Файл: В. В. Титков техника высоких напряжений высоковольтные испытания и измерения учебное пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.03.2024
Просмотров: 19
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
2.7. Измерение малых индуктивностей элементов импульсных установок .7 .
1. Программа работы. Ознакомиться с измерительными приборами и их характеристиками. Измерить с помощью прибора Аи рассчитать:
а) индуктивность кольца из тонкой проволоки (диаметр 1,5—
2 мм) с длиной по окружности 700—1000 мм;
б) индуктивность двухпроводной линии из того же проводника при расстоянии' между проводами 30-40 мм. Измерить характерные геометрические размеры и определить погонную индуктивность коаксиальных кабелей типа КВИМ ;
КВИ-120, РК-50—9—И; АКПВМ 1/60, ФКП:
по непосредственным измерениям с помощью прибора Е 12-1 А;
расчетом;
по измеренной погонной емкости С , пользуясь соотношением
L 'C = ер.
Сравнить их индуктивности. Измерить с помощью схемы на рис. 2.28 и рассчитать индуктивности одновитковы х соленоидов при различном соотношении их длины и диаметра и экспериментально определить поправочный коэффициент к (Ь /2 г. Проанализировать полученные результаты и сделать выводы по работе. Пояснения краб от е
2.7. Измерение малых индуктивностей элементов импульсных установок .7 .
1. Программа работы. Ознакомиться с измерительными приборами и их характеристиками. Измерить с помощью прибора Аи рассчитать:
а) индуктивность кольца из тонкой проволоки (диаметр 1,5—
2 мм) с длиной по окружности 700—1000 мм;
б) индуктивность двухпроводной линии из того же проводника при расстоянии' между проводами 30-40 мм. Измерить характерные геометрические размеры и определить погонную индуктивность коаксиальных кабелей типа КВИМ ;
КВИ-120, РК-50—9—И; АКПВМ 1/60, ФКП:
по непосредственным измерениям с помощью прибора Е 12-1 А;
расчетом;
по измеренной погонной емкости С , пользуясь соотношением
L 'C = ер.
Сравнить их индуктивности. Измерить с помощью схемы на рис. 2.28 и рассчитать индуктивности одновитковы х соленоидов при различном соотношении их длины и диаметра и экспериментально определить поправочный коэффициент к (Ь /2 г. Проанализировать полученные результаты и сделать выводы по работе. Пояснения краб от е
2.7. Измерение малых индуктивностей элементов импульсных установок .7 .
1. Программа работы. Ознакомиться с измерительными приборами и их характеристиками. Измерить с помощью прибора Аи рассчитать:
а) индуктивность кольца из тонкой проволоки (диаметр 1,5—
2 мм) с длиной по окружности 700—1000 мм;
б) индуктивность двухпроводной линии из того же проводника при расстоянии' между проводами 30-40 мм. Измерить характерные геометрические размеры и определить погонную индуктивность коаксиальных кабелей типа КВИМ ;
КВИ-120, РК-50—9—И; АКПВМ 1/60, ФКП:
по непосредственным измерениям с помощью прибора Е 12-1 А;
расчетом;
по измеренной погонной емкости С , пользуясь соотношением
L 'C = ер.
Сравнить их индуктивности. Измерить с помощью схемы на рис. 2.28 и рассчитать индуктивности одновитковы х соленоидов при различном соотношении их длины и диаметра и экспериментально определить поправочный коэффициент к (Ь /2 г. Проанализировать полученные результаты и сделать выводы по работе. Пояснения краб от е
Получение импульсных токов с большой крутизной нарастания до 1013 Ас) требует создания генераторов импульсных токов ГИТ) с малой собственной индуктивностью . Это может быть обеспечено лишь при применении специальных малоиндуктивных конденсаторов, разрядников, кабелей, сборных шин. При разработке указанных элементов возникает задача расчета или экспериментального определения их индуктивностей
Расчет индуктивностей основывается на законах полного тока и электромагнитной индукции и предполагает знание распределения магнитного поля или его энергии. При этом индуктивность определяется распределением магнитного поля как вне, таки в теле проводника. Поэтому при определении индуктивности устройств, работающих при переменном токе, необходимо учитывать поверхностный эффект и эффект близости.
Г луб и напр они кн о вен и я электромагнитного поля в тело проводника 5ЭМ определяется угловой частотой переменного тока сом агнитной проницаемостью ц и удельной проводимостью материала проводника у. Она равна
5ЭМ 2яЛ/2/ощх . При высоких частотах (порядка 104 Гц и выше) значение 5ЭМ много меньше линейных размеров поперечного сечения, и можно считать, что ток сосредоточен в весьма тонком слое у поверхности проводника, индуктивность определяется только распределением магнитного поля вне проводника.
Степень влияния эффекта близости зависит от взаимного расположения и собственных размеров контуров, она может быть оценена только в простейших случаях. В системах, у которых поперечные размеры проводников малы пос равнению с расстояниями между проводниками, влияние эффекта близости несущественно. Пользуясь понятиями о собственной и взаимной индуктивности контуров, следует учитывать, что они имеют смысл лишь при условии, что в любой момент времени ток можно считать одинаковым для всех сечений каждого контура. Эти понятия применимы, следовательно, лишь тогда, когда электромагнитное поле в среде, окружающей контуры, квазистационарно, те. когда длина волны электромагнитных колебаний в этой среде много больше размеров контуров и расстояний между ними, те. Л » / , где X — длина электромагнитной волны , I — размер контура. Расчет Рис. 2.22. Провод над проводящей плоскостью
Г луб и напр они кн о вен и я электромагнитного поля в тело проводника 5ЭМ определяется угловой частотой переменного тока сом агнитной проницаемостью ц и удельной проводимостью материала проводника у. Она равна
5ЭМ 2яЛ/2/ощх . При высоких частотах (порядка 104 Гц и выше) значение 5ЭМ много меньше линейных размеров поперечного сечения, и можно считать, что ток сосредоточен в весьма тонком слое у поверхности проводника, индуктивность определяется только распределением магнитного поля вне проводника.
Степень влияния эффекта близости зависит от взаимного расположения и собственных размеров контуров, она может быть оценена только в простейших случаях. В системах, у которых поперечные размеры проводников малы пос равнению с расстояниями между проводниками, влияние эффекта близости несущественно. Пользуясь понятиями о собственной и взаимной индуктивности контуров, следует учитывать, что они имеют смысл лишь при условии, что в любой момент времени ток можно считать одинаковым для всех сечений каждого контура. Эти понятия применимы, следовательно, лишь тогда, когда электромагнитное поле в среде, окружающей контуры, квазистационарно, те. когда длина волны электромагнитных колебаний в этой среде много больше размеров контуров и расстояний между ними, те. Л » / , где X — длина электромагнитной волны , I — размер контура. Расчет Рис. 2.22. Провод над проводящей плоскостью
индуктивностей некоторых контуров (полагается, что окружающая среда и вещество проводников имеют р = |i0) h выполняется последующим формулам. Индуктивность системы в виде горизонтального проводника на высоте h над проводящей плоскостью (рис. 2.22) длиною I: при низких частотах гр л In— + при высоких частотах
А
2п г. Индуктивность двухпроводной линии длиною I (рис. 2.23): при низких частотах
А
In-
' - г О+ г
4 у при d » г
Ч -4 - W
- A П при высокой частоте и d » г 2 = М п . п
г
Для этого случая погрешность из-за неучета эффекта близости в определении индуктивности можно определить по формуле
ДА = (\x0l/ri)(r2/ d 2) .
2 r
2 Рис. 2.23. Двухпроводная линия. Индуктивность кольца кругового сечения при гк » г (рис. при низкой частоте
Ц. - Н-ОЙс In— — 1,75
I
г
(при этом погрешность и з-за неучета эффекта близости при гк/ г = 0,1 равна 3 при высокой частоте = IV k ^ n- f - 2 •
4. Индуктивность коаксиального кабеля при малой толщине наружного провода (рис. при низкой частоте им алой толщине наружного проводника j V
2 п
1п
/*,
1
+ - й при высокой частоте
Рис. 2.25. Коаксиальный кабель = (ц 0//2л)1п(/-2/г]).
А
2п г. Индуктивность двухпроводной линии длиною I (рис. 2.23): при низких частотах
А
In-
' - г О+ г
4 у при d » г
Ч -4 - W
- A П при высокой частоте и d » г 2 = М п . п
г
Для этого случая погрешность из-за неучета эффекта близости в определении индуктивности можно определить по формуле
ДА = (\x0l/ri)(r2/ d 2) .
2 r
2 Рис. 2.23. Двухпроводная линия. Индуктивность кольца кругового сечения при гк » г (рис. при низкой частоте
Ц. - Н-ОЙс In— — 1,75
I
г
(при этом погрешность и з-за неучета эффекта близости при гк/ г = 0,1 равна 3 при высокой частоте = IV k ^ n- f - 2 •
4. Индуктивность коаксиального кабеля при малой толщине наружного провода (рис. при низкой частоте им алой толщине наружного проводника j V
2 п
1п
/*,
1
+ - й при высокой частоте
Рис. 2.25. Коаксиальный кабель = (ц 0//2л)1п(/-2/г]).
Рис. 2.26. О дновитковы й тонкостенный соленоид. Индуктивность одновиткового соленоида при малой толщине стенки (рис. 2.26) L = yL0(nr2/ b ) k , где к{Ь/2г) — поправочный коэффициент, зависящий от частоты и отношения Ь/2г (рис. Существует несколько способов измерениям алых индуктивностей. В данной работе используется прибор для измерениям алых индуктивностей Е 1 2 -АИ н д у к ти вн ость и емкость измеряются резонансным методом си н д и кац и ей резонанса по нулевым биениям. В приборе имеются два высокочастотных генератора, собранных по одной схеме. В колебательный контур одного генератора включен образцовый конденсатор переменной емкости. В контур второго генератора последовательно с контурной индуктивностью включается измеряемая индуктивность L%, При отсутствии измеряемой индуктивности (клеммы “L " закорочены) оба генератора по нулевым биениям настраиваются на одинаковую частоту. Для получения нулевых биений на индикаторе изменяют частоту другого генератора, изменяя емкость образцового конденсатора, шкала которого проградуирована непосредственно ввели чинах индуктивности. Измерение индуктивностей на одном поддиапа
зоне (0,05—1 мкГ) производится на частотах (1,55-1,11) МГц.
Рис. 2.27. Зависимость коэффициента кот отношения
Ь/2г в формуле для индуктивности соленоида
зоне (0,05—1 мкГ) производится на частотах (1,55-1,11) МГц.
Рис. 2.27. Зависимость коэффициента кот отношения
Ь/2г в формуле для индуктивности соленоида
Рис. 2.28. Схема для измерения малых индуктивностей
Измерение малых индуктивностей может производиться по схеме, изображенной на рис. В цепь генератора высокой частоты включаются последовательно элемент, индуктивность которого L% необходимо измерить, и известная (эталонная) индуктивность L 0. По падению напряжения на L% — Ux и на L a — U0 определяют индуктивность
:
h
'А.КЛМ-
В рамках выполнения данной лабораторной работы при измерениях малых индуктивностей прибором типа Е- IA необходимо прибор настраивать на ноль при закороченных токопроводящих шинах, не изменяя при этом их конфигурации.
