Гин и ГИТ


Содержние:
Введение………………………………………………………………………2
Из чего состоят высоковольтные генераторы мощных импульсов……….3
Принцип действия……………………………………………………………4
Генератор импульсного напряжения(ГИН)………………………………...6
Генератор импульсного тока(ГИТ)……………………………………….....9
Заключение…………………………………………………………………..13
Список используемой литературы…………………………………………14

Введение.
Принцип создания генераторов основан на относительно медленном накоплении энергии в первичном накопителе с последующим быстрым ее разрядом. Используются для получения большой импульсной мощности, т.е. для получения больших импульсов тока ускоренных частиц. Наибольший ток и удельную мощность можно получить, применив, например, в качестве первичного накопителя конденсаторы (генератор Маркса), время удержания которых составляет по порядку величины минуты, а плотность энергии достигает ~105 Дж/м3 . Типичные параметры ГИНов: энергозапас ~1 МДж, выходное напряжение ~1 МВ, длительность импульса 10 -1 -102 мкс.

Из чего состоят высоковольтные генераторы мощных импульсов.
Высоковольтные генераторы мощных импульсов включают в себя, как правило, накопитель энергии, систему умножения (трансформации) напряжения, систему коммутации и управления. В качестве накопителя энергии в них чаще всего используются емкостные и индуктивные накопители. Увеличение напряжения может достигаться разными способами: например, переключением элементов накопителя с параллельного на последовательное, использованием импульсного трансформатора, резким обрывом зарядного тока индуктивного накопителя. В качестве коммутаторов используются искровые разрядники, газоразрядные лампы, тиратроны и полупроводниковые коммутаторы. Обрыв тока осуществляется размыкателями тока, такими как плазменные размыкатели, размыкатели на основе электрического взрыва проводников, вакуумные и др.
Высоковольтные генераторы мощных импульсов подразделяются на генераторы импульсных напряжений (ГИН) и генератор импульсных токов (ГИТ).

Принцип действия.
Схема одноступенчатого генератора импульсных напряжений. Накопительный конденсатор медленно, за время > 5 с, заряжается от любого источника и затем через коммутатор разряжается на емкость нагрузки. Сопротивления служат для получения требуемой формы импульса. При напряжении > 10 кВ в качестве коммутатора может быть использован простейший шаровой разрядник, работающий в атмосферном воздухе и срабатывающий без дополнительной системы управления при малых разбросах напряжения пробоя. Уровень требуемого напряжения регулируется расстоянием между шарами. Время коммутационного точного простейшего шарового промежутка при больших напряжениях меньше 0,1 мкс, и поэтому процесс коммутации незначительно влияет на изменение. Сам элемент можно рассматривать как идеальный коммутатор при получении грозовых импульсов (малое падение напряжения в проводящем состоянии).
Следует отметить, что в качестве коммутаторов применяются также разрядники с регулируемым давлением газа, в которых используется закон пробоя, для регулирования напряжения пробоя, а также разрядники с системой управления.
Нагрузка состоит прежде всего из емкостей испытуемого объекта, включенной параллельно ему измерительной аппаратуры и всех соединительных проводов на стороне высокого напряжения. Так как параметры этих емкостей могут изменяться достаточно широко, то предусматривается еще один элемент схемы – дополнительный конденсатор высокого напряжения емкостью от 0,5 до 2 нФ. Поэтому отпадает необходимость в замене резисторов при изменении емкости нагрузки и получении нормированной формы импульса. Таким образом, емкость нагрузки должна заряжаться через демпферное сопротивление.
Принцип работы. Малая длительность фронта импульса может быть обеспечена за счет сопротивления, а требуемая длительность импульса получается за счет медленного разряда емкостей через сопротивление. Максимальное значение выходного напряжения регулируется за счет напряжения пробоя коммутатора . В простых разрядниках, работающих в атмосферном воздухе и пробивающихся при зарядном напряжении, равном пробивному, необходима бесступенчатая регулировка расстояния между электродами. Если используются управляемые разрядники, то нужно измерять зарядное напряжение и по достижении требуемого значения напряжения подавать сигнал на запуск разрядников. При необходимости работы генератора в режиме повторяющихся импульсов с постоянной амплитудой нельзя воспользоваться напряжением пробоя разрядников, так как на его значение влияют предшествующие разряды. В этом случае следует поддерживать постоянное время зарядки емкости.
 

