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).
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)
Принципиальная схема ГИН (стадия разряда)
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
Конструкция ГИТа
Конструктивно ГИТ представляет собой корпус с верхней крышкой, боковой дверью и панелью управления. Эти элементы конструкции выполнены из стали и являются надежным защитным экраном от воздействия импульсных магнитных полей на окружающую среду. В состав ГИТа входят: выпрямитель-трансформатор, клемники, дверной конечный выключатель, электромагнит с приводной тягой замыкателей, блокировки, разрядник и емкостные накопители, соединенные шинами и кабельными разделками согласно схеме электрической принципиальной.
Разрядник предназначен для коммутации энергии, накопленной в конденсаторах емкостного накопителя в нагрузку. Разрядник представляет собой основание с установленными на нем двумя опорными высоковольтными изоляторами, на которых размещены два металлических электрода (в форме торов) с возможностью регулирования зазора между ними.
Работа генератора под нагрузкой обеспечивается системой управления, разработанной в соответствии с требованиями входных параметров схемы электрической принципиальной.
Цикл работы генератора может быть разбит на три этапа:
подготовка пуска генератора;
пуск и работа генератора;
отключение генератора.
Постоянный зарядный ток с выхода выпрямитель-трансформатора по высоковольтному кабелю через водный промежуток технологического узла (бак-электрод) заряжает конденсаторы емкостного накопителя. При достижении заданного зарядного напряжения на конденсаторах срабатывает разрядник, напряжение срабатывания которого зависит от зазора между его электродами и устанавливается по тарировочной кривой разрядника. При этом энергия, накопленная в конденсаторах емкостного накопителя через высоковольтные шлейфы коммутируется в нагрузку.
Мы можем предложить генераторы импульсных токов параметры которых лежат в следующих диапазонах:
2. Диапазон выходной мощности 0…160 кВт;
3. Диапазон потребляемой мощности 0…300 кВА;
4. Диапазон частоты следования импульсов 0…1000 Гц;
5. Диапазон энергии в импульсе 0…100 кДж;
6. Диапазон разрядного тока 1…1000 кА;
7. Диапазон зарядного тока 0…100 А.
Мы можем изготовить ГИТ по Вашему индивидуальному техническому заданию в кратчайший срок. По требованию заказчика подбирается ГИТ с регулируемыми либо нерегулируемыми параметрами.
Мгновенные значения мощности импульсных генераторов достигают огромных значений порядка сотен и тысяч киловатт. Для генерирования столь мощных импульсов тока или напряжения широкое применение нашли как сосредоточенные емкостные накопители, так и линейные ФД, состоящие из чисто реактивных элементов с минимальными потерями, способных запасать энергию в электрических полях конденсаторов или в магнитных полях катушек индуктивностей. При этом ФД выполняет две функции – накопителя энергии и формирователя импульса [1], [4], [5], [7]. Генераторы, использующие сосредоточенные емкостные накопители, могут работать в режиме как полного, так и частичного разрядов. При полном разряде накопителя форма импульса определяется параметрами разрядного контура и в качестве коммутаторов могут использоваться полууправляемые коммутирующие приборы, такие, как тиратроны, игнитроны, вакуумные разрядники или тиристоры [9].
Рис. 1.3 Рис. 1.4
На рис. 1.3 показано, что емкостный накопитель С, заряжаемый от зарядного устройства ЗУ, подключается к нагрузке R c помощью ключа К.В случае частичного разряда емкостного накопителя должен быть использован полностью управляемый коммутатор, способный подключать нагрузку к накопителю на короткий отрезок времени, равный длительности импульсов, а затем отключать ее. Этот режим позволяет получать прямоугольные импульсы тока регулируемой длительности, причем параметры импульсов определяются как параметрами контура нагрузки, так и свойствами коммутатора. В качестве полностью управляемых ключей используются модуляторные лампы, силовые транзисторы или ключи постоянного тока, созданные на полууправляемых коммутирующих приборах. Работа генератора импульсов на основе ФД (рис. 1.4) подразделяется на две стадии, резко различающиеся по своей длительности. В течение сравнительно длительного времени осуществляется накопление энергии в ФД, для чего он посредством ключа К подключается к источнику питания Е через токоограничивающий резистор Rи. Затем ключ переключается из положения 1 в положение 2 и в течение кратковременной рабочей стадии t << запасенная энергия передается в нагрузку R. При этом благодаря формирующим свойствам ФД в нагрузке возникает прямоугольный импульс тока длительностью t.
В качестве ФД применяются отрезки однородных длинных линий с распределенными параметрами (ЛРП) или эквивалентные им цепи с сосредоточенными параметрами [2]–[4]. Простейшим примером однородной ЛРП являются два отрезка проводника, расположенных в одной плоскости параллельно друг другу (например, линия электропередачи или отрезок коаксиального кабеля). Поскольку любой проводник обладает собственной распределенной индуктивностью, а диэлектрик, находящийся между этими проводниками, являющимися одновременно обкладками, создает распределенную емкость, то система в целом приобретает свойства ЛРП и электромагнитные процессы в ней имеют волновой характер.
