Реферати українською » Физика » Генератор імпульсних напруг


Реферат Генератор імпульсних напруг

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Федеральне агентство за освітою

Державне освітнє установа вищого професійної освіти

«Томський політехнічний університет»

Факультет –Электрофизический

Напрям (спеціальність) - електроенергетика

Кафедра – техніки іелектрофизики високих напруг

>Генератор імпульсних напруг

Курсова робота з дисципліни

«Та фізика і техніка генерування й вимірювання високовольтних ісильноточних джерел »

Виконала студентка групи1М140

ХолоднаГ.Е.

Перевірив доцент кафедриТВЭН

>Жгун Д.В.

Томськ – 2009


>СОДЕРЖАНИЕ

Запровадження

1. Теоретичний аналіз основних контурівгазонаполненного генератора імпульсних напруг (>ГИН), зібраного за схемоюАркадьева-Маркса

1.1Зарядний контур генератора імпульсних напруг

1.2 Аналізразрядного контуру

1.3 Зв'язок параметрів імпульсу напруженості із параметрамиразрядного контуруГИН

2.Расчет основних частин схеми і елементівГИНа

2.1 Визначення максимального значення коефіцієнта використання розрядної схеми і постійних часу експонент

2.2 Розрахунок коефіцієнта використання імпульсу напруження і розумних меж зміни співвідношення З21

2.3 Розрахунок розрядної схемиГИН

2.4 Розрахунокразрядного контуру наапериодичность

2.5 Вимірювання струму і напруженняГИНа

3.Констуктивное виконанняГИН

Укладання

Список використаної літератури

>ПРИЛОЖЕНИЯ


Запровадження

Сучасне великотоннажне хімічне виробництво, що використовує традиційний підхід – термічну активацію хімічних процесів, з проблемою енергозбереження. Подальший розвиток промислової бази тягне у себе нарощування обсягу окремих виробництв, невиправдані витрати ресурсів до створення устаткування, виснаження з корисними копалинами, металів і палива.

Природним виходом із ситуації, очевидно, може бути перехід налаштувалася на нові технологічні рішення на металургії, хімії, енергетиці та низці інших галузей. Якісні зміни можливі при різкому підвищенні удільної продуктивності устаткування, т. е. продуктивності на одиницю обсягу реакційної зони. І тому необхідно значне збільшення температури у зоні реакції, бо за цьому хімічний процес у рамках класичної кінетики експоненціально пришвидшується відповідно до закономАррениуса.Нагрев реактори й реагентів до високих температур вимагає також збільшення витрати енергоносіїв, тому необхідні нових шляхів збільшення продуктивності і тенденції зниження питомих енерговитрат [1].

Поєднання реакційної зони згазоразрядной дозволяє локально нагрівати реагенти до високих температур без нагріву стінок реактора, значно скорочує непродуктивні втрати енергії. Дані умови легко реалізуються при порушенніреагентной газової суміші безперервним електронним пучком, вдуговом розряді та інших. У цьому зниження бар'єра реакції досягається також рахунок участі у реакції вільних радикалів і атомів, які ефективно напрацьовуються в газових розрядах.

Для отримання потоків заряджених частинок високої енергії служать спеціальні устрою, які називаються прискорювачі.Ускорительзаряженнихчастиц — клас пристроїв щоб одержати заряджених частинок (елементарних частинок, іонів) високих енергій.

У основі роботи прискорювача закладено взаємодія заряджених часток отримують за електричним і магнітним полями. Електричне полі здатне безпосередньо здійснювати роботу над часткою, тобто збільшувати її енергію. Магнітне ж полі, створюючи силуЛоренца, лише відхиляє частку, не змінюючи її енергії, і задає орбіту, через яку рухаються частки.

>Ускорители можна принципово розділити на великі групи. Це лінійні прискорювачі, де пучок частинок одноразово проходить що прискорюють проміжки, і циклічні прискорювачі, у яких пучки рухаються по замкнутим кривим типу окружностей, проходячи що прискорюють проміжки багато раз. Можна ще класифікувати прискорювачі за призначенням:коллайдери, джерела нейтронів,бустери, джереласинхротронного випромінювання, установки для терапії раку, промислові прискорювачі. Але майже всі прискорювачі працюють вищому напрузі. Тому виникла потреба у створенні генераторів на високі напруги. І це в своє чергу призвело до розробки схем, у яких використовується принцип складання (множення) напруги на окремих конденсаторах, заряджених попередньо до порівняно невеликого напруги. Такі схеми дістали назву схемАркадьева-Маркса, не бажаючи генератори стали називатисямногоступенчатими генераторами імпульсних напруг, зібрані за схемоюАркадьева-Маркса чи генератор Маркса [2].

