WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

В разделе 2.2 рассмотрены передаточные свойства зарядного трансформатора, работающего в чопперном режиме, который позволяет реализовать передачу энергии в формирующую линию без использования промежуточного емкостного накопителя, как это делается в трансформаторе Тесла. Схема трансформатора, реализующего чопперный режим заряда формирующей линии, представлена общей схемой, приведенной на рисунке 8, при этом ключ S1, который должен обеспечивать, как управляемое замыкание, так и управляемое размыкание цепи, может быть реализован с помощью IGBT - транзисторов или запираемых тиристоров.

Рис. 8. Схема трансформатора, реализующая

чопперный зарядный режим

Заряд ёмкостного накопителя вторичного контура состоит из двух фаз - первая, из которых связана с разгоном тока в первичном контуре трансформатора и начинается с момента замыкания ключа S1, а вторая, связанная с высвобождением энергии магнитного поля, запасённой в трансформаторе, возникает после размыкания этого ключа в момент t=toff. Как и в предыдущем случае, предполагается, что время передачи энергии в нагрузку, инициируемое замыканием ключа S2, в момент t=t*, существенно меньше времени передачи энергии между контурами трансформатора.

Передаточные свойства этой схемы можно оценить коэффициентом передачи, который зависит от добротности контуров, коэффициента связи и продолжительности первой фазы зарядного процесса (Е - э.д.с. источника, -момента размыкания ключа первичного контура). На основе соотношений для динамики токов и напряжений в контурах трансформатора была исследована зависимость коэффициента передачи энергии и к.п.д., в зависимости от добротности первичного контура в диапазоне значений -, при оптимальных коэффициенте связи контуров, определяемом из диапазона -, продолжительности начальной фазы заряда (время открытого состояния ключа первичного контура) в диапазоне, добротности вторичного контура.

Добротность первичного RL - контура определена на собственной частоте вторичного контура, т.е.. Рассматриваемый диапазон значений параметров выбран, исходя из их реализуемости в мощных зарядных трансформаторах с высоким коэффициентом трансформации. Иллюстрация этих зависимостей приведена на рисунках 9-11.

Рис. 9 Максимальный коэффициент передачи энергии

Рис. 10. Оптимальный коэффициент связи контуров

Рис. 11. Эффективность передачи энергии

В разделе 2.3 приведён анализ процесса заряда ёмкостного накопителя с помощью трансформатора, работающего в квазигармоническом режиме. Так как для повышающего трансформатора характерна большая индуктивность вторичного контура, то, для упрощения анализа, добротность вторичного контура принята неограниченно большой. В этом случае зарядное устройство может быть представлено общей схемой, приведенной на рисунке 12.

Рис. 12. Схема зарядного трансформатора, работающего в квазигармоническом режиме

Получено, приближённое решение, описывающее динамику напряжения на заряжаемой емкости вторичного контура, позволяющее оценить влияние различных параметров на процесс её заряда, а также произвести расчёт времени зарядного процесса. При этом для получения аналитического решения использована линеаризация процессов в схеме путём замены меандра, формируемого ключом S, на его первую гармонику и нелинейного элемента (выпрямителя) на амплитудный аттенюатор.

Зависимость эффективности зарядного процесса, полученная в рамках такого приближения, приведена на рисунке 13.

Рис. 13. Зависимость к.п.д. от коэффициента передачи

В третьей главе рассмотрена реализация процессов управляемого заряда емкостных накопителей с помощью бестрансформаторных схем.

В разделе 3.1 рассмотрен зарядный преобразователь бустерного типа, который может быть представлен схемой, приведенной на рисунке 14.

Рис. 14. Схема зарядного преобразователя бустерного типа

Рассмотрено обобщённое соотношение, определяющее эффективность однотактного зарядного процесса в таком преобразователе. Характер зависимости эффективности (к.п.д.) этого процесса, в зависимости от момента запирания ключа - * (фазы прерывания тока), при нулевых начальных условиях, приведён на рисунке 15, где.

Рис. 15. Характер зависимости к.п.д. от прерываемого тока

В разделе 3.2 рассмотрена эффективность зарядного процесса, реализуемого преобразователем чопперного типа, схема которого приведена на рисунке 16.

Рис. 16. Схема зарядного преобразователя чопперного типа

Получено итерационное соотношение, позволяющее методом последовательного приближения, производить расчёт момента запирания ключа, обеспечивающего заряд емкости до требуемого напряжения, а также соотношение, определяющее эффективность (к.п.д.) зарядного процесса в зависимости от момента запирания ключа - и добротности зарядного контура при нулевых начальных условиях, характер которого иллюстрируется рисунком 17.

Рис. 17. Зависимость КПД от зарядного напряжения и добротности Q

В четвёртой главе рассмотрена реализация трёх генераторов сильноточных наносекундных импульсов, выполненных на основе разряда двухпроводных коаксиальных формирующих линий с использованием коммутирующих газовых разрядников высокого давления и встроенного зарядного трансформатора Тесла. Формирование импульсов в этих генераторах реализовано с помощью трёхступенчатого преобразователя, где первая ступень, реализующая управляемый заряд первичного емкостного накопителя, выполнена в виде бестрансформаторной чопперной схемы, вторая ступень, реализующая заряд ёмкости коаксиальной формирующей линии, выполнена с помощью трансформатора Тесла, встроенного в эту линию, а третья ступень, отвечающая за формирование наносекундного импульса, реализована путем разряда коаксиальной линии через газовый разрядник высокого давления. Общая схема генераторов приведена на рисунке 18.