Существенным отличием ЛРП от реактивных формирующих цепей 1-го и 2-го видов является не только то, что ЛРП обладает свойствами ФД, но и то, что она в силу своей симметрии может быть представлена также четырехполюсником. Униполярность токов и напряжений в элементах ЛРП на отрезке времени 0…t дает возможность создавать на основе ОИЛ, эквивалентных ЛРП, принципиально новые формирующие устройства – линии с квазираспределенным диодом (ЛРД) и линии с квазираспределенным ключом (ЛРК) или с управляемым вентилем, обладающие и новыми формирующими свойствами [10]–[13]. Такие устройства, достаточно просто реализуемые на практике, позволяют решить целый ряд новых задач, определяемых потребностями импульсных электротехнологий и требующих регулируемого во времени импульсного энерговклада как в линейные, так и в нелинейные нагрузки.
1.4. Принципы построения зарядных устройств
емкостных накопителей
При работе генераторов импульсов различают две основные стадии – стадию заряда накопителя и стадию его разряда на нагрузку. В генераторах импульсов накопление энергии обычно происходит в электрическом поле конденсаторов, иногда – в магнитном поле индуктивностей. Следует отметить, что процесс хранения электромагнитной энергии в электрическом поле происходит практически без потерь, а хранение энергии в магнитном поле индуктивных элементов постоянно сопровождается протеканием тока и, соответственно, потерями, существенно снижающими КПД генераторов. В связи с этим на практике нашли применение в основном емкостные накопители энергии и процессы заряда рассматриваются в данной работе применительно только к ним. Поскольку процессы заряда во времени длятся существенно дольше процессов разряда, то даже в случае заряда ФД с расщепленным емкостным накопителем (РЕН), т. е. ФД 1-го рода и ОИЛ, сам ФД можно рассматривать как сосредоточенную емкость , значение которой определяется суммой емкостей ячеек. В ФД 2-го рода накопителем, как будет показано далее, является только одна емкость . В силу этого процесс заряда ФД всегда можно рассматривать как процесс заряда сосредоточенной емкости и проблемы заряда являются общими для цепей любого вида. Поскольку в большинстве случаев ФД за время генерирования импульсов разряжается полностью (согласованный режим разряда), начало процесса заряда происходит при нулевых начальных условиях. Так как в качестве источников питания в основном используются источники ЭДС, возникает проблема ограничения тока заряда, которая решается различными способами, а их выбор определяется в первую очередь рабочими частотами генераторов.
Наиболее простым и надежным является резистивный заряд емкостных накопителей от источника постоянного напряжения Е (рис. 1.5), который может быть использован при любых рабочих частотах. Этот вид заряда нашел широкое применение в генераторах с частичным разрядом емкостных накопителей, поскольку при этом удается получать приемлемые значения КПД процесса заряда [7]. Однако в случае работы генератора в режиме полного разряда ФД или емкостного накопителя КПД процесса заряда не превышает 50 %. Это существенно ограничивает область применения данного вида заряда, который может быть использован только в маломощных установках.
В тех случаях, когда рабочая частота генератора меньше частоты питающей сети ( < ), могут быть применены сетевые выпрямители с реактивными ограничителями тока заряда, включенными в фазные провода питающей сети. На рис. 1.6 в качестве примера приведена схема однофазного зарядного устройства, у которого ограничивающим зарядный ток элементом является индуктивный реактор , но может быть использован и емкостный балласт, когда вместо индуктивного реактора ставится конденсатор, способный работать на частоте питающей сети. Если рабочая частота генератора выше частоты питающей сети ( > ), используют выпрямители и промежуточные емкостные накопители , значение которых должно существенно превышать значение статической емкости ФД, т. е. >> , что позволяет рассматривать такой вид заряда как заряд от источника напряжения Е. Если при этом в качестве токоограничивающего устройства используется зарядная индуктивность , заряд называется индуктивным, а в присутствии диода VD (рис. 1.7) сам процесс заряда называется резонансно-диодным. Длительность процесса заряда, определяющаяся параметрами резонансного контура – , равна а наличие вентиля VD обеспечивает сохранение зарядного напряжения на уровне >E, причем в режиме полного разряда ФД = 2Е. Кроме этого, существуют еще два вида индуктивного заряда – резонансный, когда и линейный, когда .
Резонансно-диодный заряд представляет наибольший интерес, поскольку обеспечивает двойное напряжение заряда по сравнению с напряжением источника питания, позволяет в широких пределах регулировать выходную частоту генератора, избегая промежуточных переходных процессов, и имеет высокий КПД [9]. Некоторым недостатком этого вида заряда является сложность регулирования уровня зарядного напряжения, для чего обычно используются регулируемые источники питания, например управляемые выпрямители. Как будет показано далее, существуют схемные решения, позволяющие регулировать напряжение заряда при питании от источника неизменного напряжения.
