3.5. Короткозамкнутая длинная линия, заряжаемая током
Отрезок короткозамкнутой ЛРП также обладает формирующими свойствами. Однако короткозамкнутая линия представляет собой не емкостный, а индуктивный накопитель энергии, запасаемой в линии при ее подключении к источнику питания (рис. 3.16) [4].
П
Рис.
3.16
,
где Rи – сопротивление
источника питания (активными параметрами
линии здесь можно пренебречь). Ток I
определяет запасаемую в линии энергию
.
Начальные условия в линии: i(x,0) = I,
u(x,0) = 0. Момент времени t = 0
совпадает с моментом переключения ключа
К в положение 2. В результате подключения
к линии нагрузки R =
от конца линии начинают распространяться
обратные волны
и
,
определяющие ток и напряжение на
нагрузочном конце линии: i = I
+
;
u = 
–
.
При x = l ток в линии i = iR
и напряжение в линии u = uR = iRR.
Из приведенных уравнений следует, что
uR =
=
–
=
= (I+
)R,
откуда, полагая R = ,
найдем:
;
.
При распространении волн
и
от нагрузки к короткозамкнутому концу
линии в ней устанавливаются ток
и
напряжение
.
Затем в результате отражения волн
и
от короткозакнутого конца линии возникнут
прямые волны:
;
.
По мере распространения этих волн к
нагрузочному концу линии ток в линии
и напряжение в линии
становятся равными нулю. В момент времени
вся линия окажется свободной от запасов
энергии, так как при R =
отраженные волны от нагрузочного конца
линии не возникают.
Описанный волновой процесс подобен процессу, возникающему в разомкнутой линии (см. 3.1), но роль волн напряжения в разомкнутой линии здесь выполняют волны тока, и наоборот. На основании изложенного следует, что при R = на нагрузке формируется прямоугольный импульс напряжения, амплитуда и длительность которого равны, соответственно,
,
.
Короткозамкнутая
формирующая линия имеет то преимущество
над разомкнутой линией, что при
она предоставляет возможность получить
импульс напряжения значительной
амплитуды:
.
Однако процесс накопления и хранения
энергии в магнитном поле линии сопряжен
с рядом недостатков и имеет низкий КПД.
Поэтому короткозамкнутые формирующие
линии применяются в случаях, когда
отмеченное достоинство является особенно
существенным.
Рис.
3.17
На рис. 3.17 приведена схема пятизвенной короткозамкнутой ОИЛ, энергия в которой запасается в индуктивных элементах, а нагрузка подключается параллельно емкости первой ячейки. Силовой ключ К должен быть полностью управляемым, поскольку он работает на размыкание, что несколько затрудняет практическую реализацию этой схемы.
Рис.
3.18
На рис. 3.18 показаны импульсы напряжения на двух согласованных линейных нагрузках R = = 1 Ом и R = = 10 Ом. В обоих случаях ток заряда линий равен 2 А. Длительность нормированного импульса 1 с. Амплитуды импульсов напряжения u1(t) и u2(t) составили, соответственно, 1 В (кривая 2) и 10 В (кривая 1), токи обеих нагрузок одинаковы и имеют амплитуду 1 А.