'
Научный журнал «Вестник науки»

Режим работы с 09:00 по 23:00

zhurnal@vestnik-nauki.com

Информационное письмо

  1. Главная
  2. Архив
  3. Вестник науки №12 (45) том 1
  4. Научная статья № 18

Просмотры  85 просмотров

Мельников А.И., Клочкова Н.Н.

  


МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДНО-ВРЕМЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ ИМПУЛЬСА В СИЛЬНОТОЧНОМ КОНТУРЕ ГЕНЕРАТОРА ИМПУЛЬСНЫХ ТОКОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ *

  


Аннотация:
в данной статьи рассматриваются основные методы измерения АВП используемые в сильноточных цепях генераторах импульсных токов средней мощности, краткие технические особенности, достоинства и недостатки. Даны рекомендации к проектированию и применению разных решений с максимальной пользой. Экспериментально показаны изменения кривых тока при варьировании постоянных времени относительно постоянной времени разряда контура ГИТ   

Ключевые слова:
ГИТ, коаксиальный шунт, измерительный коаксиальный дисковый шунт, пояс Роговского, измерительная RC-цепь, коаксильная линия   


УДК 53.083.1, 53.083.9

Мельников А.И.

Студент 4 курса кафедры электроснабжение промышленных

Самарский государственный технический университет

(Россия, г. Самара)

 

Клочкова Н.Н.

к.т.н., доцент кафедры электроснабжение промышленных предприятий

Самарский государственный технический университет

(Россия, г. Самара)

 

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДНО-ВРЕМЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ ИМПУЛЬСА

В СИЛЬНОТОЧНОМ КОНТУРЕ ГЕНЕРАТОРА ИМПУЛЬСНЫХ ТОКОВ

И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ

 

Аннотация: в данной статьи рассматриваются основные методы измерения АВП используемые в сильноточных цепях генераторах импульсных токов средней мощности, краткие технические особенности, достоинства и недостатки. Даны рекомендации к проектированию и применению разных решений с максимальной пользой. Экспериментально показаны изменения кривых тока при варьировании постоянных времени относительно постоянной времени разряда контура ГИТ.

 

Ключевые слова: ГИТ, коаксиальный шунт, измерительный коаксиальный дисковый шунт, пояс Роговского, измерительная RC-цепь, коаксильная линия.

 