Существенный интерес представляет собой заряд емкостных накопителей от источников тока. В качестве таких источников обычно используют индуктивно-емкостные преобразователи (ИЕП), которые преобразуют источники гармонического напряжения в источники гармонического тока и после выпрямления обеспечивают заряд емкостных накопителей постоянным и неизменным током.
Более сложной задачей является заряд расщепленных емкостных накопителей (РЕН), представляющих собой n конденсаторов, имеющих общую шину и n раздельных зажимов, которые обеспечивают подключение каждого накопителя к зарядным и разрядным цепям. Основной проблемой здесь является необходимость получения регулируемых в широких пределах уровней зарядных напряжений каждой из отдельных ячеек РЕН. Наиболее интересным представляется использование в качестве зарядного устройства одного общего нерегулируемого источника питания и коммутатора зарядного тока (КЗТ), обеспечивающего переключение общей цепи заряда с одной ячейки РЕН на другую без прерывания тока заряда.
2. Генераторы прямоугольных
импульсов тока на основе реактивных
формирующих двухполюсников
-
-
-
В книжной версии
Том 11. Москва, 2008, стр. 167
-
Скопировать библиографическую ссылку:
Авторы: Г. Н. Александров
И́МПУЛЬСНЫЙ ГЕНЕРА́ТОР, электронное устройство для создания одиночных или последовательностей электрич. импульсов. Обычно И. г. состоит из задающего источника колебаний и формирователя, создающего импульсы необходимой формы (напр., прямоугольной), длительности и амплитуды (мощности). Источником колебаний может служить генератор гармонических (синусоидальных) колебаний или релаксационный генератор (см. Генератор электрических колебаний). Основу формирователей импульсов составляют линейные электрич. элементы и электронные ключи. Функции линейных элементов выполняют импульсные усилители, дифференцирующие и интегрирующие цепи, импульсные трансформаторы и линии задержки. В качестве ключей используются электронные приборы с нелинейной вольт-амперной характеристикой (ПП диоды, транзисторы, электронные лампы, ферритовые сердечники и др.). Нелинейные (ключевые) формирователи характеризуются отсутствием положительной обратной связи; формирование импульсов происходит за счёт ограничения уровня сигнала или переключения тока в выходной цепи. Регенеративные формирующие устройства с положительной обратной связью позволяют получать как одиночные видеоимпульсы, так и их последовательности. К таким устройствам относятся триггеры, мультивибраторы, блокинг-генераторы и генераторы линейно изменяющегося сигнала. Для получения радиоимпульсов И. г. используют как модулятор ВЧ-генератора. В радиоэлектронной и измерит. аппаратуре, устройствах автоматики и вычислит. техники И. г. также применяются в качестве измерительного генератора.
В технике высоких напряжений широкое распространение находят высоковольтные И. г., предназначенные для создания мощных импульсных токов (до 107 А и более) и напряжений (до 107 В). Такие генераторы, как правило, состоят из ряда конденсаторов высокого напряжения (см. Конденсатор электрический), набора резисторов, зарядного устройства и устройства измерения импульсного напряжения (тока). Все конденсаторы заряжаются параллельно. В И. г. напряжения с помощью разрядников заряженные конденсаторы соединяются последовательно, что приводит к увеличению напряжения на выходе приблизительно в $n$ раз, где $n$ – число конденсаторов. Форма импульса на выходе генератора обеспечивается подбором ёмкостей конденсаторов, сопротивлений резисторов и схемы разрядной цепи. В И. г. тока при разряде конденсаторы остаются соединёнными параллельно. Высоковольтные И. г. широко применяются, напр., для испытаний изоляции разл. электрооборудования, имитации внутр. и грозовых перенапряжений в электрич. сети и др.
RU (11) (51) МПК H03K 17/00 ( )
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ (19) RU (11) (51) МПК H03K 17/00 (2006.01) 167 664 (13) U1 R U 1 6 7 6 6 4 U 1 ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ (12) ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ (21)(22)
С.А. Иванская ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ ГОУ СПО «Минераловодский колледж железнодорожного транспорта» С.А. Иванская ЭЛЕКТРОТЕХНИКА Методические рекомендации по освоению теоретического материала и
Áapple ÓÚÍ ÒËÒÚÂÏ Á appleˇ
Áapple ÓÚÍ ÒËÒÚÂÏ Á appleˇ ÂÏÍÓÒÚÌ ı Ì ÍÓÔËÚÂÎÂÈ ÌÂapple ËË ÒÚ 4 Это завершающая статья цикла, посвященного разработкам систем заряда емкостных накопителей энергии (СЭ 4 за 2008 год и 1 2 за 2009 год).
Электромагнитные колебания и волны.