Генератор импульсного напряжения (ГИН).
Генератор импульсного высокого напряжения (генератор Аркадьева-Маркса) – это устройство принцип действия которого основан на зарядке электрическим током соединённых параллельно (через резисторы) конденсаторов, которые после зарядки соединяются последовательно при помощи различных коммутирующих устройств (например газовых разрядников или тригатронов). Таким образом выходное напряжение увеличивается пропорционально количеству соединённых конденсаторов.
Принципиальная схема ГИН, стадия заряда (рис.1)
После зарядки конденсаторов запуск генератора обычно производится после срабатывания первого разрядника (на рисунке 2 обозначенного как trigger (триггер). После срабатывания триггера перенапряжение на разрядниках заставляет срабатывать все зарядники практически одновременно, чем и производится последовательное соединение заряженных конденсаторов.
Принципиальная схема ГИН, стадия разряда. (рис.2)

Генераторы Маркса позволяют получать импульсные напряжения от десятков киловольт до нескольких миллионов и до десятка миллионов вольт.
Частота импульсов, вырабатываемых генератором Маркса зависит от мощности генератора в импульсе — от единиц импульсов в час, до нескольких десятков герц.
Энергия в импульсе генераторов Маркса широко варьируется и может начинаться от величин в десятые джоуля и достигать величин в десятки мегаджоулей.
В некоторых установках объединяют два генератора Маркса в единую установку в которой многоступенчатый ГИН с конденсаторами небольшой общей ёмкостью обеспечивает высокий потенциал напряжения, необходимый для развития разряда основного малоступенчатого ГИТ с конденсаторами большой общей ёмкости, со сравнительно невысоким потенциалом, но большой силой тока в продолжительном импульсе.
Генератор импульсных токов является источником высоковольтных импульсов тока и предназначен для повышения сетевого напряжения с последующим его выпрямлением и зарядкой высоковольтных импульсных конденсаторов, коммутации энергии, запасаемой в электрическом поле конденсаторов. Емкостные накопители энергии широко используются в физических экспериментах и в производственной сфере благодаря ряду достоинств. Главным из них является малое внутреннее сопротивление (10-3Ом и ниже) и индуктивность (до 10-9 Гн), что позволяет обеспечить малое время заряда (10-4 – 10-8 с), высокую эффективность передачи энергии в нагрузку, возможность достижения рекордных значений мощности (до 1013 Вт) и скорости нарастания тока (выше 1013 А/с). Кроме того, емкостные накопители обладают рядом удобств (отсутствие движущихся элементов, простота обслуживания, модульный принцип построения).
Генератор импульсов высокого напряжения (генератор импульсного напряжения, ГИН) Маркса используется в разнообразных исследованиях в науке, а также для решения разнообразных задач в технике. В некоторых установках генераторы Маркса работают и в качестве генераторов импульсного тока (ГИТ).
 Генераторы Маркса применяются (начальное историческое применение) в ядерных и термоядерных исследованиях для ускорения различных элементарных частиц, создания ионных пучков, создания релятивистских электронных пучков для инициирования термоядерных реакций.
Генераторы Маркса применяются в качестве мощных источников накачки квантовых генераторов, для исследований состояний плазмы, для исследований импульсных электромагнитных излучений.
В военной технике генераторы Маркса в комплексе с, например, виркаторами в качестве генераторов излучения применяются для создания портативных средств радиоэлектронной борьбы, в качестве электромагнитного оружия, действие которого основано на поражении целей радиочастотным электромагнитным излучением (РЧЭМИ).
В промышленности генераторы Маркса наряду с другими источниками импульсных напряжений и токов применяются в электрогидравлической обработке материалов, дроблении, бурении, уплотнении грунтов и бетонных смесей.
Генератор импульсов высокого напряжения изобретён немецким инженером Эрвином Марксом в 1924 году, построен в 1926 году. В отечественных источниках генератор Маркса часто называют генератором Аркадьева — Маркса или генератором Маркса — Аркадьева. Отдельные отечественные исследователи генератор Маркса называют генератором Аркадьева — Баклина — Маркса. Такое название возникло в связи с тем, что в 1914 году В. К. Аркадьев совместно с Н. В. Баклиным построил так называемый «генератор молний», который являлся первым импульсным генератором в России, работавшим на принципе последовательного соединения конденсаторов для получения умноженного напряжения. Генератор Аркадьева — Баклина принципиально напоминал работу генератора Маркса, но в отличие от него использовал контактно-механический способ соединения конденсаторов ступеней, а не бесконтактный, как в генераторе Маркса.

