7.2. Схемы генерирования импульсов коммутационных напряжений

При проведении исследований стойкости изоляции к внутренним перенапряжениям, используют импульсы двух типов: сумму двух колебательных импульсов сильно отличающихся частот и колебательный импульс, наложенный на экспоненциальный (рис. 7.2). Импульсы указанной формы получают путем возбуждения испытательного трансформатора Тр2 от системы контуров, включенных встречно (схема генератора на рис. 7.3). В схеме производится встречный заряд двух конденсаторных батарей и до одинакового напряжения. Их разряд производится тригатроном Т, управляемым от схемы поджига при достижении на конденсаторах заданного напряжения. Конденсаторная батарея разряжается на индуктивность , а – на или , в зависимости от того, какой импульс требуется получить: в первом случае – наложение двух колебаний, во втором – сумма экспоненциального и колебательного импульсов. Контуры в процессе разряда не влияют друг на друга, поскольку сопротивлением искрового канала тригатрона можно пренебречь.

Рис. 7.2. Коммутационные импульсы. А- наложение колебаний двух частот; Б - наложение колебательного и экспоненциального импульсов

При разряде конденсаторов на индуктивности на испытательный трансформатор Тр2 с обеих индуктивностей подается сумма двух осцилляций с частотами и (рис. 7.2А). Со вторичной обмотки Тр2 повышенное суммарное напряжение подается на объект испытаний. – емкостной делитель, с нижнего плеча которого сигнал поступает на осциллограф.

Колебательный импульс, наложенный на экспоненциальный, получают при суммировании разряда на и на (рисунок 7.2Б), при этом постоянная времени экспоненты равна: . Сопротивление предназначено для ограничения тока Тр1 при пробое тригатрона.

Рисунок 7.3. Схема генерирования импульса колебательной формы.

Длительность фронта колебательного импульса в данной схеме определяется как , где - период колебаний контура более высокой частоты (рисунок 7.2А). Параметры импульса изменяются путем изменения соотношений или Выбор емкостей колебательных контуров и должен быть таким, чтобы после их приведения к обмотке высокого напряжения они были бы много больше суммы емкости объекта испытаний и паразитной емкости вторичной обмотки испытательного трансформатора Тр2.

Для получения колебательных импульсов, наложенных на напряжение промышленной частоты (рисунок 7.1 Д) используют генераторы, собранные по схеме на рисунке 7.3.

В данной схеме источником напряжения промышленной частоты служит трансформатор Тр1, питаемый от сети через регулятор напряжения РН1. Трансформатор Тр2, соединенный последовательно с Тр1, является источником колебательного импульса. На первичную обмотку Тр2 подается импульс от схемы, которая была рассмотрена выше. В данной схеме коммутатором служат два встречно включенных тиристора с тем, чтобы была возможность точно синхронизировать момент их коммутации с напряжением промышленной частоты. Коммутация производится при максимуме напряжения сети. Такое комбинированное воздействие является наиболее опасным для высоковольтного оборудования. Поскольку вся схема, генерирующая колебательный импульс, находится под потенциалом трансформатора Тр1, ее питание производится через изолирующий трансформатор Тр3. Амплитудные параметры такого комбинированного воздействия изменяются регуляторами напряжения РН1 и РН2, а частотные – соотношениями и .

В этой схеме для аварийной защиты трансформатора Тр1 используется цепочка R_З1 – Р_З. Если испытатели случайно выйдут на параметры напряжения, превышающие электрическую прочность Тр1, срабатывает разрядник Р_З, при этом R_З1 не позволяет развиться току короткого замыкания Тр1.

Рисунок 7.3. Схема генерирования колебательных импульсов, наложенных на напряжение промышленной частоты.

Недостатком этой схемы генерирования коммутационных перенапряжений колебательной формы с использованием испытательного трансформатора является то, что диапазон изменения длительности фронта импульсов ограничивается параметрами испытательного трансформатора. Верхний предел частоты колебаний, которую можно получить с его помощью, соответствует собственной частоте колебаний трансформатора, которая определяется его индуктивностью рассеяния и емкостями: собственной, и емкостями испытуемого объекта и ошиновки. В зависимости от мощности и номинального напряжения трансформатора предельная частота не превышает 1 кГц.

Колебательные импульсы высокого напряжения большей частоты можно получить используя специальные схемы генерирования. Импульсы с наложением двух колебаний или колебаний и экспоненты получают на установке типа ГАКИН (генератор апериодических и колебательных импульсов напряжения). Генератор представляет собой систему двух ГИН с двухсторонним зарядом, где вместо средних зарядных сопротивлений ступеней включены элементы, формирующие колебательные импульсы разной частоты или комбинированный колебательно-апериодический импульс. Схемы ГАКИН приведены на рис. 7.4А и 7.4Б.

При коммутации разрядников на выходе схемы рис. 7.4А имеем сумму колебательных импульсов различной полярности. Частота колебаний зависит только от соотношений и . Соответственно частоты двух частот составляют:

(7.1)

Направления токов в разрядных контурах указаны на рисунке. Разрядные контуры в схеме, формирующей сумму колебательного и экспоненциального импульсов, такие же (рис. 7.4Б). Частота колебательного контура и постоянная времени экспоненты соответственно равны:

(7.2)

Рис. 7.4. Схемы ГАКИН.

А: схема формирования суммы двух колебательных импульсов;

Б: схема формирования колебательного импульса, наложенного на экспоненту.

Достоинствами ГАКИН являются:

- возможность получить практически любые соотношения частот и постоянной времени;

- возможность многократного умножения зарядного напряжения U₀ за счет того, что число ступеней может быть выбрано любым (на рис. 7.4 – два каскада).

- резисторы, индуктивности и тип конденсаторов рассчитываются на величину только зарядного напряжения ступени, что упрощает конструкцию генератора.