Вариант 1. 1. Конденсатор электроемкостью 500 пф соединен параллельно с катушкой длиной 40см и площадью поперечного сечения 5 см 2. Катушка содержит 1000 витков. Сердечник немагнитный. Найти период колебаний
Электромагнитный источник энергии (
Линевич Э. И. [email protected] Приморский край, г. Артём Электромагнитный источник энергии (физические основы принципа действия) Предлагается генератор электрической энергии, который может быть использован
Электрические колебания
Электрические колебания Примеры решения задач Пример В схеме изображенной на рисунке ключ первоначально находившийся в положении в момент времени t переводят в положение Пренебрегая сопротивлением катушки
Тема 1. Линейные цепи постоянного тока.
МЕТОДИЧЕСКОЕ УКАЗАНИЕ 2 системы и технологии» Тема 1. Линейные цепи постоянного тока. 1. Основные понятия: электрическая цепь, элементы электрической цепи, участок электрической цепи. 2. Классификация
Сборник задач для специальности ОП 251
Сборник задач для специальности ОП 251 1 Электрическое поле. Задания средней сложности 1. Два точечных тела с зарядами Q 1 =Q 2 = 6 10 11 Кл расположены в воздухе на расстоянии 12 см друг от друга. Определить
С.А. Иванская ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ ГОУ СПО «Минераловодский колледж железнодорожного транспорта» С.А. Иванская ЭЛЕКТРОТЕХНИКА Методические рекомендации по освоению теоретического материала и
http://library.bntu.by/krutov-v-teoreticheskie-osnovy-elektrotehniki ВВЕДЕНИЕ… З 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ…5 1.1. Основные сведения об электромагнитном поле…5 1.2. Электростатическое поле. Закон Кулона…
ВВЕДЕНИЕ В ЭЛЕКТРОТЕХНИКУ
ВВЕДЕНИЕ В ЭЛЕКТРОТЕХНИКУ Задача 1. В схеме R 1 = R 3 = 40 Ом, R 2 = 20 Ом, R 4 = 30 Ом, I 3 = 5 А. Вычислить напряжение источника U и ток I 4. Зная ток I 3 (ток в резисторе R 3 ) по закону Ома найдем
Лекция 12 ИНВЕРТОРЫ. План
5 Лекция 2 ИНВЕРТОРЫ План. Введение 2. Двухтактный инвертор 3. Мостовой инвертор 4. Способы формирования напряжения синусоидальной формы 5. Трехфазные инверторы 6. Выводы. Введение Инверторы устройства,
Лекция 8 ВЫПРЯМИТЕЛИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ) План
75 Лекция 8 ВЫПРЯМИТЕЛИ (ПРОДОЛЖЕНИЕ) План 1. Введение 2. Однополупериодный управляемый выпрямитель 3. Двухполупериодные управляемые выпрямители 4. Сглаживающие фильтры 5. Потери и КПД выпрямителей 6.
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ УЛЬЯНОВСКОЕ ВЫСШЕЕ АВИАЦИОННОЕ УЧИЛИЩЕ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ
U а) 2 А, б) 5 А, в) 10 А
Тест по электротехнике. Вариант 1. 1.Какие приборы изображены на схеме? а) электрическая лампочка и резистор; б) электрическая лампочка и плавкий предохранитель; в) источник электрического тока и резистор.
3.4. Электромагнитные колебания
3.4. Электромагнитные колебания Основные законы и формулы Собственные электромагнитные колебания возникают в электрической цепи, которая называется колебательным контуром. Закрытый колебательный контур
RU (11) (51) МПК H02M 7/06 ( )
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ (19) RU (11) (51) МПК H02M 7/06 (2006.01) 170 594 (13) U1 R U 1 7 0 5 9 4 U 1 ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ (12) ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ (21)(22)
Закон Ома:,, — мгновенная мощность
.3 Идеализированные пассивные элементы цепи: сопротивление, емкость, индуктивность Идеальный элемент наделяется только основным свойством реального элемента, а второстепенные свойства отбрасываются. Сопротивление
С.А. Иванская ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ ГОУ СПО «Минераловодский колледж железнодорожного транспорта» С.А. Иванская ЭЛЕКТРОТЕХНИКА Методические рекомендации по освоению теоретического материала и
СВАТРОННЫЕ ГИТ, ВЕДОМЫЕ СЕТЬЮ, ДЛЯ АДСН
УДК 621.21 В.А. Обрубов К.т.н., доцент, Российская академия народного хозяйства и государственной службы при Президенте РФ, Тольяттинский филиал г. Тольятти, Российская федерация СВАТРОННЫЕ ГИТ, ВЕДОМЫЕ
5. Электрические колебания
1 5 Электрические колебания 51 Колебательный контур Колебаниями в физике называют не только периодические движения тел но и всякий периодический или почти периодический процесс в котором значения той или
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»
Исследование режимов работы ГИТ
Исследование режимов работы ГИТ Общие сведения Емкостные накопители энергии (ЕНЭ) используются в физических экспериментах благодаря ряду достоинств: — малое внутреннее сопротивление(1010-3 Ом), — малая
Можно показать также, что
Индуктивно-связанные цепи «на ладони» Магнитная связь между двумя катушками появляется, если их потоки взаимно пронизывают витки (часть витков) друг друга. Потокосцеплением называется произведение потока
ГЛАВА 1. ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
ПРЕДИСЛОВИЕ ГЛАВА 1. ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА 1.1.Электрическая цепь 1.2.Электрический ток 1.3.Сопротивление и проводимость 1.4.Электрическое напряжение. Закон Ома 1.5.Связь между ЭДС и напряжением источника.
