Описание установки

Описание установки. Для получения испытательных волн напряжения используются генераторы импульсных напряжений (ГИН). ГИН в общей случае представляет собой систему, в которой ряд включенных параллельно друг другу конденсаторов заряжается от общего источника.

При достижении, заданного напряжения конденсаторы автоматически соединяются последовательно, в результате чего их напряжения складываются. Последовательная цепь конденсаторов разряжаете на цепь, состоящую из формирующих волну сопротивлений и емкостей. Установка ГИН-1500, используемая в лаборатории содержит три типовых устройства ГИН-500-0,02/5, в состав каждого из которых входит по пять конденсаторов единичной ёмкостью 0,02 мкФ. Питание осуществляется от высоковольтного аппарата АИИ-70, подключаемого посредством штепсельного разъёма к сети через блок-контакты двери защитного ограждения. Схема ГИН-1500 с представлением внутреннего соединения элементов аппарата АИИ-70 и одного из ГИН-500 приведена на рисунке 7. В схеме приняты следующие обозначения: АТ – регулировочный автотрансформатор; Т – высоковольтный трансформатор; VD1, VD2 и С1– полупроводниковые вентили и конденсатор схемы удвоения; С1э и С2э – экранные ёмкости; R1 и R2 – водяные сопротивления, выполняющие одновременно роль защитных, зарядных и делительных для второго и третьего ГИН-500; R3 и R4 – защитные водяные сопротивления; ЗР1–ЗР3 – запальные разрядники с регулируемым расстоянием между шарами; 1ПР1–1ПР2 – промежуточные разрядники первого ГИН-500; 1С1–1С5 = 0,02 мкФ – основные конденсаторы первого ГИН-500; RФ = 11,6 кОм – фронтовое сопротивление; 1R1–1R5 = 48 кОм, 1R6–1R10 = 12 кОм, 1R11–1R14 = 24 кОм – зарядные сопротивления первого ГИН-500; ИО – испытуемый объект; ШР – шаровой разрядник.

На выходе высоковольтного аппарата АИИ-70 через защитное сопротивление R4 и вентиль VD2 полуволной напряжения положительной полярности происходит зарядка конденсатора С1 примерно до амплитудного значения напряжения, снимаемого с вторичной обмотки трансформатора Т. Величина этого напряжения регулируется с помощью автотрансформатора АТ и контролируется по вольтметру, проградуированному в амплитудных значениях вторичного напряжения.

В следующий полупериод отрицательной полярности конденсатор С1 через вентиль VD1 и защитное сопротивление R3 оказывается включенным последовательно с обмоткой трансформатора Т. Поэтому данная схема позволяет удваивать напряжение, которое затем подаётся на вход ГИН. В результате через какое-то время, определяемое постоянными времени цепей заряда, правые обкладки у конденсаторов 1С1 - 1С5 первого ГИН-500 оказываются заряженными примерно до одинакового потенциала –2U, а их левые обкладки приобретают нулевой потенциал земли.

Аналогичным образом происходит зарядка конденсаторов у двух других ГИН-500, на которые поступает сигнал отрицательной полярности после схемы удвоения напряжения через сопротивления R1 и R2. При этом между шарами каждого из разрядников оказывается напряжение 2U. Работа ГИН начинается с момента, когда происходит пробой промежутка между шарами запального разрядника ЗР1, у которого расстояние между шарами конструктивно выполнено несколько меньшим, чем у остальных разрядников.

Следует заметить, что в установке ГИН-1500 расстояния между шарами у всех разрядников, в том числе и промежуточных, изменяются синхронно с помощью изоляционной штанги. Соответственно, чем больше эти расстояния были выставлены, тем до большей величины напряжения зарядятся конденсаторы ГИН перед его срабатыванием.

Таким образом, регулируя расстояния между шарами, можно изменять величину напряжения на выходе ГИН. Когда напряжение на конденсаторе 1С1 достигнет величины пробоя запального разрядника ЗР1, он пробивается, и потенциал точки 1 у первого ГИН-500 приобретает нулевое значение.

Поскольку напряжение на ёмкости мгновенно измениться не может, то потенциал левой обкладки конденсатора 1С1 (точки 2) скачком возрастает до +2U. При этом напряжение на промежуточном разряднике 1ПР1 повышается примерно вдвое до величины 4U, так как потенциал точки 3 всё ещё сохраняет величину –2U. Разрядник 1ПР1 срабатывает, и конденсаторы 1С1 и 1С2 включаются последовательно.

Потенциал левой обкладки конденсатора 1С2 (точки 4) повышается до уровня суммарного напряжения двух конденсаторов (примерно до +4U), и к разряднику 1ПР2 прикладывается почти утроенное напряжение (т. е. 6U) по сравнению с тем, что было перед началом работы ГИН. Поскольку длина искровых промежутков всех разрядников (кроме ЗР1) принята одинаковой, разрядник 1ПР2 срабатывает и последовательно к первым двум, подключается третий конденсатор.

Это, в свою очередь, приводит к срабатыванию разрядника 1ПР3 и подключению четвертого конденсатора. Наконец, срабатывание разрядника 1ПР4 обеспечивает последовательное соединение всех пяти конденсаторов первого ГИН-500, вследствие чего к искровому промежутку разрядника ЗР2 будет приложено напряжение величиной почти 12U, что вызовет его пробой.

Процесс продолжает каскадно развиваться дальше, пока все 15 конденсаторов ГИН-1500 не окажутся включенными последовательно. В результате, суммарное напряжение конденсаторов (близкое к 30U) через сопротивление Rф прикладывается к испытуемому объекту ИО и измерительному разряднику ШР. Суммарная ёмкость ИО и ШР совместно с фронтовым сопротивлением Rф определяют длину фронт волны фф. Ёмкость ГИН-1500 совместно с системой его сопротивлений, включая фронтовое, обеспечивают длину импульса фи. Рисунок 7. Принципиальная схема испытательной установки ГИН-1500 Для более равномерного распределения напряжения между тремя ГИН-500 в конструкции установки предусмотрены экранные ёмкости С1э – С3э, выполненные в виде тороидальных колец, и делитель напряжения, выполненный с помощью водяных сопротивлениях R1 и R2. В связи с тем, что, во-первых, дальние от источника конденсаторы ГИН заряжаются до меньших напряжений, чем ближние, во-вторых, одновременно с каскадным переключением конденсаторов в последовательную схему идет процесс их разрядки на систему активных сопротивлений ГИН, величина (амплитуда) выходного напряжения в действительности будет меньше, чем 30U. Отношение амплитуды выходного напряжения установки к теоретически ожидаемому называется коэффициентом использования ГИН .