11.3. Эквивалентные схемы гит

Полная эквивалентная схема ГИТ приведена на рис. 11.2. В нее входят элементы, влияющие на амплитуду импульса тока, а именно, индуктивности и активные сопротивления отдельных элементов ГИТ.

Рисунок 11.2. Эквивалентная схема ГИТ.

В схеме приведены эквивалентные индуктивности и сопротивления:

- - конденсаторной батареи, емкостью ;

- - основного коммутатора ;

- - токоведущих шин и кабелей;

- - устройств присоединения шин и кабелей к конденсаторам, разрядникам и центральным шинам;

- - центральных шин;

- - нагрузки;

- Р - коммутатор;

- С - емкость батареи.

В упрощенной схеме ГИТ совокупность элементов можно заменить сосредоточенными индуктивностью, емкостью и сопротивлением, которые определяют форму импульса тока в нагрузке. Иногда при постановке задачи задают параметры, невыполнимые даже на современном уровне. Поэтому всегда необходима предварительная оценка параметров, обеспечивающих предельно возможные амплитуды тока и скорость его нарастания в различных по величине индуктивных нагрузках. Простейшей эквивалентной схемой является схема, в которой и приняты сосредоточенными, а активные сопротивления, включая нагрузку, равны нулю (рис. 11.3):

(11.2)

Рис. 11.3. Простейшая эквивалентная схема ГИТ.

Расчет простейшего ГИТ включает следующие действия. В операционной форме уравнение, связывающее ток и напряжение имеет вид:

, отсюда , где

Переходя от изображения к оригиналу, получим значение тока:

,

(11.3)

где - волновое сопротивление контура,

- максимальное значение тока в контуре (амплитуда тока ГИТ)

Исходными значениями для расчета ГИТ являются: - амплитуда тока; - скорость нарастания тока при Задаются также - рабочее зарядное напряжение ГИТ и - энергия ГИТ при его разряде в нагрузку.

Отсюда находят соответствующие значение емкости батареи конденсаторов и требуемую величину индуктивности контура разряда ГИТ для обеспечения заданных тока в нагрузке и скорости его нарастания.

1. Определение емкости батареи конденсаторов .

Энергия, запасаемая в конденсаторной батарее равна . Отсюда находим, что емкость равна:

2. Определение величины индуктивности .

Известно, что , . При .

Находим ; поскольку , отсюда находим значение индуктивности: .

Рассмотрим пример. Пусть заданы следующие параметры ГИТ:

1. А/с; 2. А; 3. В, 4. Дж.

1) Находим емкость батареи конденсаторов: Ф;

2) Находим круговую частоту колебаний: .

3) Индуктивность контура разряда: Г.

На сколько устройство с такими параметрами технически реализуемо?

Контур ГИТ должен иметь суммарную индуктивность 0,510^-6 Гн – это индуктивность отрезка провода чуть более 0,5 м.

Объем конденсаторной батареи емкостью 200 мкФ напряжением 100 кВ составит 10 м³ , если батарея будет выполнена из стандартных импульсных конденсаторов типа ИК-100/0,4 (100 кВ, 0,4 мкФ, габариты 0,5 х 0,25 х 0,15 м), которых потребуется 500 штук. Такой объем батареи при плотной упаковке конденсаторов. На самом деле они должны быть соединены ошиновкой, имеющей весьма большую длину и, соответственно, индуктивность.

Можно заключить, что ГИТ с предложенными параметрами на основе серийного оборудования технически не реализуем. Труднее всего обеспечивается малая индуктивность контура разряда ГИТ. При больших значениях индуктивности для обеспечения заданного тока и его нарастания в соответствии с приведенными выше формулами сильно увеличиваются напряжение, емкость батареи и, соответственно, энергия, что также недостижимо с точки зрения электрических прочностей и, зачастую, материальных ресурсов.