Получение коротких импульсов электромагнитного поля представляет собой весьма интересную и нетривиальную задачу. Практически любой искровой разряд, будь то молния катушки Тесла или умножителя напряжения, генерирует фронт электромагнитной волны с некоторой скоростью нарастания, не очень, однако, высокой. Гораздо эффективнее для этой цели генератор Маркса, поскольку там характерное время фронтов может быть весьма невелико, а эквивалентная частота — напротив, значительной (десятки-сотни МГц). Но использованию генераторов Маркса для исследования сверхкоротких импульсов мешает следующее соображение: разряд Маркса довольно-таки опасен для здоровья в случае прямого попадания (скажем прямо, потенциально летален), пробой происходит на разности потенциалов в сотни киловольт (что неудобно для работы), а ещё происходит редко (не чаще нескольких раз в секунду) и очень громко.
В принципе, существует много способов увеличить dV/dt помимо Маркса (например, т. н. генератор Блюмляйна), есть относительно простой способ получить сверхкороткие и мпульсы, известный в высоковольтном коммьюнити как «наносек» или «наносекундник». Его конструкция описывается довольно просто, хотя и содержит ряд редких и труднодоступных компонентов. В общем виде наносек представляет собой трансформатор на крупном ферритовом сердечнике низкой проницаемости в форме кольца или топологического эквивалента (для домашних изделий характерные значения составляют μ=300-400, сечение 500-1000 мм^2), намотанный толстым коаксиальным кабелем в 6-10 витков. У коаксиального кабеля счищен верхний слой изоляции и оплётка разрезана таким образом, чтобы сформировать примерно 4/5 одного полного витка, проходящего через кольцо. Края этого толстого витка подключаются затем, при помощи низкоиндуктивной подводки (например, медной ленты), последовательно, к импульсному конденсатору (КВИ-3 или К15-10, характерный номинал от 1 до 10 нф), соединённому опять же последовательно с разрядником-обострителем (я использовал РУ-62 в режиме неуправляемого автопробоя при превышении рабочего напряжения). На конденсатор подаётся постоянное напряжение, порядка 10-20 кВ, например со строчника с УН-9/27. Один из концов вторичной обмотки (которой является жила коаксиального кабеля) заземляется, второй остаётся в воздухе.
Теперь как всё это работает. Когда конденсатор заряжается до значения напряжения, превышающее максимально допустимое для разрядника-обострителя, в последнем случается пробой разрядного промежутка. Из-за особенностей дизайна разрядника (пробой происходит в водороде под давлением выше атмосферного) импульс уже сам по себе оказывается весьма коротким. Далее, через разрядник контур замыкается на первичную обмотку наносека (оплётка коаксиального кабеля) и формирует ВЧ колебания. А теперь происходит самое интересное. Эта конструкция трансформатора — первичная обмотка из оплётки коаксиала и вторичная — из его жилы — обеспечивает, во-первых, высокий коэффициент связи, во-вторых, повышение напряжения согласно коэффициенту трансформации, и, в-третьих, что нас интересует более всего, — возрастание dV/dt пропорционально тому же коэффициенту трансформации.
Достаточно теории. Вот так это всё выглядит в простейше-примитивном варианте. Нетрудно разглядеть все перечисленные элементы (феррит, коаксиал, разрядник, конденсатор). При подаче питания, если всё сделано правильно, устройство начинает генерировать с горячего конца разряды очень необычной формы. Они видны только в полной темноте, и представляют собой облако фантомных нитей, едва заметных глазом, причем их длина может достигать значительной величины (до 10 см при описанной конструкции). Их частота зависит, в основном, от мощности источника питания. Они безопасны и их можно трогать пальцами, подносить к газоразрядным приборам и так далее. Генерируемые наносеком формируют невероятной красоты перьевые фрактальные разряды разных цветов внутри моих самодельных плазменных шаров.
