроме того, в левом окне приводятся построения длительности фронта импульса и на уровне “ 1” — пределы длительности фронта, а в правом на уровне “0 ,5 ” — пределы стандартной длительности импульса. Для получения зарядного напряжения конденсаторов ГИН следует максимальное значение испытательного импульсного напряжения поделить на коэффициент использования и число конденсаторов ГИН. Данное расчетное окно рекомендуется вывести на печать для оформления отчета. Для этого необходимо включить принтер и нажать левой клавишей мыши на кнопку “P rin t” . Если принтер неготов к работе, тона экран выводится общепринятое сообщение системы Windows, которыми нужно руководствоваться. Для получения зависимости длины фронта импульса и коэффициента использования от сопротивления фронтового резистора следует провести два аналогичных расчета. Первый при увеличенном и второй приуменьшенном в 2 раза сопротивлении по сравнению со значением, при котором обеспечивалась стандартная длительность фронта импульса. При этом нужно следить зд тем, чтобы значения сопротивлений соответствовали ряду сопротивлений Е. Для изменения сопротивления фронтового резистора R3 необходимо подвести курсор мыши на белое окно правее обозначения R3, нажать левую клавишу мыши и с клавиатуры ввести соответствующее значение. Проведение нового расчета осуществляется нажатием левой клавишей мыши на кнопку “ОК” . Значения длительности фронта импульса и коэффициент использования следует записать для оформления этих зависимостей. Для получения зависимости длины фронта импульса и коэффициента использования от сопротивления демпферных резисторов рекомендуется установить R3 = 0,22 кОм и провести два аналогичных расчета. Первый при увеличенном и второй приуменьшенном в 2 раза сопротивлении Л, по сравнению со значением, при котором обеспечивалась стандартная длительность фронта импульса (2?j = 0,03 кОм) при тех же требованиях к резисторам. Определение зависимости длительности импульса и коэффициента использования генератора импульсных напряжений от сопротивления разрядных резисторов Для определения зависимости длительности импульса и коэффициента использования ГИН от сопротивления разрядных резисторов кроме расчета по параметрам, приведенного на рис. 2.2, необходимо выполнить еще два расчета. Первый приуменьшенном сопротивлении резистора R примерно на 1 кОм, а второй при увеличенном сопротивлении также приблизительно на 1 кОм. При этом значения вводимых сопротивлений должны соответствовать ряду Е. Определение зависимости длительности фронта импульса и коэффициента использования генератора импульсных напряжений от фронтовой емкости Для определения зависимости длительности фронта импульса и коэффициента использования ГИН от фронтовой емкости, кроме расчета, приведенного на рис. 2.2, необходимо выполнить еще два расчета при изменении емкости С примерно в 2 раза в большую и меньшую стороны. При этом вводимая емкость должна соответствовать емкости конденсаторов, справочные данные о которых выводятся нажатием кнопки С. Определение зависимости длительности импульса и коэффициента использования генератора импульсных напряжений от емкости его конденсаторов Для определения зависимости длительности импульса и коэффициента использования ГИ Нот емкости его конденсаторов, кроме расчета, приведенного на рис. 2.2, следует выполнить еще два расчета при изменении величины емкости С примерно в 2 раза в большую и меньшую стороны. При этом вводимая емкость должна соответствовать емкости конденсаторов, справочные данные о которых выводятся нажатием кнопки С . 