В высоковольтной импульсной технике для получения большой импульсной мощности широко используются емкостные накопители энергии, представляющие собой батарею конденсаторов, которая после зарядки с помощью коммутирующих приборов разряжается на нагрузку [4, c.78]. Типичным представителем этого класса установок является генератор импульсных токов (ГИТ).[1,c.153] В данной статье будут рассмотрены измерение кривых импульса тока и их амплитудных значений с помощью шунтов, поясов Роговского, и дифференцирующих RC-цепочек, а также затронуты вопросы линий связи, их экранировании и электромагнитной совместимости, которые так же надо учитывать при конструировании и наладке  подобных систем. Все данные методы были опробованы авторами при создании генератора импульсных токов среднего класса напряжений, изучены  недостатки и достоинства, а также уточнена область применений каждого конкретного решения. Авторы не будут сильно углубляться в теоритическую часть, которая подробно описана многими другими статьями, а попытаются поставить во внимание вопросы которые могут стать подводными камнями для не опытных конструкторов и при кажущейся своей простоте имеют  множество тонкостей на практике эксперимента. Способы измерения АВП. Шунты. Измерение тока с помощью токовых шунтов основано на включение в измеряемую цепь достаточно малого сопротивления (десятки или сотни миллиом, такое малое сопротивление оказывается вполне оправданным, к примеру шунт с сопротивлением в несколько десятков милиом будет считаться шунтом с  достаточно большим сопротивлением, так как при протекании токов в сотни килоампер на нём будут выделяться десятки вольт, что не всегда удобно для измерительных приборов). При измерении быстроизменяющихся во времени токов необходимо считаться с изменением сопротивления шунта за счет поверхностного эффекта, влияния способа и места подключения, собственной индуктивностью шунта и влиянием посторонних магнитных полей на контур подсоединения шунта. В общем виде напряжение шунта можно представить как Uш(t)=Iш(t)×Rш+L×dU/dt, где последнее слагаемое правой части представляет из себя индуктивную составляющую, обусловленную потокосцепление с контуром собственного магнитного поля токовой цепи шунта и посторонних магнитных полей, создаваемых прилегающими к шунту участками токопровода, и собственной индуктивностью.[5,c.40] Выходом из ситуации являются коаксиальные шунты обладающие самыми малыми индуктивностями, но большое количество конструкций данных шунтов (трубчатые, стержневые, ленточные, дисковые) может поставить в неудобную ситуацию многих. Авторы рекомендуют использование или хотя бы рассмотрение в качестве первого варианта дискового шунта коаксиальной геометрии, как одного из самых простых в изготовлении (кроме стержневого) и в то же время самого мало-индуктивного, также дисковый шунт позволяет почти без всяких изменений конструкции изменять параметры резистивного диска,  тем самым изменяя сопротивление шунта ,что на первоначальных этапах настройки ГИТ может оказаться весьма полезно. Также стоит отметить, что способ измерения шунтами является наиболее точным способ измерения из всех рассмотренных, что вместе с простотой изготовления и легкостью в калибровке являются неоспоримыми преимуществами шунтов и причиной  их частым использованием в ГИТ. Пояс Роговского. Принцип измерения тока с помощью катушки Роговского (трансформатора тока) можно объяснить из закона полного тока, когда интеграл магнитной индукции берется по контуру кривой намотки катушки т. е. òBdS = mI . Если представить, что по кривой "С" длиной l, охватывающей проводник с током I1(t), намотана катушка с числом витков "n" с одинаковым шагом D l и площадью витка S, то при изменении магнитного поля в катушке будет индуцироваться напряжение U(t) » MdI (t)/ dt    , где М – коэффициент взаимной индукции между проводником с током I1 и катушкой.[3,c.104] Данный метод в первую очередь отличается гальванической развязкой измерительной и измеряемой цепей, что упрощает комплекс мер по борьбе с помехами и электромагнитными наводками в измерительных цепях. И может быть использован в первую очередь там, где не получается разместить шунты по причинам электромагнитной совместимости или не стоит задача в количественном измерении тока. Недостатком данного способа, о котором мало упоминаются в литературе, является сложность калибровки и расчета самого шунта. В ГИТ очень часто требуются вторичные сигналы об импульсе тока в контуре, типичным примером могут быть сигналы запуска осциллографов и пик-вольтметров, пояс Роговского в этом случае бывает просто незаменим, нет смыла использование более материалоёмких шунтов, ведь пояс Роговского проинтегрованный простой LC-цепью даст импульс синхронизации, при этом количество помех этого импульса будет значительно меньше. Дифференцирующие RC-цепи для кривых тока в ГИТ. Данный метод весьма интересен своей оригинальностью, но к сожалению может быть использован лишь для грубой оценки работы ГИТ, но никак для количественных измерений. Параллельно к конденсаторной батареи контура ГИТ подключается дифференцирующая RC-цепь состоящая из двух резисторов  и конденсатора соединенных последовательно. Выбор постоянной времени измерительной цепочки в 5-10 раз меньше постоянной времени разряда емкостного накопителя ГИТ способствует тому, что напряжение на резисторе измерительной цепочки пропорционально производной напряжения на емкостном накопителе ГИТ, т.е. разрядному току ГИТ. Шунт. Калибровка дискового шунта производилась пропусканием через него тока амплитудой 1.5кА промышленной частоты от понижающего трансформатора. Последовательно измеряемому шунту был подключен эталонный шунт ША-540 (500А 75мВ). Сигналы с обоих шунтов измерялись осцилографом Tektronix TDS 2014. Рис.1 Осцилограмма калибровки шунта. Полученное сопротивление составило 0,018мОМ, что согласуется с расчетом с ошибкой около 7%. Рис.2 Осцилограмма импульса тока в контуре  ГИТ( RC-цепь. Эксперимент  с дифференцирующей RC-цепочкой проводился с нихромовой проволокой марки Х23Ю5Т диаметрами 0,3 и 0,5мм. В камере рабочий объём, которой  представляющий два конуса соединённых основаниями был равен V=90 см^3. Были опробованы две  измерительные дифференцирующие RC-цепи с постоянной времени T=2,408мкс  и Т=7,073мкс, которые были подключены к выводам рабочей батареи по очереди. Цель эксперимента заключалась в определении изменения кривых тока при разном значении постоянной времени. Рис.2 Постоянная времени Т=7,073мкс Рис.3 Постоянная врмени Т=2,408мкс Постоянные времени обоих RC-цепей находятся в пределе в 5-10 раз меньше постоянной врмени. Из рисунков видно что изменение постоянной времени в 2.8 раза не приводит к сильному изменению кривой, главное чтобы постоянная времени находилась в пределе  . Также стоит иметь ввиду что данный метод, как говорилось ранее не модет быть использован для количественной оценки, но с успехом применён авторами для подачи сигналов на счетчики импульсов ГИТ. Пояс Роговского. Авторами успешно применён пояс Роговского для запуска и синхронизации разверток осцилографом в ГИТ, благодоря этому решению удалось почти полностью устранить помехи в цепях синхронизации при отсутсвии гальванической развязки. Пояс установленный на первичную цепь контура генератора высковольтных импульсов поджига управляемого разрядника ГИТ. Разрядник запускается импульсом амплитудой 100кВ длительностью импульса не более 0.2мкс[2,c.2]. Такие большие амплитуды запускающих импульсов вносят помеху не менее той,  что оразуется при работе самого ГИТ. Именно от наличии этой помехи авторам удалось избавиться заменив резистивный шунт на пояс Роговского. Рис.4 Импульс запуска с пояса Роговского. Опробованы самые часто применяемые решения для измерения АВП генераторов импульсных токов, из многочисленных экспериментов и личного опыта даны рекомендации о применениях дисковых шунтов, поясов Роговского и дифференцирующих RC- цепей. Показан способ калибровки дискового шунта, приведены кривые тока полученные при применении описанных методов.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