Генератор импульсных токов (ГИТ).
Изобретение относится к импульсной технике и может использоваться для магнитно-импульсной обработки материалов, создания импульсных потоков плазмы, электрогидравлической обработки материалов. Достигаемый технический результат - повышенная стабильность срабатывания генератора импульсных токов.
Генератор импульсных токов содержит в себе батарею конденсаторов, коммутирующее устройство - двухэлектродный разрядник и импульсный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к дополнительному конденсатору через управляемый коммутатор (тригатрон или тиратрон), а вторичная обмотка включена в разрядный контур, куда включены также батарея конденсаторов, двухэлектродный разрядник и нагрузка. Батарея конденсаторов и дополнительный конденсатор подключены через резисторы к зарядному устройству.
При подаче на первичную обмотку трансформатора высоковольтного импульса на второй обмотке появляется высоковольтный импульс, обеспечивающий срабатывание прямым перенапряжением основного коммутирующего устройства - двухэлектродного разрядника. Основным достоинством такого устройства является то, что индуктируемый импульс соизмерим со статическим разрядным напряжением двухэлектродного разрядника и обеспечивает в широком диапазоне измерение основного напряжения без регулирования расстояния между электродами. Такое достоинство обеспечивает стабильность работы основного коммутирующего устройства - двухэлектродного разрядника, мала его зависимость от степени эрозии его электродов и загрязнения поверхности изоляции. Тем более, в двухэлектодном разряднике влияние изоляции из-за конструктивной простоты значительно меньше, чем в тригатроне.
Однако в известном устройстве на стабильность его работы оказывает влияние управляемый коммутатор цепи первичной обмотки трансформатора. Действительно, эта цепь обладает значительно меньшей энергоемкостью, чем основной разрядный контур генератора импульсных токов, т.е. износ электродов управляемого разрядника и загрязнение его изоляции должны быть минимальными. Соответственно, ожидаемое влияние управляемого коммутатора на стабильность срабатывания генератора импульсных токов предполагалось незначительным. Но, из-за трансформаторной связи, часть энергии основного разрядного контура генератора импульсных токов, при его срабатывании передается в цепь первичной обмотки трансформатора, так как управляемый коммутатор этой цепи не успевает восстановить электрическую прочность. Естественно, величина наведенного тока и его длительность значительно выше собственного управляющего тока. В итоге износ и загрязнение управляемого коммутатора резко возрастают, что приводит в дальнейшем к нестабильной работе генератора импульсных токов.
Заявляемое изобретение решает задачу создания устройства с повышенной стабильностью срабатывания генератора импульсных токов. Техническим результатом является повышение стабильности срабатывания за счет отсутствия в управляемой цепи наведенного тока.
Указанный технический результат достигается тем, что генератор импульсных токов, содержащий зарядное устройство, подключенное к разрядному контуру, состоящему из батареи конденсаторов, нагрузки, двухразрядного разрядника, содержит спиральный генератор из двух обкладок, соединенных между собой управляемым коммутатором, причем одна обкладка спирального генератора включена в разрядный контур, а другая подключена к зарядному устройству
Запуск генератора импульсных токов осуществляется с помощью управляемого коммутатора (тригатрон или тиратрон), включенного между обкладками спирального генератора. Здесь ток в управляемом коммутаторе определяется только энергоемкостью спирального генератора, которая незначительна. В заявляемом устройстве также имеется трансформаторная связь между обкладками спирального генератора. Однако на распределение токов она совершенно не оказывает влияние, т.к. управляемый коммутатор включен между обкладками. И обкладки, где наводится трансформаторная эдс, не образуют замкнутой цепи с управляемым коммутатором. Таким образом, в течение длительной эксплуатации сохраняются стабильными характеристики управляемого коммутатора и соответственно высокая стабильность срабатывания генератора импульсных токов.
На рис.3 представлена электрическая схема предлагаемого устройства, которая содержит зарядное устройство 1, батарею конденсаторов 2, коммутирующий двухэлектродный разрядник 3, нагрузку 4, содержащий обкладки 7, 8 спиральный генератор 6 с управляемым коммутатором 9. Батарея конденсаторов 2 и спиральный генератор 6 через зарядные резисторы 5 и 10 соответственно подключены к зарядному устройству 1. При этом спиральный генератор 6 подсоединен к зарядному устройству 1 обкладкой 8 (на рис.3 обкладка 8 представлена пунктирной линией). Обкладка 7 (на рис.3 обкладка 7 представлена сплошной линией) спирального генератора 6 включена в разрядный контур генератора импульсных токов, состоящего из батареи конденсаторов 2, двухэлектродного разрядника 3, нагрузки 4, путем подключения одного ее конца к разряднику 3, а другого конца к нагрузке 4. Управляемый коммутатор 9 (тригатрон или тиратрон) включен между обкладками 7 и 8 спирального генератора 6 для его коммутации.
Электрическая схема ГИТ (рис.3)