2 .1 .7. Расчет формы импульса выходного напряжения учебного генератора импульсных напряжений Упрощенная принципиальная схема учебного генератора импульсных напряжений представлена на рис. 2.3. Параметры схемы С — 140 нФ , i?0 = 12 кОм, С = Д нФ , R2 = 13 кОм, R 3 = 10 кОм, R = 550 Ом и Л, = 61 Ом, число конденсаторов — Для расчета формы импульса в боксе Вариант (см. рис. 2.2) выбрать Однополупериодный, в окнах ввода данных ввести указанные параметры и нажать кнопку “ОК”. Полученный результат следует вывести на печать для оформления отчета. R з Рис. 2.3. Принципиальная схема учебного Г И Н 2.1.8. Требования к отчету Отчет должен содержать: а) распечатки расчетных окон двухполупериодной схемы зарядки и учебного ГИН; б) таблицы зависимостей длительностей фронта, импульса и коэффициента использования ГИН от фронтового сопротивления, фронтовой емкости, сопротивления разрядных резисторов и емкости конденсаторов; в) выводы по работе. Генератор коммутационных импульсов напряжения. Программа работы. Выбрать параметры генератора коммутационных импульсов напряжения для получения стандартного коммутационного им пульса: а) апериодического “250/2500” на основе генератора импульсных напряжений; б) колебательного “4000/7500” на основе испытательного трансформатора при возбуждении его первичной обмотки от двух встреч- новключенных колебательных контуров; в) колебательного “4000/7500” на основе испытательного трансформатора при возбуждении его первичной обмотки от колебательного контура, встречновключенного к контуру апериодического разряда конденсаторной батареи. Выбрать параметры схемы для испытания внутренней изоляции силового трансформатора индуктированным напряжением коммутационного импульса “20/500”. 2.2.2. Пояснения к работе Для испытания изоляции электрооборудования, согласно ГОСТ 1516.2—97, применяются апериодический и колебательный, затухающий около нулевого значения или вокруг составляющей более низкой частоты, коммутационные импульсы напряжения (рис. 2.4). Время подъема Тп определяется как интервал времени между мо- Рис. 2.4. Формы коммутационных импульсов а — апериодический 6 — колебательный, затухающий около нулевого значения в — колебательный, затухающий вокруг составляющей более низкой частоты ментами, когда напряжение равно нулю и когда оно достигает максимального значения длительность импульса Ги определяется как интервал между началом подъема и моментом, когда напряжение снизилось до половины максимального значения. Параметры стандартного апериодического коммутационного импульса “250/2500” (см. риса время подъема Тп = 250 ± 50 мкс; длительность Ги = 2500 ± 500 мкс; допуск на максимальное значение испытательного напряжения ±3 Этим импульсом может проводиться испытание всех видов изоляции классов напряжения до 500 кВ включительно. Допускается применение апериодических импульсов “ 100/2500” , “500/2500” и “ 1000/5000” с допусками на время подъема +20 %, длительность ±60 % и максимальное значение ±3 Параметры стандартного колебательного коммутационного импульса “4000/7500” (см. рис. 2.4, б применяемого для испытания газовой изоляции, испытываемой отдельно от внешней или нейной изоляции, в том числе гирлянд изоляторов: время подъема Тп — 4000 ± 1000 мкс; длительность Ги = 7500 ± 2500 мкс; допуск на максимальное значение испытательного напряжения ±3 Допускается применение импульса “ 100/1000” для испытания газовой изоляции, испытываемой отдельно от внешней и внутренней изоляции силовых трансформаторов, и импульса “20/500” — для внутренней изоляции шунтирующих реакторов и силовых трансформаторов. Полярность импульса определяется полярностью первого полупериода. При испытании внутренней изоляции силовых трансформаторов, трансформаторов напряжения и шунтирующих реакторов длительность импульса Ги равна интервалу времени между началом подъема и первым переходом напряжения через нулевое значение. При испытании объектов, представляющих собой емкостную нагрузку (выключатели, разъединители, трансформаторы тока, опорные изоляторы, гирлянды изоляторов и т. д) ГОСТ 1516.2-97 рекомендует в качестве источников апериодических коммутационных импульсов использовать генераторы импульсных напряжений (см. рис. 2.1) при соответствующем изменении сопротивлений резисторов R0, R, Я : и Я выходной емкости С, а в некоторых случаях и емкости конденсаторов С ГИН для получения необходимой формы коммутационного импульса напряжения. При испытании объектов колебательным коммутационным импульсом напряжения рекомендуется применять схемы на основе испытательного трансформатора или каскада трансформаторов Апериодический импульс “250/2500” на