Одноступенчатый генератор импульсных напряжений

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И ИЗМЕРЕНИЕ ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ

Генератор импульсных напряжений (ГИН) вырабатывает единичный импульс высокого напряжения и предназначен для испытаний изоляции на импульсную прочность.

Принципиальная схема одноступенчатого ГИНа представлена на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Схема одноступенчатого ГИНа: Тр – высоковольтный трансформатор; V – вентиль; R _з – зарядный резистор; С _г – емкость генератора; Р – шаровой разрядник; R _хв – хвостовой резистор; r _ф – фронтовой резистор; С _ф – фронтовая емкость

ГИН работает в двух стадиях: 1) заряд; 2) разряд. Во время первой стадии производится заряд емкости генератора С _г через зарядный резистор R _зи вентиль V от высоковольтного трансформатора Тр до напряжения U ₀. Зарядный резистор R _з (1 МОм) защищает вентиль и трансформатор от перегрузки, заряд длится несколько минут. Затем оператор сводит шары разрядника Р, происходит пробой воздушного промежутка между ними, начинается вторая стадия: разряд емкости С _г через R _хв и одновременный заряд емкости С _ф.

Рис. 4.2. Формирование волны

Заряд емкости С _ф идет в соответствии с уравнением

, (4.1)

где Т _ф– постоянная времени фронта волны: .

Одновременно идет разряд С_г через R_хв:

, (4.2)

где Т _в – постоянная времени волны: .

Волна (рис. 4.2), вырабатываемая ГИНом, представляет собой суперпозицию двух экспонент (4.1) и (4.2). Волна имеет крутой фронт, так как T _ф << T _в, потому что R _хв >> r _ф и С _г >> C _ф.

Связь параметров волны с параметрами схемы. Найдем зависимость длительности фронта волны τ_ф (для краткости говорят: «длина волны», имея в виду длину волны по оси времени, измеренную в мкс) от фронтовой емкости C _Ф и фронтового резистора r _ф, а также длины волны τ_в от емкости генератора С _г и хвостового резистора R _хв. На рис. 4.3 представлена форма реальной волны, вырабатываемой ГИНом.

Рис. 4.3. Реальный и условный фронт волны

Фронт волны недостаточно линеен, поэтому отметим уровни 0,3 U и 0,9 U и проведем через точки A и B прямую линию. Эта линия пересечет ось абсцисс в точке A ₁ и уровень U в точке B ₁. Расстояние, измеренное по оси абсцисс между точками A ₁ и B ₁, – это длительность условного фронта волны τ_ф. Время, в течение которого волна достигла уровня 0,3 U, обозначим t ₁, а уровня 0,9 U – t ₂, тогда:

1) в момент времени t = t ₁

; (4.3)

2) в момент времени t = t ₂

. (4.4)

Составим систему уравнений:

(4.5)

Преобразуем (4.5)

(4.6)

Разделим первое уравнение (4.6) на второе и потенцируем

, , . (4.7)

Треугольник АВС подобен А ₁ В ₁ С ₁, поэтому

, , , . (4.8)

Подставим (4.7) в (4.8):

, , , . (4.9)

В величину фронтовой емкости включается емкость испытуемого объекта. Длиной волны считается время, за которое напряжение уменьшилось в два раза. Запишем равенство:

. (4.10)

Преобразуем:

, , (4.11)

По рекомендации Международной электрической комиссии (МЭК) волна должна иметь параметры: длина фронта мкс и длина волны мкс. Сокращенная запись параметров волны:

.

В России испытания проводят стандартной волной с параметрами 1,5/40, эти величины укладываются в допуски, рекомендованные МЭК.

Дата добавления: 2014-12-16