10.4. Индуктивность импульсных конденсаторов

Импульсные конденсаторы работают в режимах, близких к короткому замыканию. Простейшая схема замещения разрядной цепи импульсного конденсатора приведена на рис. 10.5. Эквивалентная частота разряда в таком контуре определяется внутренней индуктивностью конденсатора и индуктивностью нагрузки . состоит из индуктивности отдельных элементов: секций, внутренних соединений и внешних выводов конденсатора.

Рис. 10.5. Схема замещения разрядной цепи импульсного конденсатора.

Конструктивно конденсатор выполняется из секций, каждая из которых представляет собой отдельное конденсаторное устройство, имеющее свою емкость и рабочее напряжение. Секции в конденсаторе в зависимости от требуемых параметров по емкости и рабочему напряжению могут быть соединены последовательно, параллельно, или комбинированно. Индуктивность отдельной секции зависит от ее конструкции.

Конструкции секций конденсаторов бывают рулонные (рис. 10.6 А) и пластинчатые (рис. 10.6 Б). Здесь же показаны направления токов в обкладках секции.

Для снижения индуктивности рулонной секции делают большое число выводов ‑ закладок. Схемы замещения конденсаторов с одной и несколькими закладками приведены на рис. 10.7. В последнем случае индуктивности участков секции параллельны и индуктивность снижается кратно числу закладок. Размещение закладок в рулоне приведено на рис. 10.8.

Рис. 10.6. Конструкции секций конденсаторов: рулонная (А) и пластинчатая (Б).

Таким образом, полная индуктивность конденсатора, собранного из рулонных секций, зависит от числа рулонных секций, их взаимного размещения, а также от числа выводов ‑ закладок и их размещения и соединения.

Рис. 10.7.Схема замещения конденсатора с одной (А) и несколькими закладками (Б).

Рисунок 10.8. Размещение закладок в рулоне.

Индуктивность пластинчатых конденсаторов зависит от этих же параметров. Соединение секций пластинчатых конденсаторов выполняют так, чтобы токи в секциях были встречными (см. рис. 10.9), в этом случае полная индуктивность конденсатора равна:

(10.2)

где М ‑взаимоиндукция между секциями.

Индуктивность выводов импульсных конденсаторов рассчитывается по известным формулам. Снижение индуктивности выводов достигается тем, сто они выполняются в виде плоских шин, максимально приближенных друг к другу и разделенных тонкой изоляционной перегородкой, толщина которой выбирается исходя из ее электрической прочности.

10.5. Потери энергии в импульсных конденсаторах

При работе импульсного конденсатора на малую индуктивность величина выделившейся энергии в нагрузке часто бывает соизмерима с потерями в конденсаторе, а то и меньше, чем в конденсаторе.

1. Рассмотрим случай, когда практически вся энергия выделяется в конденсаторе, т. е. нагрузка только индуктивность . Мощность, выделяемая в конденсаторе равна:

(10.3)

где f_p - число разрядов конденсатора в единицу времени.

Потери в конденсаторе определяются эквивалентным активным сопротивлением конденсатора .

Напомним: ; .

Рисунок 10.9. Соединение секций в пластинчатых конденсаторах.

Для определения потерь в конденсаторе пользуются измеренными осциллограммами тока. Измеряются амплитуды тока ( , период колебаний и частота: ; , где , - индуктивность конденсатора. Рассчитывают декремент затухания:

, где , и логарифмический декремент: . Отсюда из приведенных формул можно вывести:

, или

(10.4)

2. Рассмотрим случай, когда часть энергии выделяется во внешнем контуре.

Если нагрузка имеет резистивную составляющую ,то доля мощности, выделившаяся в конденсаторе, составит:

(10.5)

Зная потери в конденсаторе, рассчитывают допустимые рабочие напряженности. Потери в диэлектрике конденсатора эквивалентируются активным сопротивлением и зависят от частоты.Расчеты значительно усложняются, если импульс имеет сложную форму. Расчет ведется путем разложения сигнала в ряд Фурье и потери считаются отдельно по каждой гармонике, которые после этого суммируются.