Схема для измерения малых индуктивностей с помощью эталонной индуктивности показана на рис. 2.28, Питание схемы осуществляется от высокочастотного генератора ( / = 100—200 кГц, для согласования сопротивления нагрузки с выходным сопротивлением генератора используется понижающий трансформатор с коэффициентом трансформации В качестве эталонной индуктивности используются взаимная индуктивность двух круговых витков или при измерении особо малых индуктивностей индуктивность одновиткового соленоида, вычисленные с большой точностью. Значения U0 измеряются
4. Снять осциллограммы для определения времени запаздывания срабатывания разрядника от приложенного напряжения в случае его поджига со стороны катода и со стороны анода при большом и малом токе поджига.
5. Построить опытные зависимости времени запаздывания срабатывания разрядника от приложенного напряжения для случаев, перечисленных в п. 4.
6. Сравнить полученные в п. 5 зависимости. Оценить погрешности измерений времени запаздывания срабатывания разрядника. Пункты 5 -7 выполняются после расшифровки осциллограмм. Пояснения к работе
Управляемый вакуумный разрядник (рис. 2.29) представляет собой разрядный промежуток в вакууме, образованный двумя плоскими основными электродами 1 и 2. Водном из основных электродов по оси имеется отверстие, в которое установлена диэлектрическая втулка 3 с управляющим электродом 4 в виде тонкого металлического стержня. Рабочая камера разрядника ограничена изоляционным корпусом 5 в виде кольца, выполненного из органического стекла, и основными электродами. Откачка камеры разрядника производится с помощью вакуумного насоса через специальный фланец в основном электроде. К электродами подсоединен конденсатор С, заряжаемый до рабочего напряжения Как известно, электрическая прочность разрядного промежутка с равномерным полем, находящегося при пониженном давлении газа, определяется законом Пашена, те -образной зависимостью разрядного напряжения от pS0 — произведения давления надлину разрядного промежутка. Вакуумные разрядники работают при малых значениях pS0 порядка 102Па-м(102 мм рт.ст.-см) и нижете. на левой ветви кривой Пашена. При малых давлениях газа сильно уменьшается вероятность ионизации остаточного газа первичными электронами, которые возникают по тем или иным причинам на поверхности катода ив объеме разрядника, вследствие
Измерение малых индуктивностей может производиться по схеме, изображенной на рис. В цепь генератора высокой частоты включаются последовательно элемент, индуктивность которого L% необходимо измерить, и известная (эталонная) индуктивность L 0. По падению напряжения на L% — Ux и на L a — U0 определяют индуктивность
:
h
'А.КЛМ-
В рамках выполнения данной лабораторной работы при измерениях малых индуктивностей прибором типа Е- IA необходимо прибор настраивать на ноль при закороченных токопроводящих шинах, не изменяя при этом их конфигурации.
Схема для измерения малых индуктивностей с помощью эталонной индуктивности показана на рис. 2.28, Питание схемы осуществляется от высокочастотного генератора ( / = 100—200 кГц, для согласования сопротивления нагрузки с выходным сопротивлением генератора используется понижающий трансформатор с коэффициентом трансформации В качестве эталонной индуктивности используются взаимная индуктивность двух круговых витков или при измерении особо малых индуктивностей индуктивность одновиткового соленоида, вычисленные с большой точностью. Значения U0 измеряются
непосредственно на ток оп ров од я щи х шинах. Скорость распространения электромагнитной волны вдоль однородной линии равна и =
1/у[щх
= где L'w. С — погонные индуктивность и емкость кабеля, их можно также рассчитать по формуле £ ' = е
|
х
/ С '. Измерение погонной емкости кабеля производить с помощью прибора Е 1 А . При сравнении результатов расчета и измерений определить погрешности полученных результатов по общим правилам. В отчете конечные результаты определения индуктивности кабеля необходимо привести на погонный метр. Требования к отчету
Отчет должен содержать:
а) схему измерений;
б) численные результаты измерения индуктивности и их сравнение с расчетными оценками;
в) выводы по работе. Электрические характеристики управляемого вакуумного разрядника. Программа работы. Ознакомиться с экспериментальной установкой и инструкцией по технике безопасности и эксплуатации. По параметрам контура поджига оценить максимальные значения тока поджига при зарядном напряжении 20 кВ в случае наличия и отсутствия ограничительного сопротивления. Определить предел срабатывания вакуумного разрядника при поджиге на катоде и на аноде в случаях малых и больших токов под жига тес ограничительными безо грани ч и тельного сопротивления вцепи поджига).
1/у[щх
= где L'w. С — погонные индуктивность и емкость кабеля, их можно также рассчитать по формуле £ ' = е
|
х
/ С '. Измерение погонной емкости кабеля производить с помощью прибора Е 1 А . При сравнении результатов расчета и измерений определить погрешности полученных результатов по общим правилам. В отчете конечные результаты определения индуктивности кабеля необходимо привести на погонный метр. Требования к отчету
Отчет должен содержать:
а) схему измерений;
б) численные результаты измерения индуктивности и их сравнение с расчетными оценками;
в) выводы по работе. Электрические характеристики управляемого вакуумного разрядника. Программа работы. Ознакомиться с экспериментальной установкой и инструкцией по технике безопасности и эксплуатации. По параметрам контура поджига оценить максимальные значения тока поджига при зарядном напряжении 20 кВ в случае наличия и отсутствия ограничительного сопротивления. Определить предел срабатывания вакуумного разрядника при поджиге на катоде и на аноде в случаях малых и больших токов под жига тес ограничительными безо грани ч и тельного сопротивления вцепи поджига).
4. Снять осциллограммы для определения времени запаздывания срабатывания разрядника от приложенного напряжения в случае его поджига со стороны катода и со стороны анода при большом и малом токе поджига.
5. Построить опытные зависимости времени запаздывания срабатывания разрядника от приложенного напряжения для случаев, перечисленных в п. 4.
6. Сравнить полученные в п. 5 зависимости. Оценить погрешности измерений времени запаздывания срабатывания разрядника. Пункты 5 -7 выполняются после расшифровки осциллограмм. Пояснения к работе
Управляемый вакуумный разрядник (рис. 2.29) представляет собой разрядный промежуток в вакууме, образованный двумя плоскими основными электродами 1 и 2. Водном из основных электродов по оси имеется отверстие, в которое установлена диэлектрическая втулка 3 с управляющим электродом 4 в виде тонкого металлического стержня. Рабочая камера разрядника ограничена изоляционным корпусом 5 в виде кольца, выполненного из органического стекла, и основными электродами. Откачка камеры разрядника производится с помощью вакуумного насоса через специальный фланец в основном электроде. К электродами подсоединен конденсатор С, заряжаемый до рабочего напряжения Как известно, электрическая прочность разрядного промежутка с равномерным полем, находящегося при пониженном давлении газа, определяется законом Пашена, те -образной зависимостью разрядного напряжения от pS0 — произведения давления надлину разрядного промежутка. Вакуумные разрядники работают при малых значениях pS0 порядка 102Па-м(102 мм рт.ст.-см) и нижете. на левой ветви кривой Пашена. При малых давлениях газа сильно уменьшается вероятность ионизации остаточного газа первичными электронами, которые возникают по тем или иным причинам на поверхности катода ив объеме разрядника, вследствие
Рис. 2.29. Управляемый вакуумный разрядники схема для исследования его электрических характеристик, 2 — основные электроды разрядника 3 — изолирующая втулка 4 — управляющий электрод 5 — изоляционный корпус М —
монометрический преобразователь термопарный; ПР поджигающий разряд Сп — конденсатор поджига; Р —
управляемый разрядник
R0
— ограничительное сопротивление 2^ — сопротивление утечки
Uc
— высоковольтный синхронизирующий импульс
Un
— зарядное напряжение контура поджига; С 0 — конденсатор основной цепи
UQ
— основное напряжение Пи П 1 —
измерительные петли контура поджига и основной цепи чего повышается электрическая прочность разрядного промежутка. При p S 0 Г Па-м и ниже электрическая прочность разрядного промежутка может достигнуть нескольких десятков киловольт и ограничивается разрядом по внутренней поверхности изоляционного корпуса.
Таким образом, если вакуумный разрядник откачать до низкого давления, то его электрическая прочность оказывается выше рабочего напряжения контура и конденсатор Сможет быть заряжен до рабочего напряжения. Пробой между основными электродами разрядника можно вызвать, резко увеличив давление газа в объеме за счет напуска газа извне, те. опустившись по кривой Пашена в область минимальных разрядных напряжений. Однако такой способ управления срабатыванием вакуумного разрядника, как
монометрический преобразователь термопарный; ПР поджигающий разряд Сп — конденсатор поджига; Р —
управляемый разрядник
R0
— ограничительное сопротивление 2^ — сопротивление утечки
Uc
— высоковольтный синхронизирующий импульс
Un
— зарядное напряжение контура поджига; С 0 — конденсатор основной цепи
UQ
— основное напряжение Пи П 1 —
измерительные петли контура поджига и основной цепи чего повышается электрическая прочность разрядного промежутка. При p S 0 Г Па-м и ниже электрическая прочность разрядного промежутка может достигнуть нескольких десятков киловольт и ограничивается разрядом по внутренней поверхности изоляционного корпуса.
Таким образом, если вакуумный разрядник откачать до низкого давления, то его электрическая прочность оказывается выше рабочего напряжения контура и конденсатор Сможет быть заряжен до рабочего напряжения. Пробой между основными электродами разрядника можно вызвать, резко увеличив давление газа в объеме за счет напуска газа извне, те. опустившись по кривой Пашена в область минимальных разрядных напряжений. Однако такой способ управления срабатыванием вакуумного разрядника, как
правило, неприемлем ввиду больших времен запаздывания срабатывания и разброса во времени, которые обусловлены инерционностью процесса напуска газа и большим статическим разбросом пробоя разрядного промежутка.
Наиболее удобен электрический способ управления пробоем с использованием тригатронного узла с изолирующей втулкой. Управляемый пробой разрядника вызывает приложение к управляющему электроду высоковольтного импульса от специального генератора поджигающих импульсов. Высоковольтный импульс вызывает пробой вдоль торца изолирующей втулки (между управляющим электродом и краем отверстия основного электрода, так называемый поджигающий разряд, инициирующий разряд между основными электродами.
Ввиду сложности и малоизученное процессов, происходящих при развитии пробоя в вакуумном промежутке, в настоящее время не существует общепринятой теории, достаточно полно описывающей процесс управляемого пробоя вакуумного разрядника. Однако на основании известных физических явлений в газах можно представить схему развития управляемого пробоя, позволяющую понять ряд основных экспериментально установленных свойств и характеристик разрядников.
П ред ставим, что поджигающий разряд произошел на отрицательном основном электроде. Возникающий вдоль поверхности изолирующей втулки разряд представляет собой плазму, которая является поставщиком электронов для основного разрядного промежутка. Кроме этого, поджигающий разряд вызывает десорбцию молекул и атомов, адсорбированных на изолирующей втулке и электродах, а также испарение материала собственно втулки и электродов. Электроны из поджигающего разряда ускоряются в основном электрическом поле и частично ионизируют остаточный газ. Электронный ток из мощного поджигающего разряда ограничивается объемным зарядом электронов в разрядном промежутке аналогично тому, как ограничивается ток в вакуумном диоде, при этом зависимость тока от напряжения подчиняется закону 3/2. Как показывают оценочные
Наиболее удобен электрический способ управления пробоем с использованием тригатронного узла с изолирующей втулкой. Управляемый пробой разрядника вызывает приложение к управляющему электроду высоковольтного импульса от специального генератора поджигающих импульсов. Высоковольтный импульс вызывает пробой вдоль торца изолирующей втулки (между управляющим электродом и краем отверстия основного электрода, так называемый поджигающий разряд, инициирующий разряд между основными электродами.