Рис. 18. Общая схема генерации наносекундных импульсов.

В разделе 4.1 рассмотрена реализация генератора наносекундных импульсов на основе коаксиальной линии с комбинированной глицерино-плёночной изоляцией и запускаемого двухзазорного газового разрядника с кольцевой формой электродов. Генератор обеспечивает формирование серии сильноточных импульсов ускоряющего напряжения наносекундной длительности, для релятивистских СВЧ-генераторов с параметрами:

- ускоряющее напряжение до 700 кВ,

- импеданс согласованной нагрузки 80 Ом,

- длительность импульса 20 нс,

- длительность переднего фронта 4 нс,

- частота следования импульсов до 500 Гц,

- продолжительность серии импульсов до 5 сек,

- эффективность трансформатора Тесла 50%.

Упрощенная схема генератора, форма выходного импульса напряжения генератора на 80-Омном выходе, нагруженном на 110-Омный СВЧ-генератор (3-х сантиметровую ЛОВ со взрывоэмиссионным катодом), и форма СВЧ-излучения на выходе ЛОВ приведены на рисунках 19, 20.

Рис. 19. Упрощенная электрическая схема генератора

Рис. 20. Осциллограмма пачки импульсов ускоряющего

напряжения (1) и огибающей СВЧ-излучения (2)

время -20 нс/дел, напряжение - 200 кВ/дел, СВЧ - 150 МВт/дел

В разделе 4.2 рассмотрена реализация генератора наносекундных импульсов на основе отрезка одинарной линии с газовой изоляцией и двухзазорного кольцевого разрядника с регулируемыми зазорами, который обеспечивает формирование импульсов со следующими параметрами:

- ускоряющее напряжение 100-350 кВ,

- импеданс нагрузки 50 Ом,

- длительность импульса 6 нс,

- частота следования импульсов до 100 Гц,

- продолжительность серии до 5 мин.,

- длительность фронтов импульса 1нс,

- эффективность трансформатора Тесла 55%.

Упрощенная схема генератора и форма выходного импульса напряжения генератора, приведены на рисунках 21, 22.

Рис. 21. Упрощенная электрическая схема генератора

Рис. 22. Осциллограмма напряжения выходного импульса

время -2 нс/дел, напряжение - 60 кВ/дел

В разделе 4.3 рассмотрена реализация генератора наносекундных импульсов на основе двойной формирующей линии (ДФЛ) с масляной изоляцией и управляемым многозазорным газовым разрядником, обеспечивающим наносекундную синхронизацию момента его коммутации, предназначенного для формирования сильноточного пучка электронов, используемого в СВЧ-генераторах 3-х и 10-ти сантиметрового диапазона длин волн, выполненных на основе низкоимпедансной лампы обратной волны с взрывоэмиссионным трубчатым катодом. Генератор имеет следующие параметры:

- ускоряющее напряжение 450-500 кВ,

- импеданс нагрузки 50 Ом,

- длительность импульса 30 нс,

- длительность фронта импульса 5 нс,

- частота следования импульсов до 700 Гц,

- продолжительность серии до 3 с,

- эффективность трансформатора Тесла 55%,

- полная эффективность 40%.

Упрощенная схема генератора, форма выходного импульса напряжения генератора, нагруженного на СВЧ-генератор (3-х сантиметровую ЛОВ), и форма СВЧ-излучения на выходе ЛОВ приведены на рисунках 23, 24.

Рис. 23. Упрощенная электрическая схема генератора

Рис. 24. Осциллограмма катодного напряжения и огибающей СВЧ-излучения

1 канал - катодное напряжение, 2 канал - СВЧ-излучение

время -20 нс/дел, выходное напряжение - 220 кВ/дел, СВЧ-излучение - 250 МВт/дел

В Заключении сформулированы основные результаты работы и положения, выносимые на защиту.

Основные результаты работы

1. Дано описание динамики тока через нагрузку при разряде одинарной (ОФЛ) и двойной (ДФЛ) формирующих линий через коммутаторы RL-типа, позволяющее, в частности, оценить величину наблюдаемого в эксперименте удлинения заднего фронта (среза) импульса, а также величину и форму постимпульсов.

2. Показано влияние различных вариантов форсирования скорости нарастания тока в искровых газовых разрядниках на энергопотери и форму фронта импульса.

3. Получены оптимальные передаточные характеристики трансформатора Тесла с ограниченной добротностью контуров в однополупериодном режиме заряда.

4. Получены оптимальные передаточные характеристики зарядного трансформатора, работающего в чопперном режиме, при ограниченной добротности первичного контура. Показано наличие оптимального коэффициента связи и оптимальной порции передаваемой энергии.

5. Получено приближенное описание динамики зарядного процесса, выполняемого с помощью трансформатора, работающего в квазигармоническом режиме.

6. Получена формула вычисления момента запирания ключа в чопперной схеме, обеспечивающая управление зарядным процессом в реальном времени.

7. На основе коаксиальной ОФЛ с плёночно-глицериновой изоляцией и двухзазорного управляемого разрядника с кольцевой формой электродов с системой запуска, встроенной в центральный электрод формирующей линии, создан генератор квазипрямоугольных импульсов с выходным импедансом 80 Ом, мощностью импульсов до 5 ГВт, длительностью импульсов 20 нс, длительностью фронта 4 нс, частотой следования импульсов до 500 Гц и режимом непрерывной работы до 5 секунд.

8. На основе коаксиальной ОФЛ с газовой изоляцией и адаптивного двухзазорного разрядника с кольцевой формой электродов создан компактный генератор квазипрямоугольных импульсов с выходным импедансом 50 Ом, мощностью импульсов до 2.5 ГВт, длительностью импульсов 6 нс, с длительностью фронта и спада менее 1 нс, частотой следования импульсов до 100 Гц и режимом непрерывной работы 5 мин.

9. На основе коаксиальной ДФЛ с масляной изоляцией и управляемого многозазорного разрядника с кольцевой формой электродов создан генератор квазипрямоугольных импульсов с выходным импедансом 50 Ом, мощностью импульсов до 4 ГВт при длительности импульсов 30 нс, длительности фронта 5 нс, с частотой следования импульсов до 700 Гц, джиттером 1 нс и режимом непрерывной работы до 3 секунд.

Список цитированной литературы

1*.Ковалёв Н.Ф., Петелин М.И., Райзер М.Д. и др. Генерация мощных импульсов электромагнитного излучения потоком релятивистских электронов. // Письма в ЖТФ, 1973, т. 18, вып. 4, с. 232-235.

2*.Гапонов-Грехов А.В., Петелин М.И. Релятивистская высокочастотная электроника. // Вестник АН СССР, 1979, №4, с. 11-23.

3*.Диденко А.Н., Юшков Ю.Г. Мощные СВЧ импульсы наносекундной длительности. М., Энергоатомиздат, 1984, 312 c.

4*.Миллер Р. Введение в физику сильноточных пучков заряженных частиц. М., Мир, 1984, 432 с.

5*.Громов А.В., Ковалёв Н.Ф. Расчёт тока электронного пучка в вакуумном диоде с кромочным магнитоизолированным катодом. // ЖТФ, 2006, т. 76, вып. 8, с. 19-24.

6*.Месяц Г.А. Импульсные ускорители для релятивистской СВЧ-электроники. // Сб. науч. тр. Релятивистская высокочастотная электроника. Горький, ИПФ АН СССР, 1984, с. 192-216.

7*.Быков Н.М., Губанов В.П., Гунин А.В. и др. Релятивистские импульсно-периодические СВЧ-генераторы сантиметрового диапазона длин волн. // Сб. науч. тр. Релятивистская высокочастотная электроника. Горький, 1988, вып. 5, с. 101-124.

8*.Ельчанинов А.С., Загулов Ф.Я., Коровин С.Д. и др. Сильноточные наносекундные ускорители электронов с высокой частотой следования импульсов // Сб. науч. тр. Вопросы атомной науки и техники. Электрофизическая аппаратура. 1987, № 23, стр. 33-36.

9*.Павловский А.И., Босамыкин В.С., Селемир В.Д. и др. Линейные индукционные ускорители для СВЧ-генераторов. // Сб. науч. тр. Релятивистская высокочастотная электроника. Горький, 1992, вып. 7, с. 81-103.

10*.Коровин С.Д., Месяц Г.А., Пегель И.В. и др. Механизм ограничения длительности микроволнового импульса релятивистской ЛОВ. // Письма в ЖТФ, 1999, т. 25, № 6, с. 27-36.

11*.Кремнев В.В. Месяц Г.А. Методы умножения и трансформации импульсов в сильноточной электронике. Новосибирск, Наука, 1987, 226 с.

12*.Мешков А.Н. Магнитные генераторы мощных наносекундных импульсов (обзор) // ПТЭ, 1990, № 1, с. 23.

13*.Вахрушин Ю.П., Анацкий А.И. Линейные индукционные ускорители. М., Атомиздат, 1978, 387 с.

14*.Грехов И.В., Месяц Г.А. Полупроводниковые наносекундные диоды для размыкания больших токов. УФН, 2005, № 6.

15*.Ковальчук Б.М., Кремнев В.В., Поталицын Ю.Ф. Сильноточные наносекундные коммутаторы. Новосибирск, Наука, 1979, 172 с.

16*.Линтвиненко О.Н., Сошников В.И. Расчёт формирующих линий. К., ГТИ, 1962, 116 с.

17*.Смит Л. Формирующие линии с жидким диэлектриком. // Накопление и коммутация энергии больших плотностей. М., Мир, 1979, 23 с.

18*.Месяц Г.А. Генерирование мощных наносекундных импульсов. М., Сов. радио, 1974, 255 с.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»