Схема замещения разрядного контура генератора импульсов напряжения

Билет 1. Генератор импульсных напряжений. Принцип действия. Схемы. Зарядные устройства.

Испытания изоляции электрооборудования импульсным напряжением проводятся с целью проверки её стойкости к грозовым и коммутационным перенапряжениям, возникающим в процессе эксплуатации.

В схемах ГИНов используется принцип сложения (умножения) напряжения на отдельных конденсаторах, предварительно заряженных до сравнительно небольшого напряжения(такие генераторы называют многоступенчатыми). В первых генераторах коммутация конденсаторов в последовательное соединение осуществлялась с помощью неуправляемых искровых разрядников с шаровыми электродами, которые срабатывали под действием «естественных» перенапряжений при запуске разрядника первой ступени.

Все ГИНы делятся на 2 группы: с односторонней и двусторонней зарядкой. Принцип работы на примере первого.

Конденсаторы ступеней С_с заряжаются от источника постоянного напряжения U_з через защитное сопротивление R_з’. Между собой конденсаторы соединены зарядными сопротивлениями R_з. При достижении требуемого напряжения на конденсаторах, несколько меньшего U_з, после прихода пускового импульса срабатывает разрядник 1й ступени P₁, потенциал точки 1 быстро становится равным величине зарядного напряжения, потенциал точки 2 – двойному значению зарядного. Потенциал точки 3 остается равным 0, т.к. емкость конструктивных элементов относительно земли С_з, связанных с этой точкой, не может быстро зарядиться через сравнительно большое сопротивление R_з. Поэтому на разряднике второй ступени возникает перенапряжение (разность потенциалов между точками 2 и 3 равна двойному зарядному), и он пробивается.

Потенциал точки 3 равен двойному, а точки 4 – тройному значению зарядного напряжения. На разряднике следующей ступени будет возникать трехкратное перенапряжение и он пробивается. (и т.д.)

На выходе генератора имеется выходной разрядник, исключающий подачу напряжения на объект испытания в процессе зарядки. Он также пробивается под действием перенапряжений. Для получения импульса на объекте служат фронтовые сопротивления и емкость, а также разрядное сопротивление.

Схемы могут отличаться от представленной. В каждую ступень обычно вводят демпферное сопротивление, тогда фронт волны формируется суммой всех демп. резисторов и фронтового.

Полярность импульса совпадает с полярностью зарядного напряжения.

В настоящее время используются схемы ГИН с многозазорными разрядниками и вентилями.

Зарядные устройства.

Назначением ЗУ является зарядка накопительных конденсаторов до заданного напряжения, значение которого чаще всего должно регулироваться в широких пределах. Необходимая энергия чаще берется из сети, поэтому ЗУ, как правило, состоит из повышающего тр-ра, выпрямителя с токоогранич. элементами, переключателя полярности, устройств регулирования и автоматизации зарядки, измерительных и вспомогательных устройств ТБ.

При проектировании ЗУ проводится расчет с целью разработки экономичного и надежного устройства, обеспечивающего заданные параметры режима зарядки: уровень напряжения и время зарядки, диапазон регулирования напряжения и тока, точность стабилизации напряжения и тока на заданных уровнях, время цикла «заряд-разряд», время непрерывной работы и т.д. Важным энергетическим показателем ЗУ является КПД.

Эффективным способом является зарядка неизменным током, что достигается применением индуктивно-емкостных схем, преобразующих источник неизменного напряжения в источник неизменного же тока.

Схема замещения разрядного контура генератора импульсов напряжения.

Достаточно полная схема замещения разрядного контура ГПН представлена на рис.2. В этой схеме: С₁ - емкость генератора в разряде: R₁ - суммарное активное сопротивление разрядной цепи ГПН и успокоительных сопротивлений для подавления высокочастотных колебаний в разрядной цепи: R₂ - разрядное сопротивление, предна­значенное для регулирования длительности импульса: С₂ - сумма ем­кости объекта, паразитной емкости ГПН и специально включенной емкости для регулирования длительности фронта импульса: Rф- со­противление, включаемое для регулирования длительности фронта импульса: L₁и L₂ - индуктивности элементов ГИН и петли подсоеди­нения объекта к ГИН.

Наличие индуктивности в разрядной цепи ГИН приводит к воз­никновению колебаний и искажению фронта апериодического им­пульса и в то же время усложняет расчет генератора. В соответствии с требованиями на стандартный грозовой импульс напряжения допус­кается наложение колебательной составляющей не более 5 % от ам­плитуды импульса. Отсутствие колебаний достигается при условии

При выполнении условия влиянием индуктивности можно пренеб­речь и удовлетворительные результаты расчета могут быть получены при использовании более простых схем замещения (рис. 3), получен­ных из полной схемы замещения при условии R_ф = 0 (рис. 3. а) и R₁ = О (рис. 3. б). Эти схемы отличаются друг от друга, в основном, коэффи­циентом использования разрядной схемы ГИН.

Для схем рис. 3 изменение напряжения на выходе U₂дается диф­ференциальным уравнением второго порядка

где Н и - коэффициенты, зависящие от параметров схемы. Решение этого уравнения относительно U₂имеет вид

(1)

где P₁ и P₂ - корни характеристического уравнения, а А - постоянная интегрирования, которая может быть определена из граничных усло­вий при

t = 0.

Таким образом, напряжение на выходе ГИН описывается выраже­нием:

(2)