Ввиду сложности и малоизученное процессов, происходящих при развитии пробоя в вакуумном промежутке, в настоящее время не существует общепринятой теории, достаточно полно описывающей процесс управляемого пробоя вакуумного разрядника. Однако на основании известных физических явлений в газах можно представить схему развития управляемого пробоя, позволяющую понять ряд основных экспериментально установленных свойств и характеристик разрядников.
П ред ставим, что поджигающий разряд произошел на отрицательном основном электроде. Возникающий вдоль поверхности изолирующей втулки разряд представляет собой плазму, которая является поставщиком электронов для основного разрядного промежутка. Кроме этого, поджигающий разряд вызывает десорбцию молекул и атомов, адсорбированных на изолирующей втулке и электродах, а также испарение материала собственно втулки и электродов. Электроны из поджигающего разряда ускоряются в основном электрическом поле и частично ионизируют остаточный газ. Электронный ток из мощного поджигающего разряда ограничивается объемным зарядом электронов в разрядном промежутке аналогично тому, как ограничивается ток в вакуумном диоде, при этом зависимость тока от напряжения подчиняется закону 3/2. Как показывают оценочные
расчеты, амплитуда электронного тока при этом ограничивается несколькими амперами. Это начальная или доплазменная стадия развития управляемого пробоя.
По мере протекания тока его амплитуды возрастают за счет постепенной компенсации объемного заряда электронного облака положительными ионами, создающимися в объеме газа при его ионизации ускоренными электронами, как это имеет место в газоразрядных приборах, например в тиратронах. Таким образом, возникает газоразрядная плазма. Вследствие быстрого нагрева плазмы, по-видимому за счет пучковых неустойчивостей, бурно развиваются ионизационные процессы и резко увеличивается проводимость плазмы. Это плазменная стадия развития разряда. При этом из-за низкого начального давления газа газоразрядные процессы развиваются во всем объеме разрядного промежутка и образуется разрядный канал, диффузный по форме. Сопротивление разрядного канала становится существенно меньше полного сопротивления контура, и разрядник коммутирует цепь.
Т ок в разрядном промежутке во снов ном определяется движением электронов, так как скорость дрейфа ионов многом еньш е, чем электронов. Поэтому плотность тока в сечении разрядного канала j = emj, где е заряд электрона п — концентрация заряженных частиц в объеме (в плазме п электронов п однозарядных ионов и — средняя скорость электронов в направлении действия основного электрического поля.
Различают два крайних режима работы вакуумного разрядника в зависимости от начального давления газа. Первый режим — когда в объеме существует высокая концентрация остаточного газа, при ионизации которого создается плазма с большой концентрацией заряженных частиц, благодаря чему обеспечивается большая плотность тока и разрядник может коммутировать рабочие токи до
105—106 А. Такой режим соответствует давлению в вакуумном разряднике примерно 1 Паи выше. При полной однократной ионизации газа концентрация электронов оказывается выше см и при направленной скорости последних около 106 см-с-1 плотность тока в плазме в соответствии с формулой может достигать
104 А-см-2. При такой плотности тока и площади поперечного сечения канала разряда, равной десяткам см, коммутируемые токи могут быть свыше 105 А. В связи стем, что в указанном выше диапазоне давлений статическое разрядное напряжение разрядника не превышает примерно 50 кВ, максимальное рабочее напряжение разрядников, работающих в первом режиме, должно быть не более 3 0-40 кВ.
Второй режим — работа при давлениях много меньше 1 Па, коща концентрация заряженных частиц при полностью ионизированном газе много меньше, чем необходимо для коммутации больших рабочих токов. Пониженным давлениям газа соответствуют более высокие статические разрядные напряжения, и рабочие напряжения разрядников могут превышать 50 кВ.
Режим работы разрядника определяющий с учетом его времени запаздывания срабатывания т. В первом режиме значение т определяется процессом развития ионизационных процессов в остаточном газе при воздействии поджигающего разряда. При этом естественно, что полярность основного электрода, на котором осуществляется поджиг, влияет на процесс развития разряда и, следовательно, назначение т3.
При поджиге на катоде и относительно большой плотности остаточного газа быстро развивается начальная стадия разряда и затем плазменная, что обеспечивает малые значения т. В этом случае роль поджига сводится к созданию самоподдерживающего электронного тока в начальной стадии развития разряда. Дальнейшее развитие разряда от величины тока поджига не зависит, поэтому более мощный поджиг несколько уменьшает значение т . Большое влияние наврем я запаздывания срабатывания оказывает давление остаточного газа. Более высокое давление газа уменьшает длительность начальной и плазменной стадии и, следовательно, значение т, которое мало зависит от рабочего напряжения.
При поджиге на аноде самостоятельный электронный ток возникает лишь после того как ионы, вытягиваемые из области
По мере протекания тока его амплитуды возрастают за счет постепенной компенсации объемного заряда электронного облака положительными ионами, создающимися в объеме газа при его ионизации ускоренными электронами, как это имеет место в газоразрядных приборах, например в тиратронах. Таким образом, возникает газоразрядная плазма. Вследствие быстрого нагрева плазмы, по-видимому за счет пучковых неустойчивостей, бурно развиваются ионизационные процессы и резко увеличивается проводимость плазмы. Это плазменная стадия развития разряда. При этом из-за низкого начального давления газа газоразрядные процессы развиваются во всем объеме разрядного промежутка и образуется разрядный канал, диффузный по форме. Сопротивление разрядного канала становится существенно меньше полного сопротивления контура, и разрядник коммутирует цепь.
Т ок в разрядном промежутке во снов ном определяется движением электронов, так как скорость дрейфа ионов многом еньш е, чем электронов. Поэтому плотность тока в сечении разрядного канала j = emj, где е заряд электрона п — концентрация заряженных частиц в объеме (в плазме п электронов п однозарядных ионов и — средняя скорость электронов в направлении действия основного электрического поля.
Различают два крайних режима работы вакуумного разрядника в зависимости от начального давления газа. Первый режим — когда в объеме существует высокая концентрация остаточного газа, при ионизации которого создается плазма с большой концентрацией заряженных частиц, благодаря чему обеспечивается большая плотность тока и разрядник может коммутировать рабочие токи до
105—106 А. Такой режим соответствует давлению в вакуумном разряднике примерно 1 Паи выше. При полной однократной ионизации газа концентрация электронов оказывается выше см и при направленной скорости последних около 106 см-с-1 плотность тока в плазме в соответствии с формулой может достигать
104 А-см-2. При такой плотности тока и площади поперечного сечения канала разряда, равной десяткам см, коммутируемые токи могут быть свыше 105 А. В связи стем, что в указанном выше диапазоне давлений статическое разрядное напряжение разрядника не превышает примерно 50 кВ, максимальное рабочее напряжение разрядников, работающих в первом режиме, должно быть не более 3 0-40 кВ.
Второй режим — работа при давлениях много меньше 1 Па, коща концентрация заряженных частиц при полностью ионизированном газе много меньше, чем необходимо для коммутации больших рабочих токов. Пониженным давлениям газа соответствуют более высокие статические разрядные напряжения, и рабочие напряжения разрядников могут превышать 50 кВ.
Режим работы разрядника определяющий с учетом его времени запаздывания срабатывания т. В первом режиме значение т определяется процессом развития ионизационных процессов в остаточном газе при воздействии поджигающего разряда. При этом естественно, что полярность основного электрода, на котором осуществляется поджиг, влияет на процесс развития разряда и, следовательно, назначение т3.
При поджиге на катоде и относительно большой плотности остаточного газа быстро развивается начальная стадия разряда и затем плазменная, что обеспечивает малые значения т. В этом случае роль поджига сводится к созданию самоподдерживающего электронного тока в начальной стадии развития разряда. Дальнейшее развитие разряда от величины тока поджига не зависит, поэтому более мощный поджиг несколько уменьшает значение т . Большое влияние наврем я запаздывания срабатывания оказывает давление остаточного газа. Более высокое давление газа уменьшает длительность начальной и плазменной стадии и, следовательно, значение т, которое мало зависит от рабочего напряжения.
При поджиге на аноде самостоятельный электронный ток возникает лишь после того как ионы, вытягиваемые из области
поджига электрическим полем, дойдут до катода и создадут там за счет бомбардировки поверхности и перестройки местного электрического поля условия для эффективной электронной эмиссии. За счет времени развития этого процесса увеличивается значение т 3 по сравнению с вариантом поджига на катоде. Зависимости тот напряжения, приложенного ква ку умному разряднику, представлены на рис. Во втором режиме работы разрядника и з-за малой плотности остаточного газа резко увеличивается время, необходимое для развития ионизации в начальной стадии. Кроме того, требуется значительное время для поступления в разрядный промежуток нейтрального газа за счет десорбции с поверхности электродов и стенок камеры, а также за счет эрозии последних. Лишь ионизация поступивших частиц, число которых намного превышает число частиц остаточного газа, может обеспечить необходимую для коммутации тока концентрацию заряженных частиц в плазме. В связи с этим при более мощном поджиге происходит интенсивное поступление частиц из области под жига в разрядный промежуток и, следовательно, резко сокращаются во времени начальная и плазменная стадии. Таким образом, в этом режиме малые времена т можно обеспечить лишь при достаточно мощных поджигающих разрядах.
Поступление нейтральных частиц в объем резко увеличивается при под жиге у изоляционной стенки разрядника за счет облегченной десорбции и эрозии последней. Такой способ поджига оказывается целесообразным в разрядниках, работающих во втором режиме, те. при пониженных давлениях.
Рис. 2.30. Зависимость времени запаздывания срабатывания вакуумного разрядника от приложенного напряжения при поджиге на катоде 2 — при поджиге на аноде
Поступление нейтральных частиц в объем резко увеличивается при под жиге у изоляционной стенки разрядника за счет облегченной десорбции и эрозии последней. Такой способ поджига оказывается целесообразным в разрядниках, работающих во втором режиме, те. при пониженных давлениях.
Рис. 2.30. Зависимость времени запаздывания срабатывания вакуумного разрядника от приложенного напряжения при поджиге на катоде 2 — при поджиге на аноде
При промежуточных давлениях 1(Г2П а Па) ионизационные процессы в разрядниках развиваются более сложно, чем в рассмотренных выше двух режимах, и зависимость тз от рабочего напряжения, мощного поджига носит более сложный характер.
В вакуумных разрядниках при достаточно мощном поджиге независимо от начального давления возникает область поджига с повышенной плотностью частиц, в которой облегчены условия развития пробоя, как в области минимума образной кривой Па- шена. Поэтому минимальное напряжение срабатывания вакуумных разрядников оказывается, как правило, очень низким — менее 1 кВ.