основе генератора импульсных напряжений Параметры генератора коммутационных импульсов выбираются с помощью программы gik.exe, размещенной в директории C:\LabWin. После запуска программы на экране дисплея появляется окно-заставка с общим видом каскада трансформаторов на 2,25 МВ, логотипом кафедры и четырьмя кнопками управления программой “ГИ Н ”, Транс, Исп. транс и Конец. Левой клавишей мыши следует нажать на кнопку “ Г И Н ” . Появляется расчетное окно (рис. 2.5), в котором представлены в левом верхнем углу принципиальная схема, правее от нее — окна с параметрами, в верхнем правом углу — расчетная схема, ниже ее — расчетные параметры, ниже этих схем — бокс для установки времени наблюдения, внизу — утопленное окно для вывода расчетных кривых и еще ниже слева — координаты курсора в масштабе выводимых кривых напряжения. Вверху имеются четыре кнопки управления программой в этом окне Выход , Импульс , “ОК” и “P rint”. Кнопка Выход возвращает программу в окно-заставку, нажатие кнопки Импульс выводит внизу экрана справочный бокс параметров апериодических импульсов, где на сером фоне указан стандартный импульса на белом - импульсы, применение которых допускается. Нажатие кнопки “?”, расположенной правее бокса, вызывает окно, в котором приведены справочные данные пои с пользованию этих испытательных импульсов. Нажатие на кнопку “?” , расположенную в верхнем правом углу для вывода кривых, вызывает справочное окно, в котором даны пояснения по измерению мгновенных значений времени напряжений. Все справочные окна закрываются нажатием кнопки “ОК” или своих кнопок “X”. F o im 2 t ’ Г Ш *1 Рис Расчетное окно В процессе расчета зарядное напряжение конденсаторов (красная кривая на экране, верхняя — вначале построения на рис. 2.5) изменяется так, что независимо от параметров схемы максимальное напряжение выходного импульса (черная линия на экране, нижняя — вначале построения на рис. 2.5) имеет заданное значение, принимаемое за единицу. На кривой выходного напряжения указаны, согласно пояснениям, содержащимся под кнопкой “?”, окна вывода кривых, мгновенные значения временна максимуме импульса и на 0,5 от максимального значения. По ним время подъема Тп = 194 мкс и длительность импульса Ги = 2460 мкс, что соответствует стандарту. Для получения зарядного напряжения конденсаторов ГИН следует максимальное значения испытательного импульсного напряжения помножить назначение и о. е, и поделить на число его конденсаторов п. Для изменения параметров принципиальной схемы следует подвести курсор мыши к соответствующему окну ввода данных, нажать левую кнопку мыши и на клавиатуре набрать необходимое значение. При этом нужно следить затем, чтобы дробная часть отделялась точкой. Очередной расчет осуществляется нажатием левой клавиши мыши на кнопке “ОК”. Для оформления отчета содержимое экрана выводится на принтер нажатием на кнопку “P rin t”. Следует заметить, что кнопка “Print” становится активной только после проведения очередного расчета. Рекомендуется выводить на печать только те расчетные окна, в которых импульсы напряжения соответствуют ГОСТ 1516.2-97. 2.2.4. Колебательный импульс “4000/7500” на основе испытательного трансформатора при возбуждении его первичной обмотки от двух встречновключенных колебательных контуров Выбор параметров генератора коммутационных импульсов для получения стандартного колебательного импульса “4000/7500” на основе каскада трансформаторов FPEO 1550/750 при возбуждении их первичных обмоток от двух встречновключенных колебательных F o r m 3 ■ * Рис Расчетное окно контуров осуществляется в расчетном окне рис. 2.6, которое появляется на экране дисплея после нажатия левой кнопки мыши на кнопке Транс в окне-заставке. Это окно аналогично по содержанию окну, показанному на рис. 2.5, нов нем добавлена еще одна кнопка Транс, нажатие на которую вызывает справочные данные по некоторым каскадам трансформаторов, используемых при построении генераторов коммутационных импульсов. Н а схеме рис. 2.6, расположенной в верхнем правом углу расчетного окна, Ы , С — колебательный контур, обеспечивающий в большей степени