11.5. Схемы с замыкателями нагрузки (кроубары)

В ряде физических установок, особенно при исследованиях сжатия и удержания плазмы магнитным полем, необходимо на индуктивной нагрузке получить однополярный импульс тока с крутым фронтом и медленным спадом. Это достигается включением в момент максимума тока через индуктивную нагрузку малоиндуктивного устройства, закорачивающего нагрузку. В этот момент вся энергия запасена в индуктивности нагрузки и не переходит далее в электрическое поле разрядившихся конденсаторов. На рис. 11.8 приведена электрическая схема кроубара (А) и его схема замещения (Б).

А Б

Рис. 11.8. Электрическая схема и схема замещения кроубара.

После пробоя разрядника Р₁ ток в нагрузке возрастает по закону:

, где

(11.10)

Допустим, что сопротивления малы и в уравнениях переходных процессов ими можно пренебречь. Тогда упрощенное уравнение тока будет:

.

(11.11)

В момент максимума тока коммутируют разрядник Р₂. Ток в это время равен:

.

(11.12)

После этого токи в нагрузке, замыкателе Р₂ и конденсаторе будут определяться уравнениями:

,	(11.13)
,		(11.14)

, при этом ,

(11.15)

где - круговая частота собственных колебаний контура после срабатывания замыкающего устройства.

Таким образом, ток в нагрузке при отсутствии затухания содержит постоянную и колебательную составляющие. Зависимость тока в нагрузке приведена на рис. 11.9.

Рис. 11.9. Форма тока в нагрузке кроубара.

Очевидно, что длительность спада при преобладании постоянной составляющей обусловлена тем, что На самом деле постоянная и колебательная составляющие, в связи с тем что контуры не идеальные и в них существуют потери – затухают. Если , то колебательная составляющая затухает значительно быстрее, чем постоянная составляющая и в итоге на индуктивной нагрузке формируется импульс тока, приведенный на рис. 11.10.

Рисунок 11.10. Импульс тока кроубара в нагрузке с учетом затухания.

В работе кроубара наибольшую трудность составляет управление коммутацией разрядника Р₂, поскольку он должен выдерживать полное зарядное напряжение без самопробоя и поджигаться при практически нулевом напряжении между его электродами. Поэтому используются управляемые разрядники типа тригатронов с большим коэффициентом тригирования. Применяются также взрывные коммутаторы и устройства с мощным лазерным поджигом.

Отдельным вопросом является расчет и конструирование малоиндуктивных ошиновок ГИТ и его узлов. Как правило, это достигается предельно возможным приближением участков шин, по которым течет прямой и обратный ток. Такое приближение выполняется до предела электрической прочности конструкции, при этом используются наиболее электрически прочные изоляционные материалы.