И з-за низкого предела срабатывания вакуумных разрядников и слабой зависимости их времени запаздывания тот рабочего напряжения и малой индуктивности они находят применение в емкостных генераторах импульсных токов не только в качестве основных коммутаторов, но и для шунтирования индуктивной нагрузки в момент достижения максимального тока с целью получения апериодического импульса тока.
В рамках выполнения данной лабораторной работы исследование электрических характеристик управляемого вакуумного разрядника производится на установке, схема которой показана на рис.
2.29. Предварительно с помощью механического форвакуумного насоса откачивают разрядник до давления примерно 1 Па. Последнее измеряется с помощью термопарного манометрического преобразователя и вакуумметра ВТ. Включается тиратронный генератор синхронизирующихся импульсов.
И сследуем ы й вакуумный разрядник с подсоединенным к нему конденсатором С образует основной разрядный контур. Конденсатор С заряжается от выпрямительной установки до напряжения U0. Управление вакуумным разрядником производится от генератораподжигающих импульсов, состоящего из конденсатора
Сп (0,1 мкФ) и управляемого воздушного разрядника тригатронного типа. Конденсатор Сп заряжается от второй выпрямительной
В вакуумных разрядниках при достаточно мощном поджиге независимо от начального давления возникает область поджига с повышенной плотностью частиц, в которой облегчены условия развития пробоя, как в области минимума образной кривой Па- шена. Поэтому минимальное напряжение срабатывания вакуумных разрядников оказывается, как правило, очень низким — менее 1 кВ.
И з-за низкого предела срабатывания вакуумных разрядников и слабой зависимости их времени запаздывания тот рабочего напряжения и малой индуктивности они находят применение в емкостных генераторах импульсных токов не только в качестве основных коммутаторов, но и для шунтирования индуктивной нагрузки в момент достижения максимального тока с целью получения апериодического импульса тока.
В рамках выполнения данной лабораторной работы исследование электрических характеристик управляемого вакуумного разрядника производится на установке, схема которой показана на рис.
2.29. Предварительно с помощью механического форвакуумного насоса откачивают разрядник до давления примерно 1 Па. Последнее измеряется с помощью термопарного манометрического преобразователя и вакуумметра ВТ. Включается тиратронный генератор синхронизирующихся импульсов.
И сследуем ы й вакуумный разрядник с подсоединенным к нему конденсатором С образует основной разрядный контур. Конденсатор С заряжается от выпрямительной установки до напряжения U0. Управление вакуумным разрядником производится от генератораподжигающих импульсов, состоящего из конденсатора
Сп (0,1 мкФ) и управляемого воздушного разрядника тригатронного типа. Конденсатор Сп заряжается от второй выпрямительной
установки до напряжения Un. При подаче высоковольтного синхронизирующего импульса £7, оттиратронного генератора срабатывает разрядник Рико н д ен сато р Сп начинает разряжаться через поджигающий промежуток вакуумного разрядника. Одновременно низковольтным синхронизирующим импульсом запускается двухлучевой импульсный осциллограф.
Время срабатывания запаздывания вакуумного разрядника определяется по осциллограмме как интервал времени от момента пробоя поджигающего промежутка до момента быстрого нарастания тока в основном контуре (рис. 2.31). Момент пробоя поджигающего промежутка регистрируется по скорости изменения магнитного потока в контуре поджига, которая пропорциональна скорости изменения тока в этом контуре. Сигнал регистрируется при помощи небольшой петли П х пронизываемой частью магнитного потока контура поджига. При этом петля П х замкнута на вход измерительного кабеля. Сигнал, пропорциональный производной тока, позволяет более четко фиксировать момент появления тока. Аналогично при помощи петли П 2 регистрируется появление тока в основном контуре.
Д ля правильного отсчета времени запаздывания срабатывания необходимо перед снятием осциллограмм проверить Рис. 2.31. Осциллограмма для определения времени запаздывания срабатывания разрядника Гм — метки времени 1 — импульс запуска 2 — кривая тока
Время срабатывания запаздывания вакуумного разрядника определяется по осциллограмме как интервал времени от момента пробоя поджигающего промежутка до момента быстрого нарастания тока в основном контуре (рис. 2.31). Момент пробоя поджигающего промежутка регистрируется по скорости изменения магнитного потока в контуре поджига, которая пропорциональна скорости изменения тока в этом контуре. Сигнал регистрируется при помощи небольшой петли П х пронизываемой частью магнитного потока контура поджига. При этом петля П х замкнута на вход измерительного кабеля. Сигнал, пропорциональный производной тока, позволяет более четко фиксировать момент появления тока. Аналогично при помощи петли П 2 регистрируется появление тока в основном контуре.
Д ля правильного отсчета времени запаздывания срабатывания необходимо перед снятием осциллограмм проверить Рис. 2.31. Осциллограмма для определения времени запаздывания срабатывания разрядника Гм — метки времени 1 — импульс запуска 2 — кривая тока
и отрегулировать синхронность записи обоими лучами. Для этого необходимо одновременно на оба луча подать одни и те же метки времени и произвести корректировку соответствующими перемещениями лучей. Для масштаба повремени на осциллограммах регистрируются метки времени.
М инимальное напряжение срабатывания разрядника i70min определяется постепенным снижением зарядного напряжения при подаче поджигающего импульса. Напряжение, при котором наблюдается 50%-ное срабатывание вакуумного разрядника при подаче поджигающих импульсов, принимается за U0min.
2.8.3. Требования к отчету
Отчет должен содержать:
а) схему экспериментальной установки;
б) предельные характеристики срабатывания вакуумного раз
рядника;
в) примеры осциллограмм с определением времени запаздыва
ния;
г) графики опытных данных зависимости времени запаздывания от приложения напряжения;
д) оценка погрешности измерения времени запаздывания;
е) выводы по работе. Разрядные напряжения концевых устройств импульсных установок. Программа работы. Провести испытания разделки кабеля (тип кабеля указывает преподаватель) при постоянном, переменном 50 Гц и импульсном напряжении косинусоидальной формы. Определить зависимости разрядных напряжений от длины разделки — U =/{/)•
2. При испытании разделки кабеля импульсом напряжения колебательной формы (см. рис. 2.33) снять осциллограмму полного импульса напряжения при незавершенном скользящем разряде и осциллограммы импульсов при завершенном разряде
М инимальное напряжение срабатывания разрядника i70min определяется постепенным снижением зарядного напряжения при подаче поджигающего импульса. Напряжение, при котором наблюдается 50%-ное срабатывание вакуумного разрядника при подаче поджигающих импульсов, принимается за U0min.
2.8.3. Требования к отчету
Отчет должен содержать:
а) схему экспериментальной установки;
б) предельные характеристики срабатывания вакуумного раз
рядника;
в) примеры осциллограмм с определением времени запаздыва
ния;
г) графики опытных данных зависимости времени запаздывания от приложения напряжения;
д) оценка погрешности измерения времени запаздывания;
е) выводы по работе. Разрядные напряжения концевых устройств импульсных установок. Программа работы. Провести испытания разделки кабеля (тип кабеля указывает преподаватель) при постоянном, переменном 50 Гц и импульсном напряжении косинусоидальной формы. Определить зависимости разрядных напряжений от длины разделки — U =/{/)•
2. При испытании разделки кабеля импульсом напряжения колебательной формы (см. рис. 2.33) снять осциллограмму полного импульса напряжения при незавершенном скользящем разряде и осциллограммы импульсов при завершенном разряде
По осциллограммам определить время развития разряда по длине разделки. Провести испытания разделок различных типов кабелей указанных преподавателем) при воздействии импульсного напряжения колебательной формы. Определить зависимости разрядных напряжений от длины разделки (закраины изоляции)
Up = f{ l) . Испытать конструкции разделок кабелей, в которых приняты меры по увеличению разрядного напряжения. Поданным, полученным в пи, построить зависимости разрядных напряжений от длины разделок кабелей. Сопоставить и проанализировать данные, полученные в пи, указав, как разрядное напряжение зависит от формы воздействующего напряжения и от толщины изоляции. Определить средние разрядные градиенты напряжения по поверхности разделок изоляции, отметить, насколько эффективны меры по увеличению электрической прочности разделок специальной конструкции. В отчете привести потенциальную схему установки и рисунки разделок испытываемых кабелей с указанием размеров. Пояснения к работе
В емкостных накопителях энергии, предназначенных для получения больших импульсных токов, подвод тока к нагрузке осуществлялся с помощью малоиндуктивной ошиновки. Такая ошиновка в генераторах импульсов тока (ГИТ) может выполняться или в виде плоских шин, между которыми проложена изоляция из твердого диэлектрика, или в виде большого числа коаксиальных кабелей, включенных параллельно. В более общем случае ошиновка ГИТ может быть комбинированной и состоять как из участков с плоскими шинами, таки из участков, где подвод тока осуществляется с помощью кабелей.
Требование минимальной индуктивности плоской ошиновки длиной I удовлетворяется за счет уменьшения толщины изоляции
d между токоведущими шинами (приданном рабочем напряжении) и увеличения их ширины Ь(1^п = \i0(ld/b)). В кабелях это требование удовлетворяется за счету вели ч ен и яд и а метров жилы и оболочки, уменьшения толщины изоляции между ними, а также за счет уменьшения индуктивности разделки кабеля путем сокращения его длины. Уменьшение толщины изоляции между плоскими шинами, жилой и оболочкой кабеля ограничивается предельными значениями рабочей напряженности электрического поля, допустимыми при работе изоляции в заданном режиме. В качестве между шинной изоляции используют твердые диэлектрики полиэтилен кратковременная электрическая прочность .Епр = 70-110 кВ/мм), фторопласт (Епр = 70—110 кВ/мм), винипласт ( Е = 30—50 кВ/мм), вакуумная резина Е = 15—25 кВ/мм). Пробивные напряженности указаны при небольшой толщине изоляции 0,5—1 мм. Рабочая напряженность выбирается враз ниже Епр.
В качестве изоляции кабелей используют полиэтилен, фторопласт, бумажно-масляную изоляцию. Наибольшее распространение получили высоковольтные кабели с полиэтиленовой изоляцией типа РК-75-9-12, РК-50-11-13, Р К -50-9-11 и специальные импульсные мало индуктивные кабели А К П В М -1 /5 0 , К П В -1/75, КВИ-120. Рабочая напряженность в этих кабелях составляет 12—15 кВ/мм. Иногда применяют кабели с многослойной изоляцией из фторопластовой ленты, например кабель ФКП-1/50, рабочая напряженность электрического поля в которых достигает
20—25 кВ/мм.
В генераторах импульсных токов твердая изоляция шин и кабелей используется в сочетании с газовой (воздушной) изоляцией. На закраинах шин, в концевых разделах кабелей, а также в местах сочленения шин с разрядниками, а иногда и с конденсаторами твердая изоляция располагается так, что на нее действует резко неоднородное поле с большой касательной составляющей к поверхности диэлектрика. Электрическое полена краю плоских шин и электрическое поле в разделке кабеля показаны на рис. Здесь в области однородного поля электрическая прочность твердого диэлектрика может составлять
100—200 кВ/мм. На краю электрода электрическое поле выходит в воздушную среду, при этом напряженность поля значительно
Up = f{ l) . Испытать конструкции разделок кабелей, в которых приняты меры по увеличению разрядного напряжения. Поданным, полученным в пи, построить зависимости разрядных напряжений от длины разделок кабелей. Сопоставить и проанализировать данные, полученные в пи, указав, как разрядное напряжение зависит от формы воздействующего напряжения и от толщины изоляции. Определить средние разрядные градиенты напряжения по поверхности разделок изоляции, отметить, насколько эффективны меры по увеличению электрической прочности разделок специальной конструкции. В отчете привести потенциальную схему установки и рисунки разделок испытываемых кабелей с указанием размеров. Пояснения к работе
В емкостных накопителях энергии, предназначенных для получения больших импульсных токов, подвод тока к нагрузке осуществлялся с помощью малоиндуктивной ошиновки. Такая ошиновка в генераторах импульсов тока (ГИТ) может выполняться или в виде плоских шин, между которыми проложена изоляция из твердого диэлектрика, или в виде большого числа коаксиальных кабелей, включенных параллельно. В более общем случае ошиновка ГИТ может быть комбинированной и состоять как из участков с плоскими шинами, таки из участков, где подвод тока осуществляется с помощью кабелей.
Требование минимальной индуктивности плоской ошиновки длиной I удовлетворяется за счет уменьшения толщины изоляции
d между токоведущими шинами (приданном рабочем напряжении) и увеличения их ширины Ь(1^п = \i0(ld/b)). В кабелях это требование удовлетворяется за счету вели ч ен и яд и а метров жилы и оболочки, уменьшения толщины изоляции между ними, а также за счет уменьшения индуктивности разделки кабеля путем сокращения его длины. Уменьшение толщины изоляции между плоскими шинами, жилой и оболочкой кабеля ограничивается предельными значениями рабочей напряженности электрического поля, допустимыми при работе изоляции в заданном режиме. В качестве между шинной изоляции используют твердые диэлектрики полиэтилен кратковременная электрическая прочность .Епр = 70-110 кВ/мм), фторопласт (Епр = 70—110 кВ/мм), винипласт ( Е = 30—50 кВ/мм), вакуумная резина Е = 15—25 кВ/мм). Пробивные напряженности указаны при небольшой толщине изоляции 0,5—1 мм. Рабочая напряженность выбирается враз ниже Епр.
В качестве изоляции кабелей используют полиэтилен, фторопласт, бумажно-масляную изоляцию. Наибольшее распространение получили высоковольтные кабели с полиэтиленовой изоляцией типа РК-75-9-12, РК-50-11-13, Р К -50-9-11 и специальные импульсные мало индуктивные кабели А К П В М -1 /5 0 , К П В -1/75, КВИ-120. Рабочая напряженность в этих кабелях составляет 12—15 кВ/мм. Иногда применяют кабели с многослойной изоляцией из фторопластовой ленты, например кабель ФКП-1/50, рабочая напряженность электрического поля в которых достигает
20—25 кВ/мм.
В генераторах импульсных токов твердая изоляция шин и кабелей используется в сочетании с газовой (воздушной) изоляцией. На закраинах шин, в концевых разделах кабелей, а также в местах сочленения шин с разрядниками, а иногда и с конденсаторами твердая изоляция располагается так, что на нее действует резко неоднородное поле с большой касательной составляющей к поверхности диэлектрика. Электрическое полена краю плоских шин и электрическое поле в разделке кабеля показаны на рис. Здесь в области однородного поля электрическая прочность твердого диэлектрика может составлять
100—200 кВ/мм. На краю электрода электрическое поле выходит в воздушную среду, при этом напряженность поля значительно
Рис. 2.32. Картина электрического поляна закраине плоских шина) ив разделке кабеля (б)
превосходит напряженность начала ионизации воздуха, поэтому по поверхности диэлектрика может развиваться скользящий разряд.
Различаю т четыре стадии скользящего разряда коронную , стримерную, искровую и завершенную. Наибольшую опасность представляет искровая стадия скользящего разряда, поскольку в канале искры возникает высокая температура (8—10) 103 К, что ведет к быстрому разрушению органических диэлектриков. Кроме того, при переходе кис кров ой стадии происходит резкое уменьшение сопротивления канала разряда. В результате головка канала приобретает потенциал электрода, и скользящий разряд резко удлиняется, возникает завершенный разряд по поверхности диэлектрика при весьма больших расстояниях между электродами.
На изоляцию ГИТ воздействуют различные виды напряжений. Постоянное ква зи постоянное) напряжение воздействует в зарядном режиме на изоляцию ГИТ, расположенную до разрядника разрядников. При разряде ГИТ на туже изоляцию действует
Рис. 2.33. Импульсы напряжения колебательной формы ас предварительно приложенным постоянным напряжением б —
без постоянного напряжения
превосходит напряженность начала ионизации воздуха, поэтому по поверхности диэлектрика может развиваться скользящий разряд.
Различаю т четыре стадии скользящего разряда коронную , стримерную, искровую и завершенную. Наибольшую опасность представляет искровая стадия скользящего разряда, поскольку в канале искры возникает высокая температура (8—10) 103 К, что ведет к быстрому разрушению органических диэлектриков. Кроме того, при переходе кис кров ой стадии происходит резкое уменьшение сопротивления канала разряда. В результате головка канала приобретает потенциал электрода, и скользящий разряд резко удлиняется, возникает завершенный разряд по поверхности диэлектрика при весьма больших расстояниях между электродами.
На изоляцию ГИТ воздействуют различные виды напряжений. Постоянное ква зи постоянное) напряжение воздействует в зарядном режиме на изоляцию ГИТ, расположенную до разрядника разрядников. При разряде ГИТ на туже изоляцию действует
Рис. 2.33. Импульсы напряжения колебательной формы ас предварительно приложенным постоянным напряжением б —
без постоянного напряжения
колебательный импульс напряжения косинусоидальной формы риса Такую форму воздействующего напряжения принято называть косинусоидальной с предварительно приложенным постоянным напряжением. На изоляцию, расположенную после разрядников, действует импульс напряжения косинусоидальной формы (рис. 2.33, б Изоляция ГИТ должна выдерживать эти виды воздействий в течение всего срока работы установки (как правило, не менее 104 импульсов).
При постоянном напряжении распределение напряжения по поверхности диэлектрика в соответствии с эквивалентной схемой
[14] (рис. 2.34) определяется объемными поверхностным р сопротивлением диэлектрика, а также зависит от толщины диэлектрика d и длины закраины /. Наибольшая напряженность, касательная к поверхности диэлектрика, существует у электрода. В соответствии с законом распределения электрического поля напряжение возникновения коронного разряда UHK может быть записано в виде
и н к к
VPu
d /p s
1 h P s / p ^ d l
j , где Ек — напряженность возникновения короны.
В реальных условиях из-за возникновения местной короны у электрода поверхность диэлектрика заряжается и происходит перераспределение напряженности электрического пол я.
Рис. 2.34. Эквивалентная схема частичных емкостей и проводим остей диэлектрика 1 — основные электроды 2 — диэлектрик
При постоянном напряжении распределение напряжения по поверхности диэлектрика в соответствии с эквивалентной схемой
[14] (рис. 2.34) определяется объемными поверхностным р сопротивлением диэлектрика, а также зависит от толщины диэлектрика d и длины закраины /. Наибольшая напряженность, касательная к поверхности диэлектрика, существует у электрода. В соответствии с законом распределения электрического поля напряжение возникновения коронного разряда UHK может быть записано в виде
и н к к
VPu
d /p s
1 h P s / p ^ d l
j , где Ек — напряженность возникновения короны.
В реальных условиях из-за возникновения местной короны у электрода поверхность диэлектрика заряжается и происходит перераспределение напряженности электрического пол я.
Рис. 2.34. Эквивалентная схема частичных емкостей и проводим остей диэлектрика 1 — основные электроды 2 — диэлектрик
Вследствие этого увеличивается напряжение устойчивой короны. Увеличивается и разрядное напряжение по сравнению с ожидаемым. При переменном напряжении, если выполняется условие l/coCu « p u и (1/coCj) « P j , где Сь и Cs — объемная и поверхностная емкости диэлектрика, то распределение напряженности поп оверхн ости диэлектрика происходит по емкостям. Напряжение возникновения скользящих разрядов = E ^ e sK d /e v t h ( ^ J t sKd /), где Ен — критическая напряженность разряда К — коэффициент, учитывающий конфигурацию электродов.
Д ляп о ли этилена ри =1016 Ом см, р ^= (1-3)10 15 Оме. Если оценить значения сои для изоляции кабелей из полиэтилена толщиной 3—4 мм, то оказывается, что уже при невысоких частотах 102—103 Гц соотношение
(2.21) выполняется и, следовательно, при развитии скользящего разряда по поверхности диэлектрика основную роль играет емкостная проводимость.
Напряжение возникновения скользящих разрядов на переменном напряжении ниже, чем на постоянном. Это объясняется тем, что при переменном напряжении заряд, нанесенный на поверхность диэлектрика в течение одного полупериода напряжения, при другом полупериоде усиливает поле вблизи электрода. В области частот 0,1—1 кГц происходит переход от распределения напряжения по поверхности диэлектрика по проводимостям к распределению напряжения по емкостям, поэтому в этой области напряжение скользящих разрядов зависит от частоты (от отношения du/dt). В области частот выше 1 кГц напряжение возникновения скользящих разрядов и напряжение перекрытия изоляции по поверхности от частоты зависят слабо.
При переменном напряжении (/= 1—250 кГц) скорость движения головки стримера скользящего разряда по поверхности диэлектрика
Д ляп о ли этилена ри =1016 Ом см, р ^= (1-3)10 15 Оме. Если оценить значения сои для изоляции кабелей из полиэтилена толщиной 3—4 мм, то оказывается, что уже при невысоких частотах 102—103 Гц соотношение
(2.21) выполняется и, следовательно, при развитии скользящего разряда по поверхности диэлектрика основную роль играет емкостная проводимость.
Напряжение возникновения скользящих разрядов на переменном напряжении ниже, чем на постоянном. Это объясняется тем, что при переменном напряжении заряд, нанесенный на поверхность диэлектрика в течение одного полупериода напряжения, при другом полупериоде усиливает поле вблизи электрода. В области частот 0,1—1 кГц происходит переход от распределения напряжения по поверхности диэлектрика по проводимостям к распределению напряжения по емкостям, поэтому в этой области напряжение скользящих разрядов зависит от частоты (от отношения du/dt). В области частот выше 1 кГц напряжение возникновения скользящих разрядов и напряжение перекрытия изоляции по поверхности от частоты зависят слабо.
При переменном напряжении (/= 1—250 кГц) скорость движения головки стримера скользящего разряда по поверхности диэлектрика
при напряжении, несильно превышающем напряжение возникновения скользящих разрядов, обычно составляет 5—20 см/мкс. Поэтому перекрытие поверхности диэлектрика длиной / при возникновении импульса напряжения происходит в течение некоторого промежутка времени п = п ск, где в ск — средняя скорость движения головки скользящего разряда.
В частности, при возникновении на изоляции ГИТ колебательного импульса напряжения (см. рис. 2.33) с частотой 20—100 кГц перекрытие обычно наступает при обратной полуволне напряжения.
Напряжение возникновения скользящих разрядов, как следует из выражения (2.22), зависит от длины закраины диэлектрика. Оно приданных значениях е,
В частности, при возникновении на изоляции ГИТ колебательного импульса напряжения (см. рис. 2.33) с частотой 20—100 кГц перекрытие обычно наступает при обратной полуволне напряжения.