длительность коммутационного импульса, L2, С колебательный контур, определяющий время подъема, L и СЗ в желтых окнах ввода данных на экране) — индуктивность короткого замыкания и собственная емкость испытательного каскада трансформаторов, R4 — защитный резистор и С — емкость объекта и дополнительного конденсатора. Все эти параметры приведены к низковольтной стороне испытательного каскада трансформаторов. Параметры каскада трансформаторов, емкости объекта и дополнительного конденсатора рассчитаны следующим образом. Мощность каскада трансформаторов Р = 4900 кВА, напряжение питания U = 6 кВ, напряжение короткого замыкания ик = 46 %, коэффициент трансформации К — 375, собственная частота — 600 Гц. Емкость объекта и дополнительного конденсатора, согласно ГОСТ 1516.2-97, должна быть не менее 500 пФ. Тогда индуктивность короткого замыкания и емкость трансформатора, приведенные к стороне напряжения питания ик U 2 46- Ь = — -— — = — - Р 100-490000-314 = 10 800 (мкГн 6,5 (мкФ). Емкость объекта и дополнительного конденсатора С4 > ЛГ2500• 10—12 = 3752 -500-10-12 = 75 (мкФ Кривые импульсного напряжения, представленные на рис. 2.6, соответствуют верхняя вначале построения (на экране красная) — изменению напряжения на емкости С, нижняя (белая на экране) — изменению напряжения на емкости Си средняя (черная на экране) — напряжению на первичной стороне трансформатора Т. Аналогично разд. 2.2.4 время подъема Тп = 5326 — 826 = 4500 мкс и длительность импульса Тн = 7315 — 626 = 6489 мкс. Этот импульс соответствует требованиям ГОСТ 1516.2—97 и, следовательно, нажатием на кнопку “Print” может быть выведен на печать для оформления отчета. Заметим, что существующие в программе параметры не обеспечивают стандартный импульс. Рекомендуется для отчета выбрать параметры генератора при других его емкостях, отличных от приведенных на рис. 2.6. 2.2.5. Колебательный импульс “4000/7500” на основе испытательного трансформатора при возбуждении его первичной обмотки от колебательного контура, встречновключенного к контуру апериодического разряда конденсаторной батареи Для выбора параметров генератора коммутационных импульсов для получения стандартного колебательного коммутационного импульса “4000/7500” при возбуждении первичных обмоток трансформаторов каскада от колебательного контура, встречновключен ного к контуру апериодического разряда конденсаторной батареи, необходимо в боксе Вариант (см. рис. 2.6) выбрать “L —R ” и проделать аналогичные расчеты, как в разд. 2.2.4. 2.2.6. Выбор параметров схемы для испытания внутренней изоляции силового трансформатора индуктированным напряжением коммутационного импульса При испытании трансформаторов индуктированным напряжением можно применять схемы, основанные на принципе разряда ГИН на обмотку низкого напряжения испытуемого трансформатора. Такая схема показана в верхнем левом углу расчетного окна на рис. 2.7, в которой Cl, F, L2, R2, R3, С 2 — элементы генератора импульсных напряжений, Т — испытуемый трансформатор, где а,Ь,с — обмотки низкого напряжения и А, В, С обмотки высокого напряжения. Это окно вызывается нажатием левой клавиши мыши на кнопке Исп. транс в окне-заставке. По содержанию и работе с ним > Fo »n 4 __ __ __ __ __ __ __ ■ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ _ __ __ __ __ __ __ __ ; 1Н ЕЯ Е3 Рис Расчетное окно оно аналогично приведенным ранее (см. рис. 2.5 и 2.6). Кнопкой Транс вызывается справочное окно по параметрам рекомендуемых к испытанию силовых трансформаторов высокого напряжения. В приведенной в верхнем правом углу окна расчетной схеме показан колебательный импульс напряжения, форма первого полупериода которого может быть подобрана близкой к форме апериодического импульса. Вследствие насыщения стали магнитопровода индуктивность холостого хода трансформатора зависит как от величины напряжения, таки от длительности импульса. Так как насыщение стали в программе не учтено, то форма импульса, полученная расчетным путем, может несколько отличаться от формы, получаемой в реальных испытательных схемах. Индуктивность L в расчетной схеме представляет собой