Главная связанная с ним опасность заключается в неприспособленности бытовой техники и электроники к подобным помехам. Наносек — вполне себе актуальное оружие электромагнитного хулиганства, способное с лёгкостью уничтожить заметный процент офисного и сетевого оборудования в радиусе десятков метров вокруг себя за разумное время. Причём его не надо никуда даже совать или подносить, всё происходит само собой просто от помех. У лично меня за полчаса игр с разрядами умерли без возможности восстановления роутер, вайфай-мост и аудиосистема компьютера (!), содержавшая в себе дубовейшие старые TDA-усилители. Всем собирающим подобное рекомендуется тщательно ознакомиться с техникой безопасности при работе с СВЧ-системами и изучить теорию воздействия сверхкоротких ЭМ-импульсов на окружающую среду. Иначе можно легко остаться без компа, сети, айфона и другой бытовой электроники, а заодно лишить её соседей. Beware.
Метки отсутствуют.Simscape / Электротехника / Специализированные системы питания / Контроль и измерения / Импульсные и Генераторы сигналов
Simscape / Электротехника / Специализированные системы питания / Фундаментальные блоки / Питание Электроника / Генераторы импульсов и сигналов
Описание
Блок импульсных генераторов (тиристор) генерирует две последовательности импульсов. Они управляют 12-ти импульсным тиристорным преобразователем, выполненным из двух трехфазных двухволновые тиристорные мосты (также называемые мостами Гретца).В устойчивом состоянии условие, каждая последовательность импульсов состоит из шести равноотстоящих квадратных импульсов со сдвигом 60 градусов между ними.
Первый набор импульсов (PY) отправляется на шестиимпульсный мост подключен к вторичной обмотке Wye (Y) преобразователя Y / Y / Delta трансформатор. Второй набор импульсов (ПД) отправляется на шестиимпульсный мост соединен с треугольником вторичной обмотки преобразовательного трансформатора. Импульсы ЧР могут быть установлены на опережение или отставание импульсов PY на 30 электрических градусов, в зависимости от конфигурации соединения дельта преобразователь трансформатор.
На следующем рисунке показан пример генератора импульсов (тиристор) блок подключен к 12-ти импульсному тиристорному преобразователю.
Блок импульсного генератора (тиристор) может быть запрограммирован для управления шестиимпульсный тиристорный преобразователь, выполненный из одного трехфазного двухволнового тиристорный мост. В этой конфигурации последовательность импульсов ПД не генерируется и блок выводит только последовательность импульсов PY. Пульс Поезд, переименованный в P, подходит для моста Гретца, соединенного с конвертером. трансформатор, без фазового сдвига между первичной и вторичной обмотками.
Порядок следования импульсов в последовательности импульсов соответствует естественному порядок коммутации трехфазного тиристорного моста, как показано в следующий рисунок.
В таблице ниже приведены коммутационные напряжения для тиристоров в соответствии с трансформатором подключение. Подключение трансформатора отражает сдвиг фаз между источником переменного тока и тиристоры.
| Тиристор с зажиганием | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Тиристор с гашением | 5 | 6 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| Напряжение коммутации для соединения YY | В перем. Тока | Vbc | Vba | Vca | Vcb | Vab |
| для Y-D1 ( отстает) | -Vc | Vb | -Va | Vc | -Vb | Va |
| для Y-D11 (ведущий) | Va | -Vc | Vb | -Va | Vc | -Vb |
Блок импульсного генератора (тиристор) управляется альфа
Угол опорного сигнала и сигнала синхронизации дикого типа.Сигнал wt представляет собой угол, изменяющийся между 0 и 2 * пи радиан, синхронизированный
на пересечении нуля основной (положительной последовательности) фазы
А первичного напряжения трансформатора преобразователя. Сигнал wt
обычно получается из системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).
Блок генератора импульсов (тиристор) генерирует внутренний вес рампы для управления импульсами. Угол задержки альфа выражается в электрические градусы, на которые задерживается импульс относительно угла ноль его коммутирующего напряжения.На рисунке показано, как PY импульс Поезд генерируется.
Блок импульсного генератора (тиристор) может быть настроен для работы в двухимпульсном режиме. В этом режиме два импульса посылаются на каждый тиристор: первый импульс при достижении угла альфа, а затем второй импульс 60 градусов спустя, когда запускается следующий тиристор. Этот рисунок показывает двойные импульсы в последовательности импульсов PY.
.Электрогенератор | инструмент | Британика
Электрический генератор , также называемый Динамо , любая машина, которая преобразует механическую энергию в электричество для передачи и распределения по линиям электропередачи для бытовых, коммерческих и промышленных потребителей. Генераторы также вырабатывают электроэнергию, необходимую для автомобилей, самолетов, кораблей и поездов.
Британика Викторина
Гаджеты и технологии: факты или вымысел?
Создание мобильного телефона занимает очень мало ресурсов.
Механическая мощность для электрического генератора обычно получается от вращающегося вала и равна крутящему моменту вала, умноженному на вращательную или угловую скорость. Механическая сила может поступать из нескольких источников: гидравлические турбины на плотинах или водопадах; Ветряные турбины; паровые турбины, использующие пар, вырабатываемый теплом от сжигания ископаемого топлива или от ядерного деления; газовые турбины, сжигающие газ непосредственно в турбине; или бензиновые и дизельные двигатели.Конструкция и скорость генератора могут значительно различаться в зависимости от характеристик механического первичного двигателя.