Генератори Маркса дають змогу одержувати імпульсні напруги від десятків кіловольт за кілька мільйонів вольт. Частота імпульсів, вироблюваних генератором Маркса, залежить від потужності генератора в імпульсі — від одиниць імпульсів за годину, за кілька десятків герц.

Енергія в імпульсі генераторів Маркса широко варіюється і може починатися від величин в десяті джоуля і досягати величин кілька десятківмегаджоулей. Максимальне значення напруження і форма випробувального імпульсу безпосередньо впливають на габарити і вартість імпульсного устаткування високовольтних лабораторій. Точне відтворення іспитовими установками можливихперенапряжений дозволяє раціональніше підійти до конструювання ізоляції, сприяє зниження її вартості яких і визначає вимоги напруг, які повинні гарантувати задані параметри випробувального імпульсу, забезпечувати формування тій чи іншій форми імпульсу. Важливо забезпечити зручне й безпечне обслуговування установки [2,3].

>газонаполненний генератор імпульсний напруга


1. Теоретичний аналіз основних контурівгазонаполненного генератора імпульсних напруг (>ГИН), зібраного за схемоюАркадьева-Маркса

>ГенераторМаркса (її також називаютьгазонаполненний генератор імпульсних напруг, зібраний за схемоюАркадьева-Маркса) — генератор імпульсного високої напруги, принцип дії грунтується на зарядкусоединенних паралельно конденсаторів, котрі після зарядки з'єднуються послідовно з допомогою різноманітних комутувальних пристроїв (наприклад газових розрядників читригатронов), збільшуючи цим вихідний напруга пропорційно кількостісоединенних конденсаторів.

Є різноманітні види схем генератора імпульсних напруг. Найпростіша схемаГИНАркадьева-Маркса представлена нарис.1.1. Основними її елементами є конденсатори З, з'єднані через заряднірезистори R звипрямителями, і розрядники F.

>Рис.1.1. принципова електрична схема генератора імпульсних напруг:ВT-трансформатор; РТ – регулювальний трансформатор; V1-V20->випрямители;Rіз- захисне опір; R0- розділове опір; Rф- фронтове опір; Rбуд- опір дільника; R>нп – опір низьковольтного плеча; З>ki- ємність конденсатора; Зф-фронтова ємність; F1-F9- іскрової проміжок; Р – кульовоїразрядник(для формування зрізаного імпульсу)


>ГИН працює у двох послідовних режимах. Режим зарядки конденсаторів і режим розряду послідовно з'єднаних конденсаторів.

Найвища вимога, які пред'являються конструкціїГИНа:

1)разрядная ємністьГИН мусить бути дорівнює ємності навантаження;

2) основні елементиГИНа би мало бути коректно підібрані;

3)надежная електрична ізоляція;

4) висока електрична міцність й надійності конструкції [4].

Діяльність необхідно розрахувати основні параметри генератора імпульсних напруг, зібраного за схемоюАркадьева-Маркса.ГИН використовують як джерело імпульсних напруг для зарядки подвійний формує лінії (>ДФЛ).

Спочатку задано такі параметри:

>tі = 50 мкс - тривалість імпульсу напруги;

>tф = 1.3 мкс - тривалість фронту імпульсу;

Час зарядкиГИН:t>зар = 1.8 з.

U>вихГИНА=250 кВ

>С2=540пФ

U>зарГИНА=40 кВ

1.1Зарядний контур генератора імпульсних напруг

РозглянемоЕНЭконденсаторного типу, виконані за схемою паралельного сполуки конденсаторів (генератори імпульсних напруг). Структурна схема генераторів імпульсних струмів (>ГИН) представлена на рис. 1.1


>Рис.1.2. Структурна схемаГИНа: ЗУ – зарядне пристрій;ГИН – генератор імпульсних напруг; М – навантаження.

ЗУ складається з регулятора напруги (РН),високовольного трансформатора (ЗТ) і схеми випрямлення (СВ) (>рис.1.3.). Часто ЗТ і СВ виготовляються єдиним блоком.

>Рис. 1.3.однополупериодная зарядна схема

Регулятор напруги призначений щоб одержати напруги в заданих межах. З іншого боку, може виконувати додаткові функції — захищати елементи генераторної установки від аварійних режимів і перевантажень. Усі регулятори працюють за єдиному принципу. Напруга генератора залежить від трьох чинників — частоти обертання його ротора, сили струму навантаження і величини магнітного потоку, створюваного обмоткою порушення, який залежить від сили струму у цій обмотці. Будь-який регулятор напруги містить чутливий елемент, сприймає напруга генератора, елемент порівняння, у якому напруга генератора порівнюється зі еталонною величиною, і регулюючі орган, змінює силу струму в обмотці порушення, якщо напруга генератора відрізняється від еталонною величини [5]. У зарядної схемоюГИН використовується регулятор напруги марки РН 3-250-33.

