11.4. Схемные и технические методы снижения индуктивности гит

Конденсаторная батарея может разряжаться на нагрузку через один или через несколько коммутаторов. Рассмотрим индуктивности этих схем.

1. Разряд через один коммутатор (рис. 11.4).

Рис. 11.4. Разряд конденсаторной батареи на нагрузку через один коммутатор.

Схема включает в себя конденсаторов емкостью каждый, соединенных параллельно. Каждый конденсатор подключен к коммутатору отдельно. Конденсатор и его шины подключения к коммутатору имеют индуктивность . Индуктивность цепи коммутатора и нагрузки составляет , где - индуктивность центральной шины. Емкость ГИТ составляет: .

Индуктивность контура разряда составляет:

.

(11.4)

Данная схема имеет следующие ограничения по току. При атмосферном давлении можно создать разрядник на токи до 200 кА; разрядники при повышенном давлении и вакуумные разрядники могут, при специальной разработке, использоваться при токах до 3 МА. При токах более 3 МА схемы с одним разрядником неосуществимы в силу их ограниченной пропускной способности (из-за электроэрозии разрядника).

Для решения этих проблем, а именно, увеличения пропускной способности коммутационной системы и снижения индуктивности ошиновки разрядного контура разрабатываются схемы ГИТ, в которых коммутация осуществляется несколькими параллельно включенными и синхронно работающими управляемыми разрядниками. Упрощенная схема замещения такого ГИТ приведена на рис. 11.5.

Рис. 11.5. Разряд конденсаторной батареи на нагрузку через несколько коммутаторов.

В случае применения параллельно включенных коммутаторов, каждый из которых одновременно с другими коммутирует отдельный конденсатор или их группу, общая индуктивность разрядного контура составит:

.

(11.5)

Так удается снизить общую индуктивность и разгрузить по току отдельные коммутаторы, а следовательно так можно наращивать коммутируемую энергию ГИТ.

В схеме с большим числом разрядников главным затруднением является обеспечение их синхронной коммутации. Например, если в приведенной схеме (с двумя коммутаторами) раньше пробьется разрядник Р₁, то произойдет быстрое снижение напряжения на промежутке разрядника Р₂ до величины:

(11.6)

Таким образом, чем больше индуктивность нагрузки, тем сильнее это снижение и разрядник Р₂ может вовсе не пробиться. Если число разрядников больше двух, пробой каждого последующего будет снижать величину приведенного соотношения, т. е. будет снижаться напряжение на остальных несработавших разрядниках. Поэтому в генераторах с большим числом параллельно включенных разрядников необходимы специальные меры, которые в течение некоторого времени после пробоя отдельных разрядников поддерживают необходимую величину напряжения на разрядных промежутках остальных несработавших разрядников.

Пусть - разброс времени срабатывания разрядников. Тогда время поддержания напряжения на разряднике должно быть: . Для срабатывания всех разрядников необходимо, чтобы была на порядок меньше чем длительность фронта импульса рабочего тока. Существует несколько типов схем, обеспечивающих синхронную работу параллельно включенных разрядников.

1.Схема ГИТ, в которой задержка производится линиями с распределенными параметрами (рис. 11.6). Для этой цель используются малоиндуктивные кабели.

Рис. 11.6. Схема ГИТ с кабелями задержки между разрядниками.

Между каждым разрядником и нагрузкой включается отрезок кабеля одинаковой длины. При управляемом пробое разрядников напряжение на других разрядниках может заметно измениться только после распространения волны от сработавшего разрядника по кабелю до нагрузки и от нагрузки по кабелям до других разрядников. Таким образом, для срабатывания всех разрядников необходимо, чтобы время распространения волны по двум отрезкам кабеля длиной было больше, чем разброс времени срабатывания разрядников, т. е:

,

(11.7)

где - скорость распространения электромагнитной волны по кабелю.

Отрезки кабелей в этих схемах служат токопроводами, где жила кабеля - есть прямой провод, а оболочка кабеля – обратный провод.

Полная индуктивность контура генератора, приведенного на рис. 11.6, при числе секций N, включающих в себя конденсаторную группу, разрядник и кабель, равна:

.

(11.8)

Напомним, что здесь:

- - сумма индуктивностей, паразитной и нагрузочной;

- где число конденсаторных секций, число параллельно соединенных конденсаторов в секции;

- - погонная индуктивность кабеля и его длина;

- эквивалентная индуктивность конструкции подключения кабелей задержки к центральным шинам и нагрузке.

Такая система позволяет значительно увеличить ток по сравнению со схемами с одним коммутатором. Но бесконечное уменьшение паразитной индуктивности невозможно. При большом числе секций начинает, во-первых, расти длина кабелей, во-вторых, увеличивается конструкция подключения кабелей к центральной шине, следовательно растет К достоинствам схемы можно отнести следующее. Во-первых, использование простейших управляемых разрядников, во-вторых, гибкость схемы, позволяющая легко заменять неисправные секции и изменять их количество, в третьих, автоматическая защита системы при пробое одного из конденсаторов: кабели становятся токоограничивающим элементом при разряде всех конденсаторов на пробитый конденсатор. Следует отметить, что в ГИТ пробой одного из конденсаторов является серьезной аварией. Пробитый конденсатор становится низкоомной нагрузкой, на которую разряжается все другие конденсаторы. При малоиндуктивной ошиновке токи аварийного разряда огромны, разряд системы на герметичный конденсатор сопровождается интенсивным газовыделением и последующим взрывом, приводящим к серьезным разрушениям всей установки.

2. Вторая схема, обеспечивающая синхронную работу параллельно включенных разрядников приведена на рис. 11.7.

Рис. 11.7. Схема ГИТ с зашунтированными коммутаторами.

В схеме каждый разрядник зашунтирован специальным малоиндуктивным конденсатором . Шунтирующие конденсаторы заряжаются до полного зарядного напряжения по цепи через нагрузку и при пробое одного из разрядников поддерживают напряжение на остальных непробитых разрядниках. Кроме того, при пробое искровых разрядников шунтирующий конденсатор разряжается на искровой промежуток разрядника и способствует быстрому разогреву искрового канала и, соответственно снижению его сопротивления. Если число разрядников N, полная индуктивность разрядного контура этой схемы равна:

,

(11.9)

где - индуктивность центральной шины и устройств подключения к ней.

Данная схема устойчиво функционирует при малой индуктивности контура разряда , значительной емкости и малой индуктивности нагрузки.

Схема имеет большую пропускную способность по току и меньшую индуктивность. Конструктивно схема сложна и у нее нет автоматической защиты, т. е. она опасна.

В обеих схемах, при больших скоростях нарастания тока имеют место перенапряжения, которые следует учитывать при проектировании изоляции установок. Особенно это касается схем с кабелями задержки, где длительность воздействия больше в связи с протяженностью кабелей.