CC BY
19
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М КИРОВА
Том 172
1967
ИССЛЕДОВАНИЕ БЕЗЫСКРОВОЙ КОММУТАЦИИ БОЛЬШИХ ТОКОВ
В. В. ИВАШИН, А. И. БЛУДОВ
(Представлена научным семинаром кафедр электрических машин и общей
электротехники)
При исследованиях и испытаниях электротехнической аппаратуры в лабораториях большой мощности для синхронизированного включения ударного генератора необходимы включающие аппараты, способные коммутировать токи в десятки и даже сотни килоампер [1, 2]. Аналогичные задачи стоят перед коммутирующим устройством, включающим ударный генератор на индуктивную нагрузку, например, электромагнит ускорителя элементарных частиц или какой-либо другой объект.
Ранее для коммутации больших токов были предложены бездуговые ионно-механические коммутирующие устройства [3]. Эти устройства позволяют также решать и более трудную задачу — включать без возникновения дуги на контактах мощные колебательные цепи ЬС при напряжении на батареи конденсаторов (10—15) кв. Такие задачи стоят при разработке схем питания различных устройств в ускорительной технике и термоядерных исследованиях.
Разработанное нами коммутирующее устройство представляет собой быстродействующий контактный аппарат с масляным демпфером, предупреждающим вибрации подвижных частей и отскоки ламелей контактов розеточного типа. Электродинамический привод позволяет обеспечивать быстродействие не более (3--4) Ю-3 сек. Вес аппарата — 100 кг. Бездуговая система включения, состоящая из дросселя и вспомогательного вентиля (или группы вентилей), работающих параллельно, позволяет обеспечивать точность включения цепи не хуже (10-:-15) Ю-6 сек.
На рис. (1, 2) показана схема коммутирующего устройства, включающегося в разрыв коммутируемой цепи точками А и Б.
Работает схема следующим образом. На вентили В1 и В2 от электронной системы подается управляющий импульс. Ток нагрузки протекает при этом от А к Б через вентиль Вь Через вентиль В2 накопительная емкость С( привода контактов разряжается на обмотку привода Пь обеспечивая время замыкания контактов К (3 --4) 10—3 сек. Дроссель насыщения Др. после замыкания контактов перемагничивается примерно 1 • Ю-3 сек., что обеспечивает отсутствие тока в цепи с контактами до их хорошего контактирования. После замыкания контактов К система блок контактов БК1 переключается, присоединяя к вентилю В2 катушку П2 электродинамического привода выключения контактов, обмотку О. Р. размагничивания дросселя насыщения и емкость С2, при разряде которой и обеспечивается выключение контактов. Необходи-
Ит
и
С
и
Из
1М
/УУУУч.
¿д.
В,
/?2
¿и
Рис. 1.
мая электрическая прочность катушек П1 и П2 приводов (5 кв) была обеспечена применением стеклянной изоляции и ее пропиткой эпоксидными компаундами, что одновременно обеспечило и их высокую механическую прочность. Взвод контактов можно осуществить в любой момент времени. В случае если необходимо синхронизированное отключение цепи при проходе тока через нуль, в устройство параллельно точкам А и Б подключается цепь емкостной исскусственной коммутации [3].
Особое внимание необходимо уделять при проектировании и эксплуатации устройства на время перемагничивания дросселя Др. и перехват тока из вспомогательного вентиля В! в контакты К.
На рис. (1, а) показано включение устройства в мощный колебательный контур ЬНС. Включение двух вентилей В1 на параллельную работу объясняется недостаточной импульсной мощностью этих приборов, что в практических случаях может часто иметь место. Включение переменного сопротивления г2 обеспечивает нормальную работу коммутирующего устройства при разных напряжениях на батарее конденсаторов С, при разряде которой на нагрузку Ьн в контуре проходит импульсный ток с амплитудным значением 1т.
Анализ работы схемы на отрезке времени 1;п, когда происходит перемагничивание дросселя, показывает, что сопротивление Г2 должно выбираться из условия
Рис. 2.
ит
- и,
и0
к
2
(1)
где -ф — потокосцепление дросселя;
11 — время включения контактов; — время перемагничивания дросселя; Ьа — индуктивность рассеяния обмоток анодного делителя; ио — падение напряжения на вентилях Вь Решая выражение (1) относительно 1;п, можно определить время перемагничивания дросселя при различных других параметрах схемы (Ьа, г2, и т. д.). В случае, если время (1:1-Ип) соответствует небольшому углу синусоидального изменения тока контура ЬНС, то ток в течение этого времени нарастает в контуре практически линейно
1
и,
(2)
После перемагничивания сопротивление дросселя уменьшается и начинается перехват тока из цепи с вентилями В1 в цепи с контактами. В общем случае токи 1в1 и \к описываются сложными уравнениями. В случае, если перехват тока из В1 в К успевает пройти за время, соответствующее углам (20-.-30)° частоты ш— „}„ , то ток в вентиле можно
уъс
определить по упрощенной формуле
1В1 =
1 -1
II1
-21
(3)
где
г2 + г3
к, =
ко • г„
к,=
к - У=.
К0 — т >
Ьгз + к0Ь3 — Ц0
Численные расчеты показывают, что от значения активного сопротивления г3 обмотки дросселя в сильной степени зависит характер перераспределения тока между цепью с вентилями В1 и контактами К и существует критическое сопротивление г3кр, при котором ток в вентиле ВI будет уменьшен до нуля. Невыполнение условия критичности приводит к существенному возрастанию среднего значения тока вентилей,
что нежелательно. В первом приближении условию критичности отвечает выражение
и0 > 1дГакр + ко
и + з (Ьа+ь3) Гзкр
(4)
Г2 + Г3кр J
На рис. 1, б пунктирными линиями показан характер типичных кривых тока 1 з 1 при разной степени невыполнения условия критичности (1, 2) и при выполнении этого условия (3).
Влияние индуктивности Ьа на характер изменения тока ¡В1 в реальных схемах может быть также существенным, поэтому в импульсных устройствах подобного типа параметры анодного делителя необходимо выбирать только из условия обеспечения нормального поджига параллельно включенных вентилей. Для равномерного же деления тока последовательно с каждым вентилем необходимо включить небольшие активные сопротивления. Это позволяет выполнять обмотки анодного делителя малогабаритными и с малыми индуктивностями рассеяния.
Демпфирующая цепочка г4с4 рассчитывается на ток перемагничи-вания дросселя и обеспечивает отсутствие искрения при возникновении отскоков контактов в момент их включения.
Из рис. (1, б) следует, что величина I] импульса тока через вентили зависит от времени срабатывания аппарата и и времени перемагни-чивания 1п. При сумме этих времен (1,5--2) Ю-3 сек., что технически вполне достижимо, даже при использовании в качестве вентилей В1 современных игнитронов или тиратронов, подобные коммутирующие устройства могут быть использованы в качестве генераторных выключателей, способных включать и отключать токи коротких замыканий в десятки тысяч ампер.
ЛИТЕРАТУРА
1. С. И. Я б л о н к о. Современные лаборатории разрывных мощностей, ЦИНТИ, 1962.
2. В. П. Голубев'а, Б. А. Шешин. Включающий аппарат для лаборатории большой мощности. «Вестник электропромышленности», № 5, 1958.
3. В. В. Ивашин. АЕторское свидетельство № 155206.
