Sb95751

Задание к лабораторной работе

1.Постройте принципиальную схему 5-звенного ФД 1-го рода в окне редактора схем (рис. 2.1).

2.ФД нагружен на линейную активную нагрузку R1 = 1 Ом.

Амплитуда импульса тока в нагрузке I = 500 А, длительность импульса 1 мс. Рассчитайте значения емкостей и индуктивностей ФД, определите напряжение источника питания.

3.Введите номинальные значения элементов схемы ФД согласно рассчитанным значениям. Постройте временные зависимости:

- токов в индуктивностях ФД (на одном графике); - напряжений на конденсаторах (на одном графике); - тока в нагрузке.

4.Постройте в окне редактора схем еще два ФД 1-го рода с тремя и четырьмя звеньями на основе уже существующей схемы. Постройте на одном графике временные диаграммы тока в нагрузке каждого ФД.

5.Внесите активное сопротивление ячейки Rя = 0.05 Ом. Постройте

временные диаграммы тока в нагрузке для ФД с потерями и без потерь (на одном графике).

6.Отключите нагрузку и замкните зажимы ФД накоротко. Постройте временные зависимости:

- токов в индуктивностях ФД; - напряжений на конденсаторах ФД.

7.В ФД без потерь постройте временные зависимости энергии,

выделяемой в нагрузке в течение импульса, для пяти случаев при R = , R = 0.5 , R = 0.75 , R=1.25 и R = 1.5 . Постройте график влияния рассогласования нагрузки на энергию, выделяемую в нагрузке.

8. Объясните полученные зависимости.

11

Лабораторная работа 3 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ФОРМИРУЮЩЕМ

ДВУХПОЛЮСНИКЕ 2-го РОДА

ФД 2-го рода представляет собой последовательное соединение накопительного конденсатора С0 и n параллельных LC-контуров (рис. 3.1).

Параметры цепи 2-го канонического вида должны удовлетворять равенствам:

Умножив и разделив два последних равенства друг на друга, получим:

Ck 4τρ C20 const ; Lk kρτ2π2 .

Формально индуктивность L0 в ФД 2-го рода отсутствует. При практической реализации ее значение обусловливается требованиями, предъявляемыми к длительности фронта импульса. Таким образом, емкости всех колебательных контуров одинаковы, а их индуктивности уменьшаются с увеличением номера k контура. На рис. 3.2 изображена форма импульса тока

для ФД 2-го рода с пятью и тремя контурами при значении L0 = 0.025 Гн.

Значение L0 обычно подбирается опытным путем. На рис. 3.3 в качестве примера приведены временные зависимости трех импульсов тока нагрузки для различных значений корректирующей индуктивности, равных

0.5L5, L2 и 2L2 (кривые 1, 2 и 3 соответственно).

12

Рис. 3.2

Из рис. 3.3 видно, что с увеличением корректирующей индуктивности амплитуда первого выброса снижается, но при этом несколько увеличивается длительность самого импульса

.

Рис. 3.3

Недостатком этой схемы является то, что рабочие напряжения конденсаторов контуров различны, а это затрудняет процесс комплектации при практическом изготовлении генераторов.

Для примера рассчитаем 5-звенный ФД, предназначенный для формирования в активном сопротивлении R = 1 Ом импульса тока прямоугольной формы длительностью τ 1 с.

Значения емкостей: C0 12 0.5 Ф, Ck 14 0.25 Ф;

13

значения индуктивностей: L1 = 0.1 Гн, L2 = 0.025 Гн, L3 = 0.011 Гн, L4 = 0.0063

Гн, L5 = 0.004 Гн.

Рис. 3.4

На рис. 3.4 изображены кривые токов в индуктивностях ФД, а на рис. 3.5 – напряжений на конденсаторах

Задание к лабораторной работе.

1.Постройте принципиальную схему пятизвенного ФД 2-го рода в окне редактора схем (рис. 3.1).

2.ФД нагружен на линейную активную нагрузку Rн = 1 Ом. (Рис. 3.5)

Рис. 3.5

Амплитуда импульса тока в нагрузке I = 500 А, длительность импульса τ = 1 мс. Рассчитайте значения емкостей и индуктивностей схемы.

3. Введите номинальные значения элементов схемы ФД согласно рассчитанным значениям. Постройте временные диаграммы:

-токов индуктивностей (на одном графике);

-напряжений на конденсаторах (на одном графике);

-тока нагрузки.

14

4.Постройте в окне редактора схем два ФД 2-го рода с тремя и четырьмя звеньями на основе уже существующей схемы. Постройте на одном графике временные зависимости тока в нагрузке каждого ФД.

5.Внесите активное сопротивление ячейки Rн = 0.05 Ом. Постройте временные зависимости тока в нагрузке для ФД с потерями и без потерь (на одном графике).

6.В ФД без потерь постройте временные зависимости энергии, выделяемой в нагрузке в течение импульса, для пяти случаев при R = ρ, R = 0.5ρ, R = 0.75ρ, R = 1.5ρ, R = 1.25ρ. Постройте график влияния

рассогласования нагрузки на энергию, выделяемую в нагрузке (Wн/Wc – по

оси у, Rн /ρ – по оси x).

7. Объясните полученные зависимости.

Лабораторная работа 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В ОДНОРОДНОЙ

ИСКУССТВЕННОЙ ЛИНИИ

Однородная искусственная линия (ОИЛ) с потерями изображена на рис. 4.1. Существенным преимуществом ОИЛ, по сравнению с другими ФД, является равенство друг другу значений индуктивностей и емкостей ячеек, что существенно облегчает изготовление таких линий.

Рис. 4.1

Переходная характеристика для тока любой индуктивности (так же известна переходная характеристика для напряжения на любой емкости) позволяет получить временные зависимости токов индуктивностей (напряжений емкостей) в аналитическом виде только для случая короткого замыкания линии и имеет вид

15

одной ячейки соответственно). Отсюда следует, что переходная проводимость ОИЛ (E = 1, s = 0) представляет собой сумму n синусоид, имеющих некратные частоты и различные амплитуды. Волновое

сопротивление линии ρ Lя /Cя . При разряде ОИЛ на нагрузку, равную

волновому сопротивлению линии RH = ρ, в нагрузке генерируется импульс, по форме близкий к прямоугольному. В ОИЛ длительность формируемого

импульса определяется зависимостью τ 2.2n LяCя , где n – число ячеек. Длительность фронта импульса τфр 0.61 Lя /Cя . Так как RН = ρ, то

зависимости для нахождения значений элементов схемы будут следующие:

Lя 2R.2нτn ; Cя 2.2τRнn .

Суммарные значения индуктивности и емкости определяются как

Lя R2.н2τ ; Cя 2.2τRн .

16

Форма импульсов, получаемых с помощью ОИЛ при различном числе звеньев n, изображена на рис. 4.2. Увеличение числа звеньев приводит к уменьшению длительности фронта и среза импульса; при этом амплитуда колебаний, наложенных на вершину импульса, не изменяется, но возрастает частота осцилляции.

Для ослабления интенсивности наложенных колебаний на вершине импульса прибегают к тем или иным способам коррекции формы импульсов. Наиболее простой и распространенный способ устранения осцилляции заключается в увеличении индуктивности выходной ячейки искусственной

линии добавлением корректирующей индуктивности Lд. На рис. 4.3 изображены форма импульса, получаемого 5-звенной ОИЛ при отсутствии (кривая 1) и наличии (кривая 2) корректирующей индуктивности Lд = Lя.

Рис. 4.3

Отсюда видно, что можно получить удовлетворительную форму вершины импульса с помощью искусственной линии, содержащей всего 3 ячейки. Однако при этом весьма существенно вырастает длительность фронта импульса, которая в данном случае рассчитывается по формуле:

Рис. 4.4 17

τфр 0.61 1 Lд / Lя LяСя .

Различают 2 случая разряда ОИЛ в зависимости от соотношения между ее волновым сопротивлением и сопротивлением нагрузки:

-разряд на согласованную нагрузку: RН = ρ;

-разряд на рассогласованную нагрузку: RН > ρ или RН < ρ.

Рассмотрим каждый из этих случаев в отдельности, в предположении, что линия не обладает активными потерями.

На рис. 4.4 показаны кривые токов для трех возможных случаев ( Rн =

ρ, Rн = 0.25ρ, Rн = 4ρ ) при количестве ячеек n = 5. Как видно, одиночный импульс тока получается лишь при разряде линий на согласованную нагрузку. Форма импульса близка к прямоугольной.

При разряде на согласованную нагрузку линии, заряженной до

При Rн = ρ в нагрузку передаются максимальная импульсная мощность и энергия. При разряде на рассогласованную нагрузку энергия основного импульса уменьшается, и остальная энергия длинной линии выделяется в нагрузке при прохождении последующей серии отраженных импульсов.

Зависимость импульсной мощности Wн/Wнс от коэффициента

18

Напряжение на нагрузке имеет ступенчатую форму при Rн > ρ и

колебательную форму при Rн < ρ (в случае использования ключа с двухсторонней проводимостью). Напряжение любой z-й ступени (z = 1, 2, 3…) в обоих указанных случаях выражается зависимостью

Из (4.1) следует, что амплитуда последующих импульсов быстро уменьшается, причем скорость затухания зависит от степени согласования сопротивлений.

Задание к лабораторной работе

1.Постройте схему ОИЛ в окне редактора схем (рис. 4.1).

2.ОИЛ нагружена на активное сопротивление Rн =1 Ом. Необходимо получить импульс тока амплитудой Iн = 500 А, длительностью τ = 1 мс и

длительностью фронта не более чем τфр = 100 мкс.

Следует определить индуктивность и емкость одной ячейки Lя и Ся соответственно, зарядное напряжение линии U0, а также требуемое число ячеек n.

3. Введите номинальные значения элементов схемы ОИЛ согласно рассчитанным значениям (для случая Rя = 0). Постройте временные диаграммы:

-токов индуктивностей (на одном графике);

-напряжений на конденсаторах (на одном графике);

-тока нагрузки.

4.Постройте временные диаграммы тока для ОИЛ с количеством ячеек, равным: n; n – 2; n + 2 (на одном графике).

5.Внесите активное сопротивление ячейки Rн = 0.05 Ом. Постройте временные диаграммы тока в нагрузке для ОИЛ с потерями и без потерь (на одном графике).

6.Отключите нагрузку и замкните выходные зажимы ОИЛ накоротко. Постройте временные зависимости:

- токов в индуктивностях ОИЛ с потерями и без потерь.

- напряжений на конденсаторах ОИЛ с потерями и без потерь.

7.В ФД без потерь постройте временные зависимости энергии, выделяемой в нагрузке в течение импульса, для пяти случаев при R = ρ, R =

19

0.5ρ, R = 0.75ρ, R = 1.5ρ, R = 1.25ρ. Постройте график влияния рассогласования нагрузки на энергию, выделяемую в нагрузке (Wн/Wнс – по оси

y, Rн/ρ – по оси x).

8. Объясните полученные зависимости.

Лабораторная работа 5 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ОДНОРОДНОЙ

ИСКУССТВЕННОЙ ЛИНИИ С ВЕНТИЛЯМИ

При частичном разряде однородной искусственной линии, обеспечиваемом с помощью полностью управляемого ключа, с целью повышения КПД процесса разряда необходимо использовать линии,

рассогласованные с нагрузкой (ρ > Rн). Однако при этом существенно ограничиваются частотные свойства генераторов из-за длительного переходного процесса в линии, определяемого добротностью реактивных элементов, после размыкания ключа. Выходом из данной ситуации является применение однородной искусственной линии с вентилями (ОИЛВ) (рис. 5.1). ОИЛВ является физическим аналогом линии с распределенным диодом (ЛРД) и получается разбиением ЛРД на ряд равных по длине отрезков и

заменой каждого отрезка сосредоточенной индуктивностью Lя, емкостью Ся, значения которых равны: LЯ L0 / n и CЯ C0 / n и диодом D, включенным

последовательно с индуктивностью ячейки. Подобное включение диода в ячейки ОИЛ допустимо, поскольку токи в индуктивных элементах ОИЛ на

20