 

Важов В.Ф Лавринович В.А Техника высоких напряжений 2015. 263 с.

Евдошенко Л.С. Расчёт многоканального режима коммутации искровых разрядников и сравнение его результатов с экспериментом. ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2010. №3

Месяц Г.А. Импульсная энергетика и электроника.-М.: Наука 2004.-704 с.

Пичугина М.Т. Мощная импульсная техника. Томский политехнический университет, 2013г. 104с.

Шваб. А. Измерения на высоком напряжении. Пер. с нем. - М. Энергоатомиздат 1983

Stonebraker M., Kemnitz G. The POSTGRES next-generation Database Management System // Communications of the ACM.   Oct.   1991.   Vol. 34,   no. 10.   P. 78–92. DOI: 10.1145/125223.125262.

 

Melnikov A.I.

4th year student of the Department of Industrial Power Supply

Samara State Technical University

(Samara, Russia)

 

Klochkova N.N.

Candidate of Technical Sciences,

Associate Professor of the Department of Power Supply of Industrial Enterprises

Samara State Technical University

(Samara, Russia)

 

METHODS FOR MEASURING THE AMPLITUDE-TIME PARAMETERS OF A PULSE

IN A HIGH-CURRENT CIRCUIT OF A PULSE CURRENT

GENERATOR AND THEIR APPLICATION IN EXPERIMENT

 

Abstract: this article discusses the main methods of WUA measurement used in high-current circuits of medium-power pulse current generators, brief technical features, advantages and disadvantages. Recommendations are given for the design and application of various solutions with maximum benefit. Changes in the current curves are experimentally shown with varying time constants relative to the discharge time constant of the GIT circuit.

 

Keywords: GIT, coaxial shunt, measuring coaxial disk shunt, Rogovsky belt, measuring RC circuit, coaxial.

  


Полная версия статьи PDF

Номер журнала Вестник науки №12 (45) том 1

  


Ссылка для цитирования:

Мельников А.И., Клочкова Н.Н. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДНО-ВРЕМЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ ИМПУЛЬСА В СИЛЬНОТОЧНОМ КОНТУРЕ ГЕНЕРАТОРА ИМПУЛЬСНЫХ ТОКОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ // Вестник науки №12 (45) том 1. С. 136 - 144. 2021 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/4980 (дата обращения: 28.03.2024 г.)


Альтернативная ссылка латинскими символами: vestnik-nauki.com/article/4980



Нашли грубую ошибку (плагиат, фальсифицированные данные или иные нарушения научно-издательской этики) ?
- напишите письмо в редакцию журнала: zhurnal@vestnik-nauki.com


Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2021.    16+




* В выпусках журнала могут упоминаться организации (Meta, Facebook, Instagram) в отношении которых судом принято вступившее в законную силу решение о ликвидации или запрете деятельности по основаниям, предусмотренным Федеральным законом от 25 июля 2002 года № 114-ФЗ 'О противодействии экстремистской деятельности' (далее - Федеральный закон 'О противодействии экстремистской деятельности'), или об организации, включенной в опубликованный единый федеральный список организаций, в том числе иностранных и международных организаций, признанных в соответствии с законодательством Российской Федерации террористическими, без указания на то, что соответствующее общественное объединение или иная организация ликвидированы или их деятельность запрещена.