индуктивность короткого замыкания силового трансформатора. Для одного из рекомендованных на класс напряжения 330 кВ трансформаторов ТЦ 1000000/330, имеющего параметры Р = 1000000 кВА, UBH = 347 кВ, UHH = 24 кВ, ик = 11 %, /0 = 0,4 %, P ^ = 480 кВт, емкость, измеренная на стороне 330 кВ, Ст = 2300 пФ, индуктивность короткого замыкания Ц2н ик 242 • б • 11 ^ Р 100- 109 - 314 = 0,202 (мГн). Приведенная индуктивность, согласно принципиальной схеме см. правый верхний угол рис. 2.7), £ = з = 0,202-2/3 = 0,135 (мГн). Приведенная емкость на сторону низкого напряжения силового трансформатора, согласно ГОСТ 1516.2—97, C = CT0,5iC2 =2300-0,5 (346/24)2 = 245 (нФ). Значение сопротивления резистора R, эквивалентирующего потери встали, равно = U 2 2 Р 3 1 X X J 242 -2 — —— — = 0,8 (кОм. 480-3 Верхняя кривая импульсного напряжения на рис. 2.7 (на экране дисплея красная) характеризует изменения напряжения на емкости Св процессе ее разряда на первичную обмотку испытуемого трансформатора, нижняя (черная на экране) — импульсное напряжение на емкости Стена первичной обмотке этого же трансформатора. П ри испытательном напряжении линейного вывода класса 330 кВ (исп = 950 кВ напряжение на емкости С (см. расчетную схему рис. 2.7) может быть рассчитано по формуле и2=иясп/к, где К — коэффициент трансформации испытуемого трансформатора. Зарядное напряжение конденсаторов ГИН (на емкости С, см. расчетную схему рис. и = и 2 ио е где Uot — зарядное напряжение в относительных единицах, при котором максимальное значение выходного напряжения генератора импульсных напряжений, те. напряжение на первичной стороне испытуемого трансформатора, равно единице. М гновенные значения времен, нанесенных, согласно ГОСТ 1516.2—97, свидетельствуют о том, что импульс является стандартными может быть нажатием на кнопку “P rin t” распечатан для оформления отчета. Требования к отчету Отчет должен содержать: а) распечатки расчетных окон; б) расчеты параметров испытательных и испытуемых транс форматоров; в) выводы по работе. Экспериментальное определение параметров генератора импульсных напряжений. Программа работы. Определить параметры импульса выходного напряжения. Измерить коэффициент использования, индуктивность разрядного контура и выходную емкость 2.3.2. Пояснения к работе Основные электрические параметры генераторов импульсных напряжений: форма генерируемого импульса (длительность фронта импульса и длительность импульса); коэффициент использования r] = Um x / U ln максимальное значение выходного импульса Umax = емкость в ударе Су = С л количество энергии, запасаемой в генераторе, W - Cyl l 2n 2 удельная энергия Kw = W/ средний градиент напряжения по высоте Ки = Umax / Н где Свых — максимальное значение выходного импульса (7, — зарядное напряжение конденсаторов первой ступени п — число ступеней С — емкость одной конденсаторной ступени V — строительный объем Я — высота генератора импульсных напряжений. Часть этих параметров — емкость в ударе, количество запасаемой энергии и удельная энергия — может быть определена расчетным путем. Длительность фронта импульса и самого импульса, коэффициент использования, максимальное значение напряжения выходного импульса, индуктивность разрядного контура и выходная емкость, представляющая собой емкости испытуемого объекта, делителя напряжения, фронтового конденсатора и собственных емкостей элементов ГИН, как правило, требуют и экспериментального определения. Определение параметров импульса выходного напряжения Параметры импульса выходного напряжения генератора определяют на установке, упрощенная принципиальная схема которой показана на рис. 2.8. На этой схеме QF, КМ, Т, КМ и P V — элементы управления. Высоковольтный трансформатор Т и высоковольтный полупроводниковый вентиль VD используются в качестве зарядной установки С — емкости ступени, состоящие из четырех конденсаторов емкостью по 35 нФ; F — искровые промежутки RQ, R1 и R3 — зарядные, демпферные и разрядные резисторы, соответственно R2 и С — отдельно стоящие разрядный резистор Рис. 2.8. Принципиальная схема Г И Ни фронтовой конденсатор являются элементами