Генератор импульсных токов работает следующим образом при включении зарядного устройства 1 батарея конденсаторов 2 через зарядный резистор 5, спиральный генератор 6, через зарядный резистор 10 заряжается до необходимого уровня напряжения. Затем при подаче инициирующего импульса в момент времени, когда уровень напряжения достигнет необходимого уровня, на управляющий электрод коммутатора 9 (на рис.3 управляющий электрод коммутатора 9 показан стрелкой), коммутатор срабатывает и спиральный генератор 6 генерирует высоковольтный импульс. Этот импульс с помощью обкладки 7 спирального генератора 6 вводится в разрядный контур генератора импульсных токов и через нагрузку 4, емкость батареи конденсаторов 2 подается на электроды двухэлектродного разрядника 3. В результате за счет прямого перенапряжения двухэлектродный разрядник 3 срабатывает. Далее через двухэлектродный разрядник 3 и обкладку 7 спирального генератора 6 батарея конденсаторов 2 разряжается на нагрузку 4, выполняя необходимую технологическую операцию. Повышенная стабильность срабатывания заявляемого устройства обеспечивается стабильной работой обоих коммутаторов: двухэлектродного разрядника 3 и управляемого коммутатора 9.
Для устойчивого срабатывания двухэлектродного разрядника 3 необходимо, чтобы индуктируемый импульс от спирального генератора 6 был соизмерим с разрядным напряжением двухразрядного разрядника 9. А длительная стабильность срабатывания управляемого коммутатора 9 обеспечивается отсутствием в управляемой цепи наведенного тока. Здесь собственный ток незначителен, т.к. он определяется только энергоемкостью спирального генератора.


Заключение.
Импульсами напряжения называют волны напряжения длительностью от долей микросекунд до нескольких миллисекунд. Генераторы таких напряжений предназначаются для испытаний различных видов изоляций (линейной, аппаратной, трансформаторной), определения вольтносекундных характеристик разрядников, исследования защитного действия молниеотводов, изучения физики высоковольтного разряда и т.д.
 Генератор импульсных напряжений (ГИН) является важнейшей составляющей испытательных лабораторий заводов, выпускающих оборудование для передачи электрической энергии.

Список литературы:
http://trakonta.com/git_a.htmlhttp://www.mosvet.ru/page314-page2.htmlhttp://hea.phys.msu.ru/Boss/user-files/generatory_impulsnogo_napryazheniya.pdfhttps://ru.wikipedia.org/wiki/Генератор_Марксаhttp://www.findpatent.ru/patent/228/2282936.htmlhttp://www.rustechgroup.ru/rus/gin.htm

Приложенные файлы

  • docx 10842608
    Размер файла: 122 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий