6.7. Методика расчета параметров гин.

Поскольку конструкция ГИН представляет собой цепную схему с примерно одинаковыми параметрами звеньев, в том числе и паразитных параметров, то при пробое коммутаторов его можно эквивалентировать некоторой длинной линией с равномерно распределенными параметрами. Звено такой линии можно представить в виде, приведенном на рис. 6.17.

Рис. 6.17. Схема замещения разрядной цепи ГИН с распределенными параметрами.

В данной схеме: –удельная э.д.с. источника, эквивалентирующего заряженную емкость ГИН; такая замена возможна потому, что >> и , то есть паразитных емкостей ГИН ( – продольная удельная паразитная емкость между ступенями ГИН, – удельная емкость ступеней ГИН на землю).

Пользуясь приведенными на рис. 6.17 обозначениями, можно составить следующие уравнения:

(6.11)

где

здесь - число ступеней ГИН, - длина эквивалентной линии (конструкции ГИН);

- суммарное напряжение последовательно соединенных конденсаторов ГИН в момент разряда;

- параметры одной ступени ГИН (сглаживающее сопротивление, индуктивность, емкость на землю и емкость между смежными ступенями);

- собственно полные емкости конструкции ГИН на землю и между конденсаторными ступенями.

Определим значение напряжения на выходе ГИН на холостом ходу (R_н = ). При коммутации ГИН емкости каждой ступени разряжаются на разделительные сопротивления и по паразитным цепям (рис. 6.18).

Рис. 6.18. Разряд конденсаторов при холостом ходе ГИН

На выходе ГИН имеем относительно земли импульс экспоненциальной формы:

,

(6.12)

где - постоянная времени на холостом ходу равна: .

На этот импульс накладываются затухающие колебания, обусловленные паразитными параметрами ГИН. Уравнения колебаний определяются при решении системы уравнений (6.11). При решении условно примем, что R₀ = , поскольку на процесс затухания паразитных колебаний R₀ влияет слабо. Тогда , и для конца линии в условиях холостого хода напряжение при решении уравнений имеет вид:

,

(6.13)

где ; ; ;

Условие демпфирования гармоник:

, где

(6.14)

В рассматриваемом процессе основную роль играет первая гармоника, поскольку имеет наибольшую амплитуду. Угловая частота первой гармоники и условие демпфирования колебаний следующие:

, где

(6.15)

Величину называют эквивалентной паразитной емкостью ГИН.

Если демпфирующие резисторы отсутствуют, то уравнение напряжение на выходе ГИН на холостом ходу имеет вид:

, где

(6.16)

Для первой гармоники:

Из формул (6.16) можно определить максимальную крутизну импульса для данного ГИН (du/dt)_макс и, соответственно, минимальную длительность фронта, за который можно считать четверть периода колебаний 1-й гармоники:

;

(6.17)

И так, ограничиваясь первой гармоникой, импульс напряжения на выходе ГИН на холостом ходу может быть представлен:

(6.18)

Такому уравнению соответствует схема замещения и форма импульса, приведенные на рис. 6.19. Уравнения позволяют оценить величины максимального напряжения, а также частоту и уровень ожидаемых колебаний и дают возможность рассчитать величину демпфирующих сопротивлений. ГОСТ допускает колебания, так чтобы их уровень не превышал 5% амплитуды импульса, т. е. 1,05. Тогда решение уравнения дает:

(6.19)

Рис. 6.19. Схема замещения ГИН на холостом ходу и форма импульса на выходе ГИН

Вопрос в том, как могут быть найдены значения и . При конструировании ГИН необходимо обеспечить минимизацию этих параметров, поскольку от них зависит длительность фронта импульса (см. (6.17)) и значение демпфирующего сопротивления. Если велико, то естественно оно будет снижать величину напряжения на выходе ГИН, поскольку будет образовывать с сопротивлением нагрузки делитель напряжения. Наиболее значимым параметром является собственная индуктивность ГИН . Размещение устройств ГИН (конденсаторы, искровые коммутаторы, соединительная ошиновка) должно быть таким, чтобы обеспечить минимальное значение этой индуктивности. С этой целью конденсаторы ГИН размещают друг относительно друга на предельно коротком расстоянии (см. рис. 6.20А), обеспечивающем электрическую прочность системы и исключающем обратное перекрытие ГИН. Коммутаторы размещают предельно близко к конденсаторам, с тем, чтобы уменьшить сечение петли разрядной цепи (рис. 6.20Б).

Рис. 6.20. Конструкция ГИН на платформе.