Почти все генераторы, используемые для питания электрических сетей, генерируют переменный ток, который меняет полярность на фиксированной частоте (обычно 50 или 60 циклов, или двойные инверсии в секунду). Поскольку несколько генераторов подключены к электрической сети, они должны работать на одной частоте для одновременной генерации. Поэтому они известны как синхронные генераторы или, в некоторых случаях, генераторы переменного тока.
Синхронные генераторы
Основная причина выбора переменного тока для электрических сетей заключается в том, что его постоянное изменение во времени позволяет использовать трансформаторы. Эти устройства преобразуют электрическую мощность при любом напряжении и токе, которые она генерирует, в высокое напряжение и низкий ток для передачи на большие расстояния, а затем преобразуют ее в низкое напряжение, подходящее для каждого отдельного потребителя (обычно 120 или 240 вольт для бытовых нужд). Конкретной формой используемого переменного тока является синусоида, которая имеет форму, показанную на рисунке 1.Это было выбрано потому, что это единственная повторяющаяся форма, для которой две волны, смещенные друг от друга во времени, могут быть добавлены или вычтены и имеют ту же самую форму, что и результат. В таком случае идеально иметь все напряжения и токи синусоидальной формы. Синхронный генератор предназначен для создания этой формы настолько точно, насколько это практически возможно. Это станет очевидным, поскольку основные компоненты и характеристики такого генератора описаны ниже.
Синусоида. Encyclopædia Britannica, Inc. Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской. Подпишитесь сегодняРотор
Элементарный синхронный генератор показан в поперечном сечении на рисунке 2. Центральный вал ротора соединен с механическим первичным двигателем. Магнитное поле создается проводниками или катушками, намотанными в прорези на поверхности цилиндрического железного ротора. Этот набор катушек, соединенных последовательно, известен как обмотка возбуждения. Положение катушек возбуждения таково, что направленная наружу или радиальная составляющая магнитного поля, создаваемого в воздушном зазоре статора, приблизительно синусоидально распределена по периферии ротора.На рисунке 2 плотность поля в воздушном зазоре максимальна наружу сверху, максимальна внутрь снизу и равна нулю с двух сторон, что приблизительно соответствует синусоидальному распределению.
Элементарный синхронный генератор. Encyclopædia Britannica, Inc.Статор элементарного генератора на рисунке 2 состоит из цилиндрического кольца из железа, чтобы обеспечить легкий путь для магнитного потока. В этом случае статор содержит только одну катушку, две стороны которой расположены в пазах утюга, а концы соединены друг с другом изогнутыми проводниками по периферии статора.Катушка обычно состоит из нескольких витков.
Когда ротор вращается, в катушке статора возникает напряжение. В любой момент величина напряжения пропорциональна скорости, с которой магнитное поле, окруженное катушкой, изменяется во времени, то есть скорости, с которой магнитное поле проходит две стороны катушки. Следовательно, напряжение будет максимальным в одном направлении, когда ротор повернут на 90 ° от положения, показанного на рисунке 2, и будет максимальным в противоположном направлении на 180 ° позже.Форма сигнала напряжения будет приблизительно синусоидальной формы, показанной на рисунке 1.
Роторная структура генератора на рисунке 2 имеет два полюса, один для магнитного потока, направленного наружу, и соответствующий для потока, направленного внутрь. Одна полная синусоида индуцируется в катушке статора за каждый оборот ротора. Следовательно, частота электрического выхода, измеренная в герцах (циклов в секунду), равна скорости ротора в оборотах в секунду. Например, чтобы обеспечить подачу электроэнергии с частотой 60 Гц, первичный двигатель и частота вращения ротора должны составлять 60 оборотов в секунду или 3600 оборотов в минуту.Это удобная скорость для многих паровых и газовых турбин. Для очень больших турбин такая скорость может быть чрезмерной по причинам механического напряжения. В этом случае ротор генератора имеет четыре полюса с интервалом 90 °. Напряжение, индуцированное в катушке статора, которая охватывает аналогичный угол 90 °, будет состоять из двух полных синусоидальных волн за оборот. Необходимая частота вращения ротора при частоте 60 герц составляет 1800 оборотов в минуту. Для более низких скоростей, которые используются в большинстве водяных турбин, можно использовать большее количество пар полюсов.Возможные значения скорости вращения ротора в оборотах в минуту равны 120 f / p , где f — частота, а p — число полюсов.
,Импульсная мощностьи ее применение
Импульсная мощность — это технология, которая заключается в накоплении энергии в течение некоторого периода времени, а затем ее высвобождении очень быстро. Поскольку мощность равна энергии (или работе), деленной на время, идея состоит в том, чтобы излучать постоянное количество энергии в максимально короткие сроки. Это продлится всего лишь доли секунды, но эта мгновенная сила имеет очень интересные приложения. С помощью этой технологии были получены уровни мощности более 300 тераватт.Эта технология для неограниченных бюджетов, или она доступна обычному хакеру?