Напряжение возникновения скользящих разрядов, как следует из выражения (2.22), зависит от длины закраины диэлектрика. Оно приданных значениях е,
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
e
s, К и пропорционально Если в) U ^ K d J e ^ , то t h J s J e sK d l
J s J z sK dl
и, следовательно, напряжение возникновения скользящих разрядов пропорционально /. Это соблюдается при небольших значениях /, примерно при
e
s, К и пропорционально Если в) U ^ K d J e ^ , то t h J s J e sK d l
J s J z sK dl
s, К и пропорционально Если в) U ^ K d J e ^ , то t h J s J e sK d l
/ < (2—3) d. Затем с увеличением длины напряжение возникновения скользящих разрядов растет медленно. Зависимость напряжения возникновения скользящих разрядов от толщины диэлектрика в соответствии с (2.22) имеет вид d 112. Таким образом, для повышения разрядного напряжения по закраине диэлектрика нерационально сильно увеличивать ее длину /. Несколько выгоднее для этого увеличивать толщину диэлектрика С этой целью, например, для повышения электрической прочности разделки кабеля, применяют специальные конусные насадки (рис. 2.35). Их рассчитывают так, чтобы продольный градиент напряжения вдоль изоляции кабеля Ех не превышал 8—10 кВ/см (для разделки в воздухе. В противном случае возможен пробой разделки не по пути ab, а внутри под конусной насадкой, что крайне нежелательно. Следует заметить, что применение конусной насадки не всегда выгодно, так как при этом увеличивается диаметр разделки кабеля, что ведетк увеличению индуктивности разделки и неудобно в том отношении, что по периметру сборных шин можно разместить меньшее число кабелей
Рис. 2.35. Разделка кабеля с конусной посадкой
1 — жила 2 — изоляция 3 — конусная посадка — оболочка кабеля
Электрическая прочность концевой разделки кабеля может быть значительно увеличена за счет применения специальной разделки конденсаторного типа (рис. 2.36). В такой разделке переменное напряжение, приложенное к кабелю, делится между обкладками по емкостям Су ..., Ск..., Сп. При этом напряжение, приложенное к изоляции между двумя соседними обкладками, может быть выбрано достаточно малым, чтобы необходимая прочность между обкладками обеспечивалась при малых значениях I и d. Вопросы расчета разделки конденсаторного типа рассмотрены в Помимо указанных способов повышения прочности разделки кабелям огут применяться и другие например, к основной Рис. 2.36. Разделка кабеля конденсаторного типа 1 — жила 2 - изоляция кабеля 3 — оболочка кабеля 4 — конденсаторные обкладки 5 — изоляция между обкладками
h
— длина обкладки
1 — жила 2 — изоляция 3 — конусная посадка — оболочка кабеля
Электрическая прочность концевой разделки кабеля может быть значительно увеличена за счет применения специальной разделки конденсаторного типа (рис. 2.36). В такой разделке переменное напряжение, приложенное к кабелю, делится между обкладками по емкостям Су ..., Ск..., Сп. При этом напряжение, приложенное к изоляции между двумя соседними обкладками, может быть выбрано достаточно малым, чтобы необходимая прочность между обкладками обеспечивалась при малых значениях I и d. Вопросы расчета разделки конденсаторного типа рассмотрены в Помимо указанных способов повышения прочности разделки кабелям огут применяться и другие например, к основной Рис. 2.36. Разделка кабеля конденсаторного типа 1 — жила 2 - изоляция кабеля 3 — оболочка кабеля 4 — конденсаторные обкладки 5 — изоляция между обкладками
h
— длина обкладки
Рис. 2.37. Принципиальная схема установки, 2 — точки подсоединения изоляции кабеля приваривается кольцо из изоляционного материала, на кабель надевается конусная разделка с кольцом на конце, кабельная разделка помещается в масло и др.
В рамках выполнения данной лабораторной работы испытания концевых устройств импульсных установок проводят на постоянном напряжении, переменном напряжении промышленной частоты и при воздействии импульсов напряжения высокой частоты конусоидальной формы (см. рис. 2.33). Для испытаний используется установка, принципиальная схема которой показана на рис. 2.37. Испытываемая разделка кабеля подключается. При испытании на постоянном напряжении к точке 1 разрядный промежуток разрядника Р устанавливается достаточно большим, так чтобы разрядник не срабатывал. При импульсном напряжении форма импульса (см. риса) к точке 1, форма импульса (рис. 2.33, б к точке 2, промежуток разрядника Р регулируются так, чтобы разрядник срабатывал при подаче высоковольтного управляющего импульса. При испытании на переменном напряжении к высоковольтному выводу трансформатора остальная часть схемы отключена.
При испытаниях поп и 2 напряжение подается на испытываемый объект через высоковольтный резистор
= 100—200 Ом
В рамках выполнения данной лабораторной работы испытания концевых устройств импульсных установок проводят на постоянном напряжении, переменном напряжении промышленной частоты и при воздействии импульсов напряжения высокой частоты конусоидальной формы (см. рис. 2.33). Для испытаний используется установка, принципиальная схема которой показана на рис. 2.37. Испытываемая разделка кабеля подключается. При испытании на постоянном напряжении к точке 1 разрядный промежуток разрядника Р устанавливается достаточно большим, так чтобы разрядник не срабатывал. При импульсном напряжении форма импульса (см. риса) к точке 1, форма импульса (рис. 2.33, б к точке 2, промежуток разрядника Р регулируются так, чтобы разрядник срабатывал при подаче высоковольтного управляющего импульса. При испытании на переменном напряжении к высоковольтному выводу трансформатора остальная часть схемы отключена.
При испытаниях поп и 2 напряжение подается на испытываемый объект через высоковольтный резистор
= 100—200 Ом
Он служит для демпфирования колебаний, которые возникают при разряде конденсатора Сна емкость испытываемого образца в случае его подсоединения к точке 2 (па также для ограничения тока в контуре при пробое на образце. Форма импульса испытательного напряжения (п. 2) определяется параметрами i?jZjC колебательного контура. При испытаниях поп сопротивление i?j выбирается равным 2 5-5 0 кОм, что необходимо для ограничения тока трансформатора Т при пробое на испытываемом образце.
Напряжение при испытаниях на постоянном и импульсном напряжении пи) определяется по падению напряжения на образцовом высокоомном резисторе путем измерения тока миллиамперметром. При испытаниях на переменном напряжении
50 Гц измерение напряжения производится вольтметром на первичной стороне трансформатора и по его градуировочной кривой.
Для осциллограф ирования напряжения на разделке кабеля используется омический делитель напряжения, сигнал с которого подается на вход осциллографа.
При испытании разделок напряжение не поднимать выше пробивного напряжения кабеля. Требования к отчету
Отчет должен содержать:
а) схему измерений;
б) графические зависимости разрядных напряжений от длины разделки для напряжений различной формы;
в) выводы по работ. ИЗМЕРЕНИЯ НА ВЫСОКОМ НАПРЯЖЕНИИ. Измерение напряжения промышленной частоты. Программа работы. Снять градуировочную кривую высоковольтного испытательного трансформатора с помощью шарового разрядника
2. Измерить напряжение при помощи емкостного делителя:
а) с электростатическим вольтметром;
б) с микроамперметром. Оценить синусоидальность высокого напряжения. Пояснения к работе
Наиболее простой способ измерения напряжения промышленной частоты на высоковольтной стороне испытательного трансформатора — измерение напряжения на его низковольтной стороне и пересчет на высоковольтную сторону через коэффициент трансформации. Однако при этом необходимо иметь ввиду, что связь между напряжениями первичной и вторичной сторон испытательного трансформатора будет различной при подключении к трансформатору разных объектов вследствие изменения падения напряжения на защитном сопротивлении и индуктивности трансформатора. Кроме того, на эту зависимость будут оказывать влияние нелинейность характеристик магнитопровода трансформатора и наличие короны на подводящих проводах и испытываемом объекте, поэтому для измерения напряжения на высоковольтной стороне трансформатора необходимо иметь градуировочную кривую трансформатора для заданной нагрузки.
Другой, требующий дополнительного оборудования способ измерения высокого напряжения основан на применении емкостного делителя напряжения с подключением низковольтных измерительных приборов параллельно низковольтному его плечу. В этом случае измеряемое высокое напряжение равно показанию низковольтных приборов (в вольтах, помноженному на коэффициент деления делителя. Снятие градуировочной кривой высоковольтного испытательного трансформатора с помощью шарового разрядника
Снятие градуировочной кривой высоковольтного испытательного трансформатора типа ИОМ 100/25 с помощью шарового разрядника осуществляется на высоковольтной установке, принципиальная схема которой показана на рис. 3.1.
Напряжение при испытаниях на постоянном и импульсном напряжении пи) определяется по падению напряжения на образцовом высокоомном резисторе путем измерения тока миллиамперметром. При испытаниях на переменном напряжении
50 Гц измерение напряжения производится вольтметром на первичной стороне трансформатора и по его градуировочной кривой.
Для осциллограф ирования напряжения на разделке кабеля используется омический делитель напряжения, сигнал с которого подается на вход осциллографа.
При испытании разделок напряжение не поднимать выше пробивного напряжения кабеля. Требования к отчету
Отчет должен содержать:
а) схему измерений;
б) графические зависимости разрядных напряжений от длины разделки для напряжений различной формы;
в) выводы по работ. ИЗМЕРЕНИЯ НА ВЫСОКОМ НАПРЯЖЕНИИ. Измерение напряжения промышленной частоты. Программа работы. Снять градуировочную кривую высоковольтного испытательного трансформатора с помощью шарового разрядника
2. Измерить напряжение при помощи емкостного делителя:
а) с электростатическим вольтметром;
б) с микроамперметром. Оценить синусоидальность высокого напряжения. Пояснения к работе
Наиболее простой способ измерения напряжения промышленной частоты на высоковольтной стороне испытательного трансформатора — измерение напряжения на его низковольтной стороне и пересчет на высоковольтную сторону через коэффициент трансформации. Однако при этом необходимо иметь ввиду, что связь между напряжениями первичной и вторичной сторон испытательного трансформатора будет различной при подключении к трансформатору разных объектов вследствие изменения падения напряжения на защитном сопротивлении и индуктивности трансформатора. Кроме того, на эту зависимость будут оказывать влияние нелинейность характеристик магнитопровода трансформатора и наличие короны на подводящих проводах и испытываемом объекте, поэтому для измерения напряжения на высоковольтной стороне трансформатора необходимо иметь градуировочную кривую трансформатора для заданной нагрузки.
Другой, требующий дополнительного оборудования способ измерения высокого напряжения основан на применении емкостного делителя напряжения с подключением низковольтных измерительных приборов параллельно низковольтному его плечу. В этом случае измеряемое высокое напряжение равно показанию низковольтных приборов (в вольтах, помноженному на коэффициент деления делителя. Снятие градуировочной кривой высоковольтного испытательного трансформатора с помощью шарового разрядника
Снятие градуировочной кривой высоковольтного испытательного трансформатора типа ИОМ 100/25 с помощью шарового разрядника осуществляется на высоковольтной установке, принципиальная схема которой показана на рис. 3.1.
