Материал: Sb95751

одной ячейки соответственно). Отсюда следует, что переходная проводимость ОИЛ (E = 1, s = 0) представляет собой сумму n синусоид, имеющих некратные частоты и различные амплитуды. Волновое

сопротивление линии ρ Lя /Cя . При разряде ОИЛ на нагрузку, равную

волновому сопротивлению линии RH = ρ, в нагрузке генерируется импульс, по форме близкий к прямоугольному. В ОИЛ длительность формируемого

импульса определяется зависимостью τ 2.2n LяCя , где n – число ячеек. Длительность фронта импульса τфр 0.61 Lя /Cя . Так как RН = ρ, то

зависимости для нахождения значений элементов схемы будут следующие:

Lя 2R.2нτn ; Cя 2.2τRнn .

Суммарные значения индуктивности и емкости определяются как

Lя R2.н2τ ; Cя 2.2τRн .

16

Форма импульсов, получаемых с помощью ОИЛ при различном числе звеньев n, изображена на рис. 4.2. Увеличение числа звеньев приводит к уменьшению длительности фронта и среза импульса; при этом амплитуда колебаний, наложенных на вершину импульса, не изменяется, но возрастает частота осцилляции.

Для ослабления интенсивности наложенных колебаний на вершине импульса прибегают к тем или иным способам коррекции формы импульсов. Наиболее простой и распространенный способ устранения осцилляции заключается в увеличении индуктивности выходной ячейки искусственной

линии добавлением корректирующей индуктивности Lд. На рис. 4.3 изображены форма импульса, получаемого 5-звенной ОИЛ при отсутствии (кривая 1) и наличии (кривая 2) корректирующей индуктивности Lд = Lя.

Рис. 4.3

Отсюда видно, что можно получить удовлетворительную форму вершины импульса с помощью искусственной линии, содержащей всего 3 ячейки. Однако при этом весьма существенно вырастает длительность фронта импульса, которая в данном случае рассчитывается по формуле:

Рис. 4.4 17

τфр 0.61 1 Lд / Lя LяСя .

Различают 2 случая разряда ОИЛ в зависимости от соотношения между ее волновым сопротивлением и сопротивлением нагрузки:

-разряд на согласованную нагрузку: RН = ρ;

-разряд на рассогласованную нагрузку: RН > ρ или RН < ρ.

Рассмотрим каждый из этих случаев в отдельности, в предположении, что линия не обладает активными потерями.

На рис. 4.4 показаны кривые токов для трех возможных случаев ( Rн =

ρ, Rн = 0.25ρ, Rн = 4ρ ) при количестве ячеек n = 5. Как видно, одиночный импульс тока получается лишь при разряде линий на согласованную нагрузку. Форма импульса близка к прямоугольной.

При разряде на согласованную нагрузку линии, заряженной до

При Rн = ρ в нагрузку передаются максимальная импульсная мощность и энергия. При разряде на рассогласованную нагрузку энергия основного импульса уменьшается, и остальная энергия длинной линии выделяется в нагрузке при прохождении последующей серии отраженных импульсов.

Зависимость импульсной мощности Wн/Wнс от коэффициента

18

Напряжение на нагрузке имеет ступенчатую форму при Rн > ρ и

колебательную форму при Rн < ρ (в случае использования ключа с двухсторонней проводимостью). Напряжение любой z-й ступени (z = 1, 2, 3…) в обоих указанных случаях выражается зависимостью

Из (4.1) следует, что амплитуда последующих импульсов быстро уменьшается, причем скорость затухания зависит от степени согласования сопротивлений.

Задание к лабораторной работе

1.Постройте схему ОИЛ в окне редактора схем (рис. 4.1).

2.ОИЛ нагружена на активное сопротивление Rн =1 Ом. Необходимо получить импульс тока амплитудой Iн = 500 А, длительностью τ = 1 мс и

длительностью фронта не более чем τфр = 100 мкс.

Следует определить индуктивность и емкость одной ячейки Lя и Ся соответственно, зарядное напряжение линии U0, а также требуемое число ячеек n.

3. Введите номинальные значения элементов схемы ОИЛ согласно рассчитанным значениям (для случая Rя = 0). Постройте временные диаграммы:

-токов индуктивностей (на одном графике);

-напряжений на конденсаторах (на одном графике);

-тока нагрузки.

4.Постройте временные диаграммы тока для ОИЛ с количеством ячеек, равным: n; n – 2; n + 2 (на одном графике).

5.Внесите активное сопротивление ячейки Rн = 0.05 Ом. Постройте временные диаграммы тока в нагрузке для ОИЛ с потерями и без потерь (на одном графике).

6.Отключите нагрузку и замкните выходные зажимы ОИЛ накоротко. Постройте временные зависимости:

- токов в индуктивностях ОИЛ с потерями и без потерь.

- напряжений на конденсаторах ОИЛ с потерями и без потерь.

7.В ФД без потерь постройте временные зависимости энергии, выделяемой в нагрузке в течение импульса, для пяти случаев при R = ρ, R =

19

0.5ρ, R = 0.75ρ, R = 1.5ρ, R = 1.25ρ. Постройте график влияния рассогласования нагрузки на энергию, выделяемую в нагрузке (Wн/Wнс – по оси

y, Rн/ρ – по оси x).

8. Объясните полученные зависимости.

Лабораторная работа 5 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ОДНОРОДНОЙ

ИСКУССТВЕННОЙ ЛИНИИ С ВЕНТИЛЯМИ

При частичном разряде однородной искусственной линии, обеспечиваемом с помощью полностью управляемого ключа, с целью повышения КПД процесса разряда необходимо использовать линии,

рассогласованные с нагрузкой (ρ > Rн). Однако при этом существенно ограничиваются частотные свойства генераторов из-за длительного переходного процесса в линии, определяемого добротностью реактивных элементов, после размыкания ключа. Выходом из данной ситуации является применение однородной искусственной линии с вентилями (ОИЛВ) (рис. 5.1). ОИЛВ является физическим аналогом линии с распределенным диодом (ЛРД) и получается разбиением ЛРД на ряд равных по длине отрезков и

заменой каждого отрезка сосредоточенной индуктивностью Lя, емкостью Ся, значения которых равны: LЯ L0 / n и CЯ C0 / n и диодом D, включенным

последовательно с индуктивностью ячейки. Подобное включение диода в ячейки ОИЛ допустимо, поскольку токи в индуктивных элементах ОИЛ на

20