Джерело високої напруги є стандартний високовольтний джерело типуУВ-160-2,5 з такими основними характеристиками: мережу -220В, частота - 50 гц, фаза 1, Р>потр.->0,8кВа, найбільше випрямлення напруги до 160 кВ, найбільше випрямлення струму 2,5мА,коеф.пульсации-10%. Схема вУВ-160-2,5 представлена нарис.1.4

>Рис.1.4. Схема високовольтного джерела типуУВ-160-2,5

 

Технічні характеристики високовольтного джерела. Технічні характеристики, запропоновані виробником джерел харчування, зазвичай містять інформацію про вхідних і вихідних напругах, стабілізації виходу,пульсациях та політичної нестабільності виходу. Технічні характеристики викладені у перерахованому нижче порядку: вхідний напруга; вихідний напруга; вихідний струм; пульсації; нестабільність; нагромаджена енергія; імпульсний режим; стабілізація через мережу; стабілізація за навантаженням; динамічна стабілізація; ККДенергопреобразования [6.7].


1.2 Аналізразрядного контуру

Повна схема заміщенняразрядного контуруГИН представлена на рис.1.5а.

>Рис. 1.5. Схеми заміщення розрядної ланцюга

У цій схемі З1 – ємність генератора в розряді; R1 – сумарне активне опір розрядної ланцюгаГИН і заспокійливих опорів подолання високочастотних коливань в розрядної ланцюга; R2 – розрядне опір, призначене для регулювання тривалості імпульсу; З2 - сума ємності об'єкта, паразитною ємностіГИН і спеціальновключаемой ємності для регулювання тривалості фронту імпульсу; L1 і L2 –индуктивность елементівГИНа і петлі під'єднання об'єкта доГИНу [8].

Наявність індуктивності в розрядної ланцюгаГИНа призводить до виникнення коливань і спотворення формиапериодического імпульсу й те водночас ускладнює розрахунок генератора. Відповідно до вимогою на стандартний грозової імпульс напруги допускається накладенняколебательной складової трохи більше 5% від амплітуди імпульсу. Відсутність коливань характеризується умови:

 (1.1)


За виконання його запровадження впливом індуктивності можна знехтувати і схема заміщення спрощується та приймає вид, показаний на рис.1.5б.

>Удовлетворительние результати розрахунку можна отримати під час використання простіших схем заміщення (рис. 1.4), отриманих з повної схеми заміщення за умов: RФ=0 (рис. 1.5 чи R1=0 (рис. 1.5 б).

>Рис. 1.6. Схеми заміщення розрядної ланцюга

Ці схеми відрізняються одна від друга коефіцієнтом використання розрядної схемиГИН. Для подальших розрахунків приймаємо схему, показану на (рис.1.6,а).

Для схем рис.1.6б і рис.1.6а вимір напруги не вдома (U2) дається диференційним рівнянням другого порядку.

 (1.2)

М і l - коефіцієнти, залежать від параметрів схеми. Вирішення цього рівняння щодо U2 має вигляд:

 (1.3)


Р1 і Р2–коріння характеристичного рівняння;А–постоянная інтегрування, яка може бути оцінена з граничних умов приt =0

Для схеми рис.1.6а вони запишуться так:

 (1.4)

n – число щаблівГИН, Uпро – зарядне напруга щаблі.

 (1.5)

Отже, напруга не вдомаГИН описується вираженням [9,10]

 (1.6)

1.3 Зв'язок параметрів імпульсу напруженості із параметрамиразрядного контуруГИН

Відповідно до визначення тривалості стандартного імпульсу можна записати рівняння (4) як:

 (1.7)

>tі – тривалість імпульсу, T1 і T2 - постійні часу. (>P1 =1/T1 іP2 =1/T2). Оскільки для стандартних імпульсів T1 >> T2, можна у першому наближенні допустити, що друга експонента практично дорівнює нулю, і вираз (1.8) має вигляд:

 (1.8)

Якщо знехтувати загасанням першої експоненти протягом тривалості фронту імпульсу, що справедливе для стандартних імпульсів, ті значення постійної інтегрування А деяким припущенням, можна взяти рівнимамплитудному значенням А = U>2max. Тоді вирішуючи рівняння (1.7) щодоtі, одержимо вираз, яке пов'язує тривалість імпульсу з параметрамиразрядного контуруГИН:

>tі ~ 0.69 T1 T1 ~ (R1 +R2)·(C1 + З2) (1.9)

Відповідно до визначення тривалості фронту імпульсу для стандартної хвилі можна записати співвідношення:

 (1.10)

 (1.11)

>t1 іt2- значення часу, коли напруга імпульсу сягає відповідно 0.3 і 0.9 відамплитудного значення.