генератора импульсных напряжений. R4 и R5 представляют собой экранированный омический делитель напряжения, который используется для записи выходного импульса напряжения на осциллографе типа Си И Ш Р — измерительный шаровой разрядник с диаметром шаров 25 см для проведения градуировки делителя напряжения и осциллографа. Для определения длительности фронта импульса выходного напряжения необходимо сначала включить выключателем Сеть осциллограф Си настроить его. Для этого поставить ручку “Автостирание” в левое крайнее положение “Откл.”; ручки “© ” ив положение, при котором черная риска на ручке совпадает с красной черточкой на панели осциллографа переключатель Ярко, норм, память, накопл., форсир.” — в положение “Память”; переключатель ±, — в положение л ручкой "Ф добиться, чтобы красные светодиоды, расположенные справа от экрана, не светились переключатель Авт, ждущий — в положение Ждущий нор мально”; переключатель Внутр, сеть, внеш — в положение Сеть переключатель вч.” — в положение После того как экран станет светиться зеленым светом, последовательно нажать кнопки Стирание и “Готов”. Если горизонтальная линия на экране не сфокусирована, то при помощи ручек “ ® ” и “ ■#•” , кнопок Стирание и Готов и ручки “ ф ” добиться нормальной фокусировки луча и чтобы он был сдвинут на одно деление сетки экрана вниз по отношению к центральной линии шкалы. Далее поставить переключатели: “Время/дел.” — в положение “ 1” или дел — в положение “20”; “ хЮОО, хЮО, ХЮ, х 1” — в положение “ хЮ ”; “Внут., сеть, внеш — в положение Внеш. После проведения такой настройки следует приступить к работе по непосредственному определению длительности фронта импульса. Для этого необходимо: снять заземляющую штангу № 3 с конденсаторов ГИН и заземляющие штанги № 2 и удалить всех студентов с огражденной территории и закрыть на защелку дверь ограждения; проверить положение ручки регулятора напряжения, расположенного слева от пульта управления. Ручка должна находиться в крайнем положении при вращении против часовой стрелки; нажатием на пульте управления кнопки Контактор I ” (см. рис, QF) включить пульт управления; проверить полярность выходного импульса. Если горит сигнальная лампочка, указывающая полярность то нужно кратковременно нажать на кнопку Полярность и через некоторое время полярность изменится, и загорится сигнал “+ кнопками “Поджиг разрядника, “Увеличитьрасст.” , Уменьшить расст.” по прибору Зажигающий промежуток установить расстояние 7 -8 мм при помощи кнопок Увеличить расст.”, Уменьшить расст.” , находящихся на пульте управления в блоке кнопок Расстояние между измерительными шарами, установить расстояние между шарами измерительного разрядника 80-100 мм; при помощи светящейся кнопки Главный контактор I” включить магнитный пускатель КМ (см. рис. 2.8). При этом загорается красная кнопка Главный контактор 0” и размыкается механический заземлитель первой ступени конденсаторов; кнопкой Контакт, норм, режима I ” включить магнитный пускатель КМ2; плавно вращая почасовой стрелке ручку регулятора напряжения, увеличить зарядное напряжение до 10 кВ так, чтобы ГИН срабатывал один разв с; для получения изображения импульса на экране осциллографа нажать на кнопку Стереть , а затем перед очередным разрядом ГИ Н — на кнопку Готов и после получения изображения импульса отключить магнитный пускатель КМ нажав копку Контакт. норм, режима 1” Для отчета полученную осциллограмму импульса необходимо обработать и определить длительность фронта импульса (см. разд. Для измерения длительности импульса напряжения следует переключатель “Время/дел.” на осциллографе установить в положение “5” , включить кнопкой Контакт, норм, режима I ” магнитный пускатель КМ нажать на кнопку Стереть , а затем перед очередным разрядом ГИ Н — на кнопку Готов и после получения изображения импульса отключить магнитный пускатель КМ нажав копку Контакт, норм, режима Полученную осциллограмму импульса необходимо зарисовать на прозрачную бумагу, нанести масштабную сетку и обработать, согласно определению длительности импульса (см. разд. 2.1.2). 