Рассмотрим, например, разрядку конденсатора. Большой 450 В, 3300 мкФ электролитический конденсатор разряжается примерно за 0,1 секунды (сильно зависит от конструкции конденсатора). Поскольку запасенная в нем энергия равна 1/2 CV², что дает 334 Джоуля энергии, мощность будет составлять 3340 Вт. На самом деле популярным хакерским проектом является создание крупных конденсаторных батарей. Когда у вас есть банк и способ его зарядки, вы можете использовать его для питания очень интересных устройств, таких как:
Портативный, 1.25 кДж ружье от [Джейсон Мюррей] В частности,Railguns подвергаются серьезным исследованиям. Возможно, вы читали о военно-морском оружии, способном развивать скорость дульного среза более чем 4600 миль в час (около 6 Маха), что больше, чем у любого другого оружия с взрывным приводом. Питание обеспечивается от конденсаторной батареи на 9 мегаджоулей. Конденсаторы разряжаются по двум проводящим рельсам, создавая электромагнитное поле, которое запускает снаряд вдоль рельсов. Износ рельса из-за огромных давлений и токов в диапазоне миллионов ампер все еще остается проблемой, которую необходимо решить.
Еще одним устройством, использующим конденсаторы для импульсов большой мощности, является генератор Маркса. Это очень простая схема, которая позволяет заряжать несколько конденсаторов параллельно, а затем внезапно разряжать их последовательно, используя искровые разрядники. Созданы очень большие генераторы Маркса для тестирования высоковольтных компонентов и других целей, но также очень легко создать небольшой симулятор молнии за час, если у вас есть конденсаторы и резисторы высокого напряжения. Генераторы Маркса используются в Z-машине, проекте Sandia National Labs для исследований слияния, который способен снять 26 миллионов ампер за 95 наносекунд.Было получено 3,7 миллиарда кельвинов.
Генератор Маркса является частным случаем сети, формирующей импульсы, или PFN. Конденсаторы, катушки индуктивности и линии электропередачи или их комбинации используются для накопления энергии в различных топологиях. Затем сеть разряжается в нагрузку через высоковольтный выключатель
Линия электропередачи ПФН. Четворно, через достояние Викимедиа., таких как искровой разрядник или тиратрон. Линия передачи PFN интересна тем, что емкость проводников в линии используется как для передачи, так и для накопления энергии.Когда источник питания подключен, он медленно заряжает емкость линии через R S . Когда переключатель замкнут, на нагрузку подается напряжение, равное В, /2, накопленный в линии заряд начинает разряжаться через нагрузку током В, Z, , , 0 и напряжением. шаг движется вверх по линии к источнику.
Компрессоры(портманто для компенсированного импульсного генератора) — это еще один способ подачи импульсов сильного тока.Они преобразуют энергию вращения от маховика непосредственно в электрическую энергию. Компульсатор работает аналогично обычному генератору переменного тока, но сконструирован с минимальной индуктивностью обмоток для подачи чрезвычайно высоких токов в очень короткие периоды времени. Существует мало информации о дизайне компульсоров, и, насколько нам известно, ни один любитель никогда не делал этого. У вас есть домашнее задание.
Alternator vs compulsator упрощенные конструкции. От Weldon et al.Генератор сжатия потока с взрывной накачкой, или сокращенно EPFCG, представляет собой устройство, генерирующее электромагнитный импульс большой мощности с использованием взрывчатого вещества для сжатия магнитного потока.Миллионы ампер и десятки тераватт энергии вырабатываются EPFCG за один импульс, так как устройство разрушается при работе.
Этапы сжатия потока. Кроквант, через достояние Викимедиа.Три основных этапа сжатия потока показаны выше.
- Внешнее магнитное поле пронизывает замкнутый кольцевой проводник.
- Диаметр кольца уменьшен взрывчаткой. Изменение магнитного потока индуцирует ток в кольце, который, в свою очередь, создает новое магнитное поле, так что общий поток внутри кольца сохраняется.
- Внешние и индуцированные магнитные поля складываются так, что общий магнитный поток остается постоянным, и в кольце создается ток.
Процесс сжатия позволяет (частично) преобразовать химическую энергию взрывчатых веществ в энергию интенсивного магнитного поля, окруженного соответственно большим электрическим током. Есть несколько конструкций EPFCG. На рисунке показан тип полой трубы.
Импульсная мощность также используется в ускорителях частиц и лазерах большой мощности, и эта технология быстро развивается.
Если вы только начинаете, вы можете поэкспериментировать с конденсаторными батареями, которые являются относительно простым способом получения импульсной мощности. Но если вы это сделаете, примите все необходимые меры предосторожности. Уровни мощности могут быть чрезвычайно опасными.
,