книги из ГПНТБ / Медников, В. А. Высоковольтные модулированные униполярные генераторы

ет достаточно хорошими динамическими свойствами, однако, сле­ дует дополнительно рассмотреть работу модулированного гене­ ратора высокого напряжения в переходном режиме.

циальных уравнений, описывающих поведение САУ, на электрон­ ной моделирующей установке с тем, чтобы получить необходимые сведения о динамике работы прибора в переходных режимах и, если необходимо, произвести соответствующую корректировку эле­ ментов схемы.

Как известно, моделирование линейных систем основано на применении трех математических операций: интегрирования, сум­ мирования и умножения на постоянный множитель. Они выпол­ няются при помощи операционных усилителей.

Перед решением уравнений на модели необходимо произвести математическую подготовку, которая заключается в выборе таких масштабов переменных, чтобы удовлетворить условие

X i шах = r tliX i < 100 в .

Моделирование САУ, как известно, может быть произведено в любом масштабе времени, однако в нашем случае удобнее произ-

1,20

Рис. 4.22. Структурная схема решения на ЭМУ-10

дифференциальных уравнений, описывающих динами­ ческие свойства модулированного генератора высоко­ го напряжения

водить решение в замедленном масштабе, который выбирается та­ ким, чтобы удобно было снимать решения по отдельным точкам процесса иди просмотром его визуально по осциллографу.

Масштабный коэффициент времени пи ориентировочно выби­ рается из следующего условия m t~o)c= 1 0 5.

Схему набора на моделирующей машине ЭМУ-10 составляем по структурной схеме рис. 4.14 и рис. 4.18. Такое моделирование да­ ет ясное представление о соответствии параметров в САУ, что удобно для подбора-корректирующих цепей. Составление струк­ турной схемы обычно ведется с использованием готовых схем, из

которых состоит САУ.

Полная структурная схема набора 'представлена на рис. 4.22. Расчет коэффициентов схемы набора производится по форму­

лам:

121

и й ы х

Рис. 4.23. Переходные характеристики скорректированной и

нескорректированной системы для различных коэффициен­ тов усиления в цепи обратной связи

Приняв К 2= Кз = 1, имеем К а = 3,9. Для /С6 получаем

Необходимые коэффициенты выставляются с помощью специ­ альных потенциометров, имеющих отсчетный лимб. В качестве единичного воздействия используется сигнал постоянного напря­ жения величиной 10 в. Моделирующая установка снабжена

122

Г лава п я т а я

КОНСТРУИРОВАНИЕ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ МАЛОГАБАРИТНЫХ УНИПОЛЯРНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

$ 1. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУКЦИИ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ГЕНЕРАТОРА *

Требования к конструкции генератора обусловливаются дина­ мическими, статическими и эксплуатационными параметрами. Вы­ полнение этих требований снижает потери энергии как по посто­ янному току, так и по высокой частоте.

В высоковольтных и высокочастотных блоках прибора качество' изоляции является определяющим. Изолирующий материал дол­ жен обладать высокой пробивной прочностью, малым тангенсом угла диэлектрических потерь на высоких частотах. К ним относят­ ся диэлектрики типа фторопласт, полистирол, полиэтилен, неко­ торые типы эпоксидных компаундов [6].

Для предотвращения излучения высокочастотных колебаний в окружающее пространство провода питающей сети снабжаются защитными фильтрами. Изгибы монтажных проводов следует вы­ полнять плавными, а детали, работающие под высоким напряжени­ ем, должны быть полированными и иметь округленную форму.

Вблизи высокочастотных высоковольтных трансформаторов и проводов возникает электромагнитное поле, поэтому для уменьше­ ния дополнительных потерь энергии, должно 'быть по возможно­ сти меньше изоляционных материалов и массивных металличе­ ских деталей [4].

Мощный импульсный усилитель требуется установить так, чтобы обеспечить свободный приток воздуха для охлаждения ба­ тарей транзисторов. Высоковольтные и высокочастотные блоки не­ обходимо заключать в индивидуальные экраны. Особенно тщатель­ ной экранировки требует схема измерения высокого напряжения и широтно-импульсного модулятора. Ферритовые сердечники ши­ ротно-импульсного модулятора, схемы задающего генератора, бу­ ферных усилителей снабжаются также индивидуальными экрана­ ми из магнитопроводящих материалов, которые надежно заземля­ ются.

124

Рис. 5.1. Конструкция модулированного высоковольтного уни­ полярного генератора:

На лицевой панели блока установлены приборы для измерения тока и напряжения на выходе высоковольтного выпрямителя, пе­ реключатель модуляции тока или напряжения, клеммы подключе­ ния модулирующего напряжения как с постоянной составляющей сигнала, так и без нее. Постоянную составляющую можно регули­ ровать ручкой переменного резистора «Установка уровня».

На панели предусмотрены гнезда для подключения осцилло­ графа, контролирующего выходные импульсы. Эти гнезда при необ­ ходимости можно использовать для включения какой-либо нагруз­ ки (например, пластины из пьезокерамики, дающие ультразвуко­ вые колебания частотой 100 кгц).

В левой половине шасси и лицевой панели расположены блок управления, блокировки и сигнализации; прибор для контроля то­ ка и напряжения питания (12 в); переключатель измерения тока и напряжения; предохранители; сигнальные устройства с выклю­ чателем сети; колодка для подключения источника к сети перемен­ ного тока. Внутри блока сверху шасси размещены электромагнит­ ные реле, внизу — электрический монтаж схемы блока.

Соединение внешних источников питания осуществляется при помощи штепсельного разъема, расположенного на задней панели: блока.

Рис. 5.2. Функциональная схема стабилизированного блока выпрямителя

Блок высоковольтного выпрямителя конструктивно выполнен отдельно, это позволяет управлять им дистанционно. Внутри бло­ ка расположен высоковольтный трансформатор, выпрямитель на вакуумных диодах 1Ц7С, зарядные высоковольтные конденсаторы, высокоомный делитель высокого напряжения и сопротивления для измерения тока в нагрузке. Связь блока с нагрузкой осуществля­ ется при помощи высоковольтного разъема, а с генератором им­ пульсов — низковольтным разъемом.

Блок питания прибора состоит из силового трансформатора, дросселя, схемы выпрямления и стабилизации (рис. 5.2).

Конструктивно трансформатор и дроссель размещены по кра­ ям блока так, чтобы центр тяжести находился примерно в середи­ не. Крепление блока к генератору импульсов осуществляется при помощи замков, расположенных с боку прибора по два 'с каждой стороны. Такое крепление блока не увеличивает габариты лицевой панели, что важно для лабораторных условий [51—52].

§ 3. КОНСТРУКЦИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО И ИМПУЛЬСНОГО ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Для обеспечения минимальных индуктивностей рассеивания

.и увеличения к. п. д. импульсного выходного трансформатора Трб обмотки распределены равномерно по сердечнику. Схема распреде­ ления и соединения обмоток трансформатора представлена на рис. 5.3. Все коллекторные и эмиттерные обмотки трансформатора разделены на две части," каждая из которых намотана на катушку в один слой. Катушки надеваются на противоположные стержни ферритового сердечника, а повышающая обмотка разбита на че­ тыре секции и намотана поверх первичных. Сердечник трансфор­ матора представляет две Г-образные стыкующиеся половины с тщательно подогнанными отшлифованными поверхностями (рис. 3.16), склеенными ферроклеем, который приготовляют из клея БФ-2 и тонко измельченного-ферритового порошка.

128

Рис. 5.3. Схема распределения и расположения обмоток

импульсного трансформатора

Внутриобмоточное соединение трансформатора выполняется по кратчайшему расстоянию. Выводы обмоток крепятся к расшивочным панелям.

При конструировании высоковольтных трансформаторов осо­ бенно высокие требования предъявляют к качеству изоляции, ее пробивной способности и диэлектрическим потерям на высоких частотах. Эти требования определяют расположение обмоток на сердечнике. Форма сердечника высоковольтного трансформатора отличается от сердечника импульсного размерами окна. Трансфор­ матор включает четыре обмотки. Первичная намотана на нижнюю часть сердечника в один слой. Каждая из трех высоковольтных обмоток содержит по две секции. Секции намотаны на полистиро­ ловые каркасы и расположены на верхней и боковых частях сер­ дечника.

Для увеличения надежности работы, снижения влияния внеш­ них условий трансформатор заливают эпоксидным ком­ паундом.

Высоковольтные выводы следует выполнять так, чтобы исклю­ чить электрический пробой и коронирование с них. Для предотвра­ щения явлений короны и разряда между изолированной катушкой [53] или металлической конструкцией генератора на поверхность залитого трансформатора наносится противокоронирующее покры­ тие, соединяемое с землей или корпусом прибора.

129

§ 4. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ высоковольтного ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Для высоковольтных трансформаторов основным является вы­ бор изоляционных фасстояний между обмотками и корпусом и между слоями или секциями обмотки. На рис. 5.4. показана зави­ симость толщины изоляционного слоя волокнистой изоляции, про­ питанной эпоксидным компаундом, от приложенного напряжения [40]. С помощью этого графика выбирается минимально допусти­ мая толщина. С учетом механической прочности она корректирует­ ся на основе графика (рис. 5.5) и равна в нашем случае 2'мм.

Высоковольтные обмотки намотаны на катушки типа галет с толщиной изоляционного промежутка для 1 и 2 секций — 6 мм, для 3 и 4 — 8 мм, для 5 и 6 — 10 мм. На полистироловые кар­ касы (галеты) производят рядовую намотку, пропитывая ее слои полистироловым клеем с последующей сушкой каждого слоя в от­ дельности. Между слоями прокладывается 3—4 слоя фторопласто­ вой ленты толщиной 5—10 мк.

Собранный трансформатор заливают эпоксидным компаундом. Толщина слоя изоляции выбирается по рис. 5.6. Коэффициент Ks определяем найдя площадь боковой поверхности по таблице 4 для межобмоточного и по таблице 5 для корпусного типа изоляции. Для обеспечения механической прочности толщина литой изоля­ ции должна согласовываться с графиком (рис. 5.7). расположение

Рис. 5.4. З а в и си м о ст ь dBол = f(u„3) дл и

в ол ок н и стой и золя ц и и

130