Рис. 3.1. Принципиальная схема установки
Перед измерениями напряжения следует записать значения атмосферного давления и температуры.
Для снятия одной точки градуировочной кривой необходимо между измерительными шарами диаметром 12,5 см установить при помощи шаблона расстояние 0,5 см;
по табл. 1.1 определить для этого расстояния разрядное напряжение снять заземляющую штангу с измерительного разрядника включить автоматический выключатель QF\ при помощи кнопки К { ”, расположенной на пульте управления, включить магнитный пускатель КМ1\
по вольтметру электромагнитной системы V, показывающему эффективное значение напряжения, проверить отсутствие напряжения на вторичной стороне регулятора Т Если напряжение неравно нулю, ручкой регулирования напряжения установить ноль;
кнопкой К включить магнитный пускатель КМ и поднять напряжение до пробоя измерительного разрядника с такой скоростью, чтобы разряд произошел не ранее чем через 30 с после начала подъема. В момент пробоя зафиксировать показание вольтметра P V и записать его в таблицу результатов для отчета.
Для уменьшения случайной ошибки измерения следует провести еще два таких опыта и определить среднее показание вольтметра. Вольтметр показывает эффективное значение напряжения. Разрядное напряжение шарового разрядника имеет амплитудное значение, приведенное к нормальным атмосферным условиям. Определив поправочный коэффициент на атмосферные условия
Перед измерениями напряжения следует записать значения атмосферного давления и температуры.
Для снятия одной точки градуировочной кривой необходимо между измерительными шарами диаметром 12,5 см установить при помощи шаблона расстояние 0,5 см;
по табл. 1.1 определить для этого расстояния разрядное напряжение снять заземляющую штангу с измерительного разрядника включить автоматический выключатель QF\ при помощи кнопки К { ”, расположенной на пульте управления, включить магнитный пускатель КМ1\
по вольтметру электромагнитной системы V, показывающему эффективное значение напряжения, проверить отсутствие напряжения на вторичной стороне регулятора Т Если напряжение неравно нулю, ручкой регулирования напряжения установить ноль;
кнопкой К включить магнитный пускатель КМ и поднять напряжение до пробоя измерительного разрядника с такой скоростью, чтобы разряд произошел не ранее чем через 30 с после начала подъема. В момент пробоя зафиксировать показание вольтметра P V и записать его в таблицу результатов для отчета.
Для уменьшения случайной ошибки измерения следует провести еще два таких опыта и определить среднее показание вольтметра. Вольтметр показывает эффективное значение напряжения. Разрядное напряжение шарового разрядника имеет амплитудное значение, приведенное к нормальным атмосферным условиям. Определив поправочный коэффициент на атмосферные условия
Р Р (273 + следует найти амплитудное значение напряжения пробоя шарового разрядника для условий, при которых снимается градуировочная кривая, по формуле где обозначения величин, входящих в эти формулы, такие же, как в разд. При построении градуировочной кривой рекомендуется по оси абсцисс отложить показания вольтметра P V и по оси ординат — значения U .
И
Для построения градуировочной кривой дополнительно к этому рекомендуется провести аналогичные действия при расстояниях между шарами разрядника 1,0; 1,5 и 2,0 см.
Погрешность измерения напряжения по градуировочной кривой может быть оценена по формуле
Щ пи т u
^ 2
+ где AS, АР, At, AUX — абсолютные погрешности измерения расстояния между шарами, давления, температуры и напряжения, измеренного вольтметром PV, соответственно (эти погрешности могут быть приняты равными половине деления соответствующей шкалы 0,03 — относительная погрешность метода измерения напряжения шаровым разрядником. Измерение напряжения при помощи емкостного делителя с электростатическим вольтметром
Для измерения напряжения при помощи емкостного делителя с электростатическим вольтметром необходимо включить установку, как описано в разд. 3.1.3, установить напряжение по вольтметру
P V 60—70 В и записать показание электростатического вольтметра
PV1 (см. рис. 3.1). Амплитудное значение напряжения на высоковольтной стороне трансформатора
150
И
Для построения градуировочной кривой дополнительно к этому рекомендуется провести аналогичные действия при расстояниях между шарами разрядника 1,0; 1,5 и 2,0 см.
Погрешность измерения напряжения по градуировочной кривой может быть оценена по формуле
Щ пи т u
^ 2
+ где AS, АР, At, AUX — абсолютные погрешности измерения расстояния между шарами, давления, температуры и напряжения, измеренного вольтметром PV, соответственно (эти погрешности могут быть приняты равными половине деления соответствующей шкалы 0,03 — относительная погрешность метода измерения напряжения шаровым разрядником. Измерение напряжения при помощи емкостного делителя с электростатическим вольтметром
Для измерения напряжения при помощи емкостного делителя с электростатическим вольтметром необходимо включить установку, как описано в разд. 3.1.3, установить напряжение по вольтметру
P V 60—70 В и записать показание электростатического вольтметра
PV1 (см. рис. 3.1). Амплитудное значение напряжения на высоковольтной стороне трансформатора
150
и = ки,
m2’
где К — коэффициент деления емкостного C l, С делителя напря- С +с жения, К = -■— 2 ; С,
= 350 нФ и С 0,325 мкФ ; Uml — ампли-
Ч
тудное значение напряжения, измеренное вольтметром Погрешность измерения напряжения может быть оценена по формуле и т U.m2
V
Um2
J
+ где АК К = 0,02 — относительная погрешность измерения коэффициента деления емкостного делителя напряжения A U г — абсолютная погрешность электростатического вольтметра 0,02 — относительная погрешность схемы измерения, определяемая емкостями измерительных конденсаторов СЗ = С = 1 мкФ и сопротивлениями резисторов Л, = R2 — 910 кОм. Измерение напряжения при помощи емкостного делителя с микроамперметром
И зм ерение напряжения при помощи емкостного делителя с микроамперметром отличается от измерения напряжения, описанного в разд. 3.1.4, только тем, что в этом случае напряжение на высоковольтной стороне испытательного трансформатора определяется по показанию микроамперметра (см. рис. 3.1), поэтому для измерения напряжения необходимо провести все действия, как ив разд. 3.1.4, и записать показание микроамперметра РА. Амплитудное значение напряжения в этом случае
и = Щ 1 где / — показание микроамперметра.
Погрешность измерения оценивается по формуле и т Rl J
+ 0,02^ ,
m2’
где К — коэффициент деления емкостного C l, С делителя напря- С +с жения, К = -■— 2 ; С,
= 350 нФ и С 0,325 мкФ ; Uml — ампли-
Ч
тудное значение напряжения, измеренное вольтметром Погрешность измерения напряжения может быть оценена по формуле и т U.m2
V
Um2
J
+ где АК К = 0,02 — относительная погрешность измерения коэффициента деления емкостного делителя напряжения A U г — абсолютная погрешность электростатического вольтметра 0,02 — относительная погрешность схемы измерения, определяемая емкостями измерительных конденсаторов СЗ = С = 1 мкФ и сопротивлениями резисторов Л, = R2 — 910 кОм. Измерение напряжения при помощи емкостного делителя с микроамперметром
И зм ерение напряжения при помощи емкостного делителя с микроамперметром отличается от измерения напряжения, описанного в разд. 3.1.4, только тем, что в этом случае напряжение на высоковольтной стороне испытательного трансформатора определяется по показанию микроамперметра (см. рис. 3.1), поэтому для измерения напряжения необходимо провести все действия, как ив разд. 3.1.4, и записать показание микроамперметра РА. Амплитудное значение напряжения в этом случае
и = Щ 1 где / — показание микроамперметра.
Погрешность измерения оценивается по формуле и т Rl J
+ 0,02^ ,
где А /— абсолютная погрешность измерения тока микроамперметром РА] AR1/R1 = 0,01 — относительная погрешность измерения сопротивления резистора R1.
3.1.6. Оценка синусоидальности высокого напряжения
Для измерения синусоидальности высокого напряжения следует установить значение напряжения, как описано в разд. 3.1.4, и электростатическим вольтметром PV1 измерить его амплитудное значение Um (см. рис. 3.1). Далее, не отключая установки и не изменяя величины напряжения, необходимо переключить электростатический вольтметр в точку аи измерить эффективное значение напряжения U. В случае синусоидальности напряжения отношение
U J U = 72 + 0,0 7.
3.1.7. Требования к отчету
Отчет должен содержать:
а) принципиальную схему установки;
б) таблицы результатов измерений;
в) градуировочную кривую испытательного трансформатора;
г) выводы по работе. Омический делитель напряжения. Программа работы
Определить:
а) характеристики делителя напряжения учебного генератора импульсных напряжений;
б) влияние элементов делителя, указанных преподавателем, на форму передаваемого импульса. Пояснения к работе
Осциллографирование импульсов высоких напряжений производится при помощи делителей напряжения, поскольку значение напряжения, подаваемого на пластины осциллографа, не может превысить 500 В. Омический делитель напряжения состоит из двух
3.1.6. Оценка синусоидальности высокого напряжения
Для измерения синусоидальности высокого напряжения следует установить значение напряжения, как описано в разд. 3.1.4, и электростатическим вольтметром PV1 измерить его амплитудное значение Um (см. рис. 3.1). Далее, не отключая установки и не изменяя величины напряжения, необходимо переключить электростатический вольтметр в точку аи измерить эффективное значение напряжения U. В случае синусоидальности напряжения отношение
U J U = 72 + 0,0 7.
3.1.7. Требования к отчету
Отчет должен содержать:
а) принципиальную схему установки;
б) таблицы результатов измерений;
в) градуировочную кривую испытательного трансформатора;
г) выводы по работе. Омический делитель напряжения. Программа работы
Определить:
а) характеристики делителя напряжения учебного генератора импульсных напряжений;
б) влияние элементов делителя, указанных преподавателем, на форму передаваемого импульса. Пояснения к работе
Осциллографирование импульсов высоких напряжений производится при помощи делителей напряжения, поскольку значение напряжения, подаваемого на пластины осциллографа, не может превысить 500 В. Омический делитель напряжения состоит из двух
последовательно соединенных резисторов, один из которых рассчитан на полное измеряемое напряжение, а второй — на напряжение, подаваемое на пластины осциллографа.