2.3.4. Измерение коэффициента использования Для измерения коэффициента использования следует включить магнитный пускатель КМ и кнопками Увеличить расст.” , Уменьшить расст.”, находящимися на пульте управления в блоке кнопок Расстояние между измерительными шарами , установить расстояние между шарами измерительного разрядника так, чтобы из десяти срабатываний ГИН в четырех-шести случаях произошел пробой между шарами. По прибору Зарядное напряжение, установленному на пульте управления, в момент разряда ГИН измерить напряжение на первой ступени. Затем полностью отключить и заземлить установку, согласно инструкции по технике безопасности. Измеренное напряжение и расстояние между измерительными шарами, определяемое по шкале прибора Расстояние между измерительными шарами , установленного на пульте управления, записать для оформления отчета. По диаметру измерительных шаров, расстоянию между ними и таблице (см. табл. 1.1) определить значение выходного напряжения и по формуле Г) = Uswl/Uyn вычислить коэффициент использования ГИН. 2.3.5. Измерение индуктивности разрядного контура и выходной емкости Для измерения индуктивности разрядного контура необходимо специальными проводниками закоротить демпферные резисторы R1 (см. рис. 2.8) и штангой № 4 — разрядный контур. На осциллографе С установить переключатели V / дел — в положение “5” и “ Авт. ждущий — в положение Ждущий Времядел. — в положение “2” в диапазоне “m Ярко, норм, память, накопл., форсир.” — в положение На- копл.” Включите установку также, как описано в разд. 2.3.3. Для снятия осциллограммы нажмите на кнопку Готов и после очередного разряда отключите при помощи кнопки Контакт, норм, режима I ” магнитный пускатель КМ Переключатель осциллографа Ярко, норм, память, накопл., форсир.” переведите в положение Память, получите автограф осциллограммы и полностью отключите установку Индуктивность разрядного контура рассчитайте по формуле п 2Ст где Тх — период колебаний, определяемый из осциллограммы короткого замыкания Сг - эквивалентная емкость ГИН, Сг = Ск Я где Ск — емкость конденсатора ГИН; п { — число конденсаторов на этаже п — число этажей (Ск = 0,035 мкФ, п { = 4, п = Для измерения выходной емкости снимите штангу № 4 с разрядного контура, на осциллографе переключатели дел поставьте в положение “ 10” и “ 15”, переключатель “Время/дел.” переведите в положение “0,2” , включите описанным выше способом установку, снимите и переведите на прозрачную бумагу осциллограмму. После этого полностью отключите, заземлите установку и снимите закоротки с демпферных резисторов. Выходная емкость ГИН рассчитывается по формуле С ?2 в 7]2 где Т — период колебаний, определяемый из опыта холостого хода. Требования к отчету Отчет должен содержать: а) принципиальную схему установки; б) расшифрованные осциллограммы; в) значения индуктивности разрядного контура и выходной емкости; г) выводы по работе. Получение униполярных импульсов тока в генераторе импульсных токов. Программа работы. Ознакомиться с ГИТ и измерительными цепями. Начертить эскиз контура ГИТ с указанием основных размеров 2. Рассчитать индуктивности контура ГИТ, нагрузки, закорачи вающего коммутатора по их геометрическим размерам. По полученным данным найти период собственных колебаний контура при работе на нагрузку, его волновое сопротивление, форму импульса тока при срабатывании закорачивающего ключа (в момент максимума тока в предположении, что декремент колебаний мал. Снять осциллограммы тока при работе ГИТ на нагрузку без вилитовых дисков. По осциллограммам определить период колебаний, индуктивность контура ГИТ и нагрузки, декремент колебаний, эквивалентное активное сопротивление контура, добротность (зарядное напряжение ГИТ указывает преподаватель. Снять осциллограммы тока в контуре ГИТ ив нагрузке при работе в режиме “Кроубар”. Сравнить с расчетными данными. Исследовать, как влияет на формулу импульса тока в нагрузке момент срабатывания закорачивающего разрядника. Поданным пи рассчитать размеры вилитовых дисков (5 и К необходимые для получения в нагрузке униполярного импульса тока с амплитудой / тах (указывает преподаватель) и отношением первой амплитуды ко второй, равным 3:1, в предположении, что вилиты имеют параметры а = 800 В/см‘ (А/см2)- а , а = 0,14. 