Нехтуючи загасанням першої експоненти не більше тривалості фронту імпульсу і вважаючи першу експонентові що дорівнює одиниці, що справедливе при T1 >> T2, одержимо



Оскільки (>t2->t1)~0.6, то тривалість фронту окреслюється:

>tф = 3.25 T2,  (1.12)

Аналізуючи вираз (1.6), відзначимо, що різницю експонент у ньому залежить від співвідношення тривалості фронту й тривалості імпульсу напруги. Цю різницю прийнято вважати коефіцієнтом використання хвилі напруги за амплітудою (hв). Максимальне значення цієї коефіцієнта то, можливо отримано з висловлювання:

 (1.13)

>P1 іP2 – коріння характеристичного рівняння.

Співвідношення з рівняння (1.7) прийнято називати коефіцієнтом використання розрядної схеми за напругою (). Значення одеського форуму, виражене через параметриразрядного контуруГИН, яке виходить заміноюP1 іP2 через Т1 і Т2, відповідно [11]:

(1.14)

Отже, у цій частини курсової роботі наведено основні формули, які у розрахунках роботи генераторів імпульсних напруг.


2.Расчет основних частин схеми і елементівГИНа

2.1 Визначення максимального значення коефіцієнта використання розрядної схеми і постійних часу експонент

При розрахункуГИН необхідно виходити із якомога більшої коефіцієнта корисної дії розрядної схемиГИН, що дорівнює твору коефіцієнтів використання хвилі і схеми. Коефіцієнт хвилі, залежить тільки від співвідношення фронту й тривалості імпульсу, визначається даними завдання. Максимальне значення коефіцієнта використання схеми, залежне тільки від співвідношення З2 і З1, можна отримати роботу, вирішуючи спільно рівняння (1.10), (1.13), (1.14).

(2.1)

Постійні часуT1 іT2, що входять до це рівняння, визначають з співвідношень (1.9) і (1.10):

T1 =tі / 0.69; T2 =tф / 3.25 (2.2)

Розрахунковий коефіцієнт розрядної схемиГИН може бути щонайменше 0,95 від якомога більшої для заданих параметрів імпульсу. Мінімальна і забезпечити максимальне значення відносини З21 задаємо не більше (0,025 – 0,5), а крок зміни цього співвідношення порядку 0,001.

Визначення h>сх і З21 здійснюємо з допомогою програмиMathCad на ЕОМ. (Додаток А). Аби вирішити на ЕОМ необхідно провести позначення елементів рівнянь (1.16) і (1.17) упорядкування програми.


 (2.3)

 (2.4)

З докладання А видно, що максимально можливе значення коефіцієнта h>сх>max = 0.845. І тому значення оптимальне ставлення ємностей З21 =0.08.

2.2 Розрахунок коефіцієнта використання імпульсу напруження і розумних меж зміни співвідношення З21

Найчастіше неможливо використати при розрахункуГИН максимальне значення коефіцієнта використання схеми. Це було пов'язано, з одного боку про те, що важко точно визначитипаразитную ємність генератора, з іншого боку, підібрати необхідну ємність конденсаторівГИН з номенклатури випущених промисловістю. Тому задається мінімально дозволене відхилення коефіцієнта використання схеми від максимального значення його й визначається припустимий розкид зміни ставлення ємностейГИН і навантаження. Розрахунок обраховуються з допомогою ЕОМ (Додаток А).

 (2.5)

Ставлення ємностейГИН З21 змінюємо, те щоб h>сх ні менше мінімального.

Отримуємо (Додаток): (З21)>max = 0.160 і (З21)>min = 0.062.

Розрахунок коефіцієнта використання хвилі hв ведеться за формулі (1.14). Вихідними даними служать T1 і T2 – постійні часу, Р1 і Р2 – коріння характеристичного рівняння.

З висловів Р1 = 1 / T1 іP2 = 1 / T2 знаходимо Р1 і Р2:

Отже, отримали коефіцієнт використання хвилі рівним 0.966.

 

2.3 Розрахунок розрядної схемиГИН

Розраховуються основні параметри генератора: число щаблівГИН N; ємність конденсатора ЗДо; розрахункове значення коефіцієнта схеми h>сх і співвідношення З21; опору розрядної схемиГИН R1 і R2; величина вихідного напругиГИН.

З розрахунку (Додаток А) З21 = 0.08, тоді

З1 = З2 / 0.08 = 540·10-12/0.08= 6.75нФ

З1 –разрядная ємністьГИН, ця ємність має відповідати максимального значення коефіцієнта схеми.

Вихідним рівнянням до розрахунку є:

U>зарГИН = 0.9 N hв h>сх>max UЗ (2.6)

>Uз = 40 кВ – зарядне

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація