Главная  Совершенствование радиолокационных систем 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 [ 43 ] 44 45 46 47 48 49

Коэффициент деления емкостного делителя определяется формулой k = {Ci + C2 + C + Cu)lCi,

где Ск - емкость подсоединительного кабеля; - емкость пластин осциллографа.

Из последнего выражения при заданном коэффициенте деления и известным Cg, Ск и вычисляется значение Ci.

Практически емкостной делитель не вносит искажений в исследуемый импульс, если только его полная входная емкость много меньше вторичной емкости трансформаторной цепи. Основные искажения возникают за счет отражений в соединительном кабеле. Для их уменьшения следует применять качественные кабели минимальной длины с постоянным по всей длине значением волнового сопротивления. В принципе желательно вообще не применять кабеля, но из-за высоких импульсных напряжений почти никогда не удается установить осциллограф в непосредственной близости от делителя напряжения.

При мощных импульсах напряжения значительные искажения могут возникнуть в результате наводок. Поэтому конденсатор и сопротивление Ri следует экранировать, а подсоединение кабеля производить при помощи коаксиальных импульсных разъемов.

При нагрузке импульсного трансформатора генераторным прибором иногда интересуются формой импульса тока, проходящего через генераторный прибор. Для просмотра импульса тока в цепь тока включаются безындукционные индикаторные сопротивления или импульсные трансформаторы тока. Индикаторное сопротивление включается обычно последовательно со вторичной обмоткой трансформатора со стороны ее начала. Трансформатор тока при надлежащей изоляции, может устанавливаться на любом участке вторичной цепи. Более подробные сведения о технике импульсных измерений содержатся в [2, И].

Электрическая прочность трансформатора проверяется подачей на его первичную обмотку, при разомкнутой вторичной, повышенного импульсного напряжения. Для того чтобы избежать насыщения стали сердечника, длительность импульса уменьшается пропорционально увеличению напряжения. В зависимости от величины возможных перенапряжений на трансформаторе, величина испытательного напряжения выбирается в пределах 1,5-2,5 номинального напряжения на первичной обмотке.



ГЛАВА СЕДЬМАЯ

ПРИМЕР РАСЧЕТА МОЩНОГО ИМПУЛЬСНОГО ТРАНСФОРМАТОРА НА ВЕСЬМА ВЫСОКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

7-1. Исходные данные к расчету

в качестве характерного примера расчета мощного импульсного трансформатора рассмотрим расчет импульсного трансформатора для согласования импульсного генератора с полным разрядом накопителя (формирующая линия) с отечественным импульсным усилительным клистроном типа КИУ 15. Выбор в качестве нагрузки в примере расчета мощного усилительного клистрона вызван тем, что клистрон является, во-первых, перспективным типом мощного генератора СВЧ и, во-вторых, позволяет наглядно проиллюстрировать расчет наиболее сложного типа импульсного трансформатора, характеризующегося весьма большой мощностью, высоким напряжением и коэффициентом трансформации.

В соответствии с [12] клистрон КИУ 15 имеет следующие, необходимые для расчета импульсного трансформатора, параметры:

Мощность СВЧ, Мет............30

Коэффициент полезного действия ..... 0,4

Анодное напряжение, кв ..........280

Напряжение накала, в..........12

Ток накала (предположительно), а ... 30

Пусть клистрон должен работать при длительности импульса в 2 мксек и частоте повторения 50 гц. Такой режим, согласно данным, приведенным в [И], характерен для линейного ускорителя заряженных частиц. При этом длительность фронта импульса на уровне 0,9£/к не должна превышать 0,3 мксек, длительность среза - 0,5 мксек, спад напряжения на вершине импульса допустим не более 2% и выброс напряжения на фронте должен практически отсутствовать. С учетом коэффициента полезного действия клистрона мощность импульсного генератора и импульсного трансформатора должны быть не менее 75 Мет. Ввиду большой мощности, коэффициент полезного действия импульсного трансформатора желательно иметь возможно более высоким, порядка 0,95.

Импульсный трансформатор должен работать при нормальных климатических условиях в стационарной установке. Условия монтажа установки таковы, что индуктивность и емкость монтажа вторичной цепи пренебрежимо малы, а емкость собственно клистрона составляет 5 пф. Для максимального уменьшения емкости вторичной цепи, а также, в связи с трудностями исполнения накального трансформатора на напряжение в 280 кв, питание цепи накала клистрона должно производиться через вторичную обработку импульсного трансформатора.

Для того чтобы наглядно показать, как влияет величина коэффициента трансформации на параметры импульсного трансформатора, в примере расчета рассматриваются три варианта, характеризующиеся напряжениями генератора импульсов в 12, 60 и 2,4 ке. В качестве основного принят вариант с напряжением генератора импульсов в 12 ке, как наиболее характерный для импульсных генераторов с полным разрядом накопителя.

Работа импульсного генератора с полным разрядом накопителя характеризуется требованием согласования внутреннего сопротивления генератора импульсов с сопротивлением нагрузки. Этому требованию при мощности в 75 Мет и к. п. д. импульсного трансформатора 0,95 примерно соответствуют следующие значения внутреннего сопротивления генератора импульсов:

а) напряжение Ui = 12 ке; Ri= 1,82 ом;

б) напряжение Uy = 60 кв; Rc= 45,5 ом;

в) напряжение Ui = 2,4 кв; Ri = 0,073 ом.



в каждом из этих трех вариантов первичная цепь характеризуется следующими паразитными параметрами:

а) индуктивность монтажа Z-xm = 0,1 мкгн; суммарная емкость генератора импульсов и монтажа Сц, = 2500 пф; эффективное значение тока заряда накопителя Is - 1,5 а; б) Z.iM= 2,5 мкгн; Cjm = 100 пф; /3= 0,3 а; в) = = 4-10- мкгн; Сц, = 62 500 пф; /g = 7,5 а.

Во избежание излишних усложнений в расчетах будем считать, что искажения импульса, подаваемого на вход импульсного трансформатора, отсутствуют.

Вариант в с напряжением генератора импульсов в 2,4 кв при столь высокой мощности может показаться нереальным. Однако уже достигиутые успехи техники полупроводниковых приборов и, в особенности, тенденции ее развития, позволяют считать возможным реализацию такого генератора, составленного из большого количества модулей иа тиристорах относительно небольшой мощности, включенных на общую нагрузку. Во всяком случае рассмотрение такого варианта можно считать оправданным в методических целях.

7-2. Расчет электрических параметров эквивалентной схемы импульсного трансформатора

Для обоснованного выбора схемы импульсного трансформатора прежде всего определяется коэффициент трансформации:

и, 280-103

и^Пт ~~ 12-10.0,95

б) п = 4,8;

в) п = 120.

По графикам рис. 4-5-4-10, 4-17 и найденному значению коэффициента трансформации выбирается схема с возможно меньшей ве.личиной паразитной йостоянной времени обмоток. В данном случае необходимо принять во внимание весьма высокое напряжение на вторичной обмотке импульсного трансформатора. Поэтому в выбранной схеме должны сочетаться возможности получения высокой электрической прочности с минимумом паразитной постоянной времени. Сравнивая значения Гн при п = 24, 4,8 и 120, находим, что все эти специфические требования удовлетворительно сочетаются в схеме с однослойной конической обмоткой, имеющей: Гн = 0,75 при п = 24; Г„ = 0,65 при п = 4,8 и Гн = 0,76 при п = 120.

Учитывая сказанное в гл. 4 о изоляции импульсных трансформаторов при весьма высоких напряжениях, принимаем в трансформаторе коническую обмотку (рис. 4-4) и конструкцию трансформатора по рис. 4-23.

В выбранной конструкции трансформатора (рис. 4-23) схема соединения секций вторичной обмотки однозначно определена требованием получения максимальной однородности электрического поля в изоляционном промежутке между первичной и вторичной обмотками. Секции первичной обмотки допускают различные схемы соединений. Так как коэффициент трансформации в вариантах а и в весьма высок, а в варианте б также имеет относительно большую величину, то междуобмоточная динамическая емкость мало зависит от характера распределения напряжения между первичной и вторичной обмотками.

В связи с этим, учитывая специфическое требование высокой электрической прочности трансформатора, целесообразно составить первичную обмотку, также как и вторичную, из четырех, параллельно соединенных секций. Тогда схема соединения обмоток трансформатора приобретает вид, представленный на рис. 7-1. Разделение вторичной обмотки на симметричные группы секций 1 и II сделано для питания цепи накала клистрона. Несмотря на то, что эти группы секций вторичной обмотки располагаются на разных кернах сердечника, как показывает опыт, все же обеспечивается достаточно полная компенсация магнитных пешей тока промышленной частоты, питающего цепь накала клистрона.




1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 [ 43 ] 44 45 46 47 48 49