6. Снять вольт-амперную характеристику вилитовых дисков и уточнить значения аи а При необходимости уточнить размеры S и h, рассчитанные в п. 5. 7. Экспериментально определить форму тока в режиме, близком крассчитанномувп. 5. Сравнить результаты эксперимента первую амплитуду / тах и отношение Гтах/ / тах 2 с расчетными. Пояснения к работе При разряде ГИТ на индуктивную нагрузку (рис. 2.9) происходит колебательный разряд, если активное сопротивление контура разряда R < 2- Щ с , где С — емкость конденсаторной батареи, L — полная индуктивность разрядного контура. М аксимальная амплитуда тока и максимальная производная тока при пренебрежении потерями энергии в R составляют Лпах - ^ 0 4 U Сип Рис. 2.9. Эквивалентная схема ГИТ с нелинейным резистором где U0 — разрядное напряжение конденсаторов ГИТ. При помощи таких ГИТ можно получить импульсные токи доб ампер и выше. Однако в ряде случаев колебательный характер протекания тока через нагрузку нежелателен. Так, например, в плазменных исследованиях для ускорения плазмы целесообразно использовать униполярные импульсы тока. Существует несколько способов получения униполярных импульсов тока при разряде ГИТ на индуктивную нагрузку. Простейший способ — использование дополнительного постоянного активного сопротивления, обеспечивающего перевод генератора из колебательного режима разряда в апериодический. При этом максимальное значение униполярного импульса тока будет при критическом режиме, те. когда Л = 2 л Д 7 с Максимальное значение тока в этом случае составляет тж { Щ К ) { 2 е При сравнении максимальной величины тока ГИТ, работающего в колебательном и критическом режимах, /шах / 'm ax кр = Щ / > Д / С ) R e / Щ 2 -= е видно, что в критическом режиме амплитуда в е = 2,7 раза меньше, чем в колебательном. Следовательно, при таком методе получения униполярных импульсов тока неэффективно используется запасаемая в ГИТ энергия. Эффективность можно несколько увеличить, если ГИТ будет разряжаться в колебательном режиме при большом затухании, например, если декремент колебаний Л будет большим А = 3—4. При этом вторая амплитуда тока в 3—4 раза меньше первой, что в некоторых случаях допустимо. Второй, более эффективный способ получения униполярных импульсов тока заключается в том, что вводится соответствующим образом подобранное нелинейное сопротивление R(i) типа “тири- та ”, “вилита” или “тервита”. Такой метод демпфирования колебаний тока используется, например, для уменьшения электродинамической нагрузки на токоведущие элементы и одновременно облегчает условия работы конденсаторов и изоляции ГИТ. Указанные выше типы сопротивлений характеризует то, что их удельное сопротивление резко уменьшается с увеличением протекающего через них тока. Эта зависимость может быть представлена в виде р = a 0Jal , где параметра для вилита лежит в пределах а = 0,13-0,15; для тервита а = 0,18-0,22, а 0 имеет размерность [ВА_а-см2а1]. Дифференциальное уравнение, описывающее процесс разряда ГИТ с нелинейным сопротивлением, можно записать в виде j ^ + u R + ^ j id t+u o(0) = 0 или после дифференцирования о , d t 2 L dt где UR — падение напряжения на линейном сопротивлении. Напряженность электрического поля в нелинейном сопротивлении связана с плотностью протекающего через него тока = j p = a0j a ■ sign(y'), где sign(y') — знак направления тока а 0 = 800—1200 В-см-1 (А/см2)а. Падение напряжения на нелинейном сопротивлении - Eh - a()h sig n (0 где h — полная высота дисков нелинейных сопротивлений S — площадь поперечного сечения дисков Подставляя (2.7) в (2.5), получим 2i di1 a 0ha L S a ,icx— l di i + ------ = 0 dt Начальные условия имеют вид 0) = 0; — d о где U0 —- начальное напряжение на батареи конденсаторов. Введем безразмерные переменные х — (at = tj-JLC; / = / ( z S “/(яокх))1-* , где Z = -J l [C — волновое сопротивление контура. При этом уравнение (2.8) и начальные условия преобразуются к виду z J I rlc c -l d J dx И “ - 1 ^ - + / = 0 ; dx ( 2 11 ) d J |