CC BY
8
' ИЗВЕСТИЯ ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 190 1968
ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ КОММУТИРУЮЩИЙ ПРИБОР СО СРЕДНИМ ТОКОМ 2000 а
В. В. ИВАШИН, А. И. БЛУДОВ, А. М. ЕЛЕНКИН
(Представлена научным семинаром кафедр электрических машин и общей
электротехники)
Среди разнообразных коммутирующих устройств больших импульсных мощностей, 'Применяемых в -практике физического эксперимента, до -сих пор представляет известные трудности создание (высоковольтных коммутирующих приборов со средним током несколько тысяч а мл ер.
Одним из возможных решений этой задачи может быть разрабатываемое в научно-исследовательском институте ядерной физики, электроники и автоматики ¡при Томском политехническом .институте коммутирующее устройство для питания электромагнита ускорителя «Сириус» на 1,5 Гэв.
Данное устройство осуществляется на основе известных схем ион-но-механической коммутации [1]. Параметры схемы питания ускорителя, приведены .в табл. 1.
Таблица I
№ п.п. Параметры Величина
1 Энергия конденсаторной ба-
тареи 900 кдж
2 Напряжение 12500 в
3 Амплитуда тока 5200 а
4 Средний ток 1500 а
5 Длительность волны тока 170.10"3
6 Частота повторения 1 ГЦ
Система питания электромагнита с рассматриваемым .коммутирующим устройством показана на рис. 1.
■Коммутируемый контур состоит из электромагнита Ь], дефорсиру-ющего дросселя Оф, уменьшающего скорость роста магнитного ноля во время инжекции, и накопительной батареи Си питаемой от мощного выпрямителя ВЛь
Безыскровое замы,канне контактного аппарата КА обеспечивается включающим вентилем В\ и дросселем насыщения D^, Обесточиванис контактов при выключении обеспечивается контуром емкостной искусственной ¡коммутации, состоящим из дросселя насыщения вентилей В2 и Вз :и небольшой вспомогательной емкости С2, заряжаемой от выпрямителя В|П2.
Так как система нуждается в предварительном введении © режим.
г-С
-й- вп£
■М- вп
Рис. 1. Схема включения ионно-механического коммутатора в силовой колебательный контур
то пуск (И рабочее отключение (а также аварийное) осуществляется дополнительным разъединителем Рь выполненным на основе аппарата ВАБ-08.
Поскольку принцип работы ионно-механических схем ранее описывался [1, 2], то представляет интерес отметить только имеющиеся особенности конструктивного исполнения контактного аппарата и работу контура искусственной емкостной ¡коммутации при п:итании нагрузки в широком диапазоне токов. Схематично разрез контактного аппарата в положение «включено» 'приведен на рис. 2. Собственно контактная система состоит из центрального токоподводящего стержня 8, 12-ла-мельной розетки б и выводов 9. Петлевое выполнение такоподводов позволяет 'получить дополнительное электрад ин амичеокое прижатие ламелей при коммутации больших импульсных токов. С целью повышения 'быстродействия и рабочего напряжения замыкание и размыкание ламелей осуществляются при помощи диэлектрического цилиндра 5. На (последний при помощи толкателя 4, рычага 3 и ролика 2 воздействует кулачковый 'механизм 1. Равномерное вращение кулачка 1 осуществляется синхронно-.реактивным двигателем через понижающий редуктор (не наказаны). При движении вверх диэлектрический цилиндр -при помощи своих выступов разжимает ламели и входит конусообразной частью в контактный зазор, обеспечивая ускоренный рост прочности .контактного промежутка при небольшом ходе надвижных ламелей.
При движении диэлектрического цилиндра вниз л.амелй под действием пружин 7 замыкают внешнюю цепь. Подобная (конструкция позволяет получить быстродействие до 3,0 • 10~3 сек. без вибраций ламелей и выдерживает испытательное напряжение до 25 кв. Синхронизация моментов запуска вспомогательных вентилей увязана с контактным аппаратом при помощи дополнительных контактов.
Другой особенностью данного устройства является обеспечение безыскрового размыкания контактов при изменении токов нагрузки в заданном диапазоне. Применительно к различным требованиям возможны (следующие пути решения этой задачи:
Рис. 2. Принципиальная схема конструкции
механического контактного аппарата
а) изменение величины коммутирующей емкости или потокооцеп-ления /дросселя 02 в соответствии с величиной коммутируемого тока;
б) использование дросселя насыщения с большим 'потокосцеп-лением;
в) изменение момента начала коммутации таким образом, чтобы ток перезаряда емкости был одинаковым три различных токах нагрузки;
\
г) изменение напряжения заряда .коммутирующей емкости таким образом, чтобы производимое ею изменение потокосцепления дросселя насыщения Б2 не 'Превышало заданных пределов. Возможно, конечно, комбинирование -способов.
В данном устройстве с целью обеспечения изменения потокосце-пления дросселя 02 на постоянную величину при ¡выключении различных токов нагрузки применено управление величиной напряжения на коммутирующей емкости в зависимости от напряжений на накопительной батарее или, что то же самое, в зависимости от 'максимального значения коммутирующего тока.
Закон управления можно найти из 'следующих соображений. Предполагая, что перезаряд емкости С2 происходит по линейному закону для величины производимого ею потокооцепления можно записать
ис, -м, (о
где исг— напряжение на емкости С2 в момент начала перезаряда;
— время .перезаряда емкости, которое можно определить через параметры коммутирующего контура:
С,
А1 = - З—— , (2)
где 12 — ток перезаряда емкости. Подставляя (2) в (1), получим:
112 Г
Для обеспечения надежной безыскровой работы контактов необходимо, чтобы их размыкание происходило в пределах середины ступени перемагничивания дросселя Б2. Поэтому, приравнивая правую часть выражения (3) к величине, равной половине потокосцепления дросселя 0,5'ф8, можно найти зависимость напряжения на коммутирующей емкости от тока главного контура V
ис = Ф . (4)
Питание коммутирующей емкости по данному нелинейному закону осуществлялось устройством, схема которого приведена на рис. 3. Нелинейность обеспечивается включением в одно из плеч измерительного делителя ИД нелинейного элемента — электронной лампы. В данном случае использовался пентод типа 6Ж4. Практически подстройка необходимого закона выполняется регулировкой режима лампы по управляющей и экранной сеткам.
Сигнал ошибки, равный разности напряжений на измерительны ч плечах делителей, после усиления усилителем постоянного тока УПТ управляет фазовращателем ФВ выпрямителя ВП2. Фазовращатель мостового типа — активно-емкостной. В одном из плеч включена электронная лампа. В качестве регулируемого параметра является внутреннее сопротивление электронной лампы. Выпрямитель <ВП2 мощностью около 1,5 квт собран по схеме однополупериодного выпрямителя на тиратроне ТР-6/15.
В заключение необходимо отметить, что подобные коммутирующие устройства могут найти применение в различных физических установках для коммутации энергии мощных накопителей при длительности импульсов тока 40-Ю-3 сек и более.
У/77" ФВ
*
ВП2
I___ги
Рис. 3. Блок-схема управляемого выпрямителя.
ЛИТЕРАТУРА
1. В. В. Ивашин, Г. А. Си пай л о в. Бездуговое отключение больших токов. Электротехника, № 9, 1964.
2. В. В. Ивашин. Авторское свидетельство Ко 155206.