Основные характеристики делителя напряжения реакция на единичный прямоугольный импульс, численно равная площади, заключенной между единичным прямоугольным импульсом, подаваемым на делитель и приведенным к низковольтному плечу, и соответствующей ему кривой напряжения, снимаемой с низковольтного плеча;
время передачи, численно равное длительности между моментами, соответствующими одинаковым мгновенным значениям напряжения для подаваемого на делитель и приведенного к его низковольтному плечу и записанного;
время нарастания, численно равное промежутку времени, в течение которого кривая реакции на единичный прямоугольный импульс возрастает от ОД до 0,9 максимального значения Определение характеристик делителя напряжения учебного генератора импульсных напряжений
Определение характеристик делителя напряжения может быть осуществлено при помощи программы dn.exe, размещенной в директории. После запуска программы на экране дисплея появляется окно-заставка, в котором на фоне генератора импульсных напряжений на 1,5 МВ показаны делитель напряжения, логотип кафедры и три кнопки управления Дн , Дно и Конец Нажатие левой клавиши мыши на кнопке Дн приводит к появлению окна расчета (рис. 3.2). В верхнем левом углу этого окна помещен эскиз делителя напряжения, где Hd — высота делителя
Ro, Rt, Rot — радиусы изоляционной трубы, экрана и экранной, трубы, соответственно Но к S — расстояния от земли и от ближайшего заземленного ограждения, соответственно Нх — расстояние до экрана от верхней части делителя. В правом верхнем углу показана его принципиальная схема, в которой С31-С 35 — частичные емкости делителя по отношению к заземленным предметам С е1-С е — частичные емкости делителя на экран Се —
Основные характеристики делителя напряжения реакция на единичный прямоугольный импульс, численно равная площади, заключенной между единичным прямоугольным импульсом, подаваемым на делитель и приведенным к низковольтному плечу, и соответствующей ему кривой напряжения, снимаемой с низковольтного плеча;
время передачи, численно равное длительности между моментами, соответствующими одинаковым мгновенным значениям напряжения для подаваемого на делитель и приведенного к его низковольтному плечу и записанного;
время нарастания, численно равное промежутку времени, в течение которого кривая реакции на единичный прямоугольный импульс возрастает от ОД до 0,9 максимального значения Определение характеристик делителя напряжения учебного генератора импульсных напряжений
Определение характеристик делителя напряжения может быть осуществлено при помощи программы dn.exe, размещенной в директории. После запуска программы на экране дисплея появляется окно-заставка, в котором на фоне генератора импульсных напряжений на 1,5 МВ показаны делитель напряжения, логотип кафедры и три кнопки управления Дн , Дно и Конец Нажатие левой клавиши мыши на кнопке Дн приводит к появлению окна расчета (рис. 3.2). В верхнем левом углу этого окна помещен эскиз делителя напряжения, где Hd — высота делителя
Ro, Rt, Rot — радиусы изоляционной трубы, экрана и экранной, трубы, соответственно Но к S — расстояния от земли и от ближайшего заземленного ограждения, соответственно Нх — расстояние до экрана от верхней части делителя. В правом верхнем углу показана его принципиальная схема, в которой С31-С 35 — частичные емкости делителя по отношению к заземленным предметам С е1-С е — частичные емкости делителя на экран Се —
емкость экрана на землю L I, R l w C — индуктивность, сопротивление и продольная емкость на единицу длины высоковольтного плеча делителя, соответственно L2, R2 и С — индуктивность, сопротивление и емкость низковольтного плеча делителя, соответственно Re — сопротивление между верхней частью делителя и экраном L — индуктивность контура подключения делителя
R — сопротивление, включаемое в цепь контура подключения для компенсации влияния индуктивности Е — прикладываемое на
пряжение.
В программе зашиты данные для делителя напряжения на
1,5 МВ. Поэтому вместо этих данных следует ввести значения для учебного ГИН: Hd — 1,7 мм мм, Ном м, Нх = 0,15 м, Ы 0,35 мкГн, R1 = 2 кОм, С 2 пФ, R2 = 4 Ом, Re = 0,42 кОм, L 10 мкГн, L2 - 5 нГн,
R = 0,9 кОм. Для ввода данных курсор мыши подводится к соответствующему окну ввода, нажимается левая клавиша мыши и на клавиатуре набирается нужное значение.
На рис. 3.2 показаны кривые напряжения для делителя на 1,5 МВ для параметров, приведенных на этом же рисунке верхняя (на экране дисплея красная) — подаваемого на делитель, но пересчитанного на низковольтное плечо делителя по коэффициенту деления, нижняя (черная на экране) — выведенная программой. Правее этих кривых приведены собственные емкости делителя, рассчитанные программой.
Для проведения нового расчета следует левой клавишей мыши нажать сначала на кнопку Стирание, а потом “ОК”.
Для определения времени передачи необходимо подвести кончик курсора мыши к соответствующей точке левой кривой, например к точке с мгновенным значением напряжения 120 В, как на рис. 3.2, нажать левую кнопку мыши, удерживая ее нажатой, отвести курсор на свободное место и кнопку мыши отпустить. Далее провести такие же действия на правой кривой. Время передачи будет равно разности этих времен. Например, для кривых на рис. 3.2 Тп = 495 — 423 = 72 нс. Рекомендуется такие измерения провести еще для двух других уровней напряжения и время- Рис. Расчетное окно передачи определить как среднее из трех измерений. Таким образом, обработанное расчетное окно следует нажатием на кнопку
“Print” вывести на печать для составления отчета.
Для определения погрешности передачи при срезе импульса на фронте необходимо провести аналогичные действия при одинаковом времени, например 700 нс, как на рис. 3.2. Погрешность из
мерения
АП _ (154-146)100
U
154 Рекомендуется определить погрешность измерения для срезанных импульсов на фронте не менее чем для трех значений времени среза.
Для определения реакции на единичный прямоугольный импульс и времени нарастания в боксе Импульс следует выбрать Скачкообразный , нажать кнопку Стирание и “ОК”.
После расчета под кривыми выводится численное значение реакции на единичный прямоугольный импульс. Для определения времени нарастания необходимо установить кончик курсора мыши на максимальное значение импульса и по показаниям в левом нижнем углу экрана определить численное значение напряжения. Помножьте полученное значение на 0,9, на этом уровне установите курсор мыши на черную кривую на экране, нажмите левую клавишу мыши, удерживая ее нажатой, отведите курсор на свободное место в пределах окна построения кривых и клавишу мыши отпустите. Далее подведите курсор на эту же кривую в точку, соответствующую значению напряжения 0,1, и проделайте те же действия. Время нарастания по определению будет равно разности этих времен. При экспоненциальном изменении кривой реакции на единичный прямоугольный импульс, что имеет место в омических делителях напряжения, время нарастания превышает время реакции на единичный импульс в 2,2 раза. Это окно нажатием левой клавиши мыши на кнопке “Print” выводится на печать для составления отчета. Следует отметить, что кнопка “Print” становится активной только после проведения очередного расчета
3.2.4. Определение влияния некоторых элементов делителя на форму передаваемого импульса
Рекомендуется определить влияние на форму передаваемого импульса индуктивности подводящего контура, расстояния Л’уста
новки делителя от заземленных предметов, радиуса экрана Rt, радиуса трубы экрана Rot и места установки экрана по отношению к верхней точке делителя, расстояния Нх. Влияние каждого из этих параметров следует определить при проведении аналогичных разд. 3.2.3 расчетов при не менее чем двух значениях соответствующего параметра. Чтобы влияние было более четким, не следует стирать результаты предыдущего расчета. Вывод сделать в форме констатации. Требования к отчету
Отчет должен содержать:
а) распечатки расчетных окон;
б) результаты определения времени передачи, погрешности измерения и времени нарастания;
в) выводы по работе. Экспериментальное определение параметров импульсной измерительной системы. Программа работы
Определить:
а) коэффициент деления омического делителя напряжения и масштабный коэффициент измерительной системы;
б) время передачи измерительной системы методом шарового разрядника. Пояснения к работе
Измерение импульсных напряжений, как правило, осуществляется при помощи делителя напряжения и импульсного осциллографа. Делитель напряжения, помимо параметров, указанных
R — сопротивление, включаемое в цепь контура подключения для компенсации влияния индуктивности Е — прикладываемое на
пряжение.
В программе зашиты данные для делителя напряжения на
1,5 МВ. Поэтому вместо этих данных следует ввести значения для учебного ГИН: Hd — 1,7 мм мм, Ном м, Нх = 0,15 м, Ы 0,35 мкГн, R1 = 2 кОм, С 2 пФ, R2 = 4 Ом, Re = 0,42 кОм, L 10 мкГн, L2 - 5 нГн,
R = 0,9 кОм. Для ввода данных курсор мыши подводится к соответствующему окну ввода, нажимается левая клавиша мыши и на клавиатуре набирается нужное значение.
На рис. 3.2 показаны кривые напряжения для делителя на 1,5 МВ для параметров, приведенных на этом же рисунке верхняя (на экране дисплея красная) — подаваемого на делитель, но пересчитанного на низковольтное плечо делителя по коэффициенту деления, нижняя (черная на экране) — выведенная программой. Правее этих кривых приведены собственные емкости делителя, рассчитанные программой.
Для проведения нового расчета следует левой клавишей мыши нажать сначала на кнопку Стирание, а потом “ОК”.
Для определения времени передачи необходимо подвести кончик курсора мыши к соответствующей точке левой кривой, например к точке с мгновенным значением напряжения 120 В, как на рис. 3.2, нажать левую кнопку мыши, удерживая ее нажатой, отвести курсор на свободное место и кнопку мыши отпустить. Далее провести такие же действия на правой кривой. Время передачи будет равно разности этих времен. Например, для кривых на рис. 3.2 Тп = 495 — 423 = 72 нс. Рекомендуется такие измерения провести еще для двух других уровней напряжения и время- Рис. Расчетное окно передачи определить как среднее из трех измерений. Таким образом, обработанное расчетное окно следует нажатием на кнопку
“Print” вывести на печать для составления отчета.
Для определения погрешности передачи при срезе импульса на фронте необходимо провести аналогичные действия при одинаковом времени, например 700 нс, как на рис. 3.2. Погрешность из
мерения
АП _ (154-146)100
U
154 Рекомендуется определить погрешность измерения для срезанных импульсов на фронте не менее чем для трех значений времени среза.
Для определения реакции на единичный прямоугольный импульс и времени нарастания в боксе Импульс следует выбрать Скачкообразный , нажать кнопку Стирание и “ОК”.
После расчета под кривыми выводится численное значение реакции на единичный прямоугольный импульс. Для определения времени нарастания необходимо установить кончик курсора мыши на максимальное значение импульса и по показаниям в левом нижнем углу экрана определить численное значение напряжения. Помножьте полученное значение на 0,9, на этом уровне установите курсор мыши на черную кривую на экране, нажмите левую клавишу мыши, удерживая ее нажатой, отведите курсор на свободное место в пределах окна построения кривых и клавишу мыши отпустите. Далее подведите курсор на эту же кривую в точку, соответствующую значению напряжения 0,1, и проделайте те же действия. Время нарастания по определению будет равно разности этих времен. При экспоненциальном изменении кривой реакции на единичный прямоугольный импульс, что имеет место в омических делителях напряжения, время нарастания превышает время реакции на единичный импульс в 2,2 раза. Это окно нажатием левой клавиши мыши на кнопке “Print” выводится на печать для составления отчета. Следует отметить, что кнопка “Print” становится активной только после проведения очередного расчета
3.2.4. Определение влияния некоторых элементов делителя на форму передаваемого импульса
Рекомендуется определить влияние на форму передаваемого импульса индуктивности подводящего контура, расстояния Л’уста
новки делителя от заземленных предметов, радиуса экрана Rt, радиуса трубы экрана Rot и места установки экрана по отношению к верхней точке делителя, расстояния Нх. Влияние каждого из этих параметров следует определить при проведении аналогичных разд. 3.2.3 расчетов при не менее чем двух значениях соответствующего параметра. Чтобы влияние было более четким, не следует стирать результаты предыдущего расчета. Вывод сделать в форме констатации. Требования к отчету
Отчет должен содержать:
а) распечатки расчетных окон;
б) результаты определения времени передачи, погрешности измерения и времени нарастания;
в) выводы по работе. Экспериментальное определение параметров импульсной измерительной системы. Программа работы
Определить:
а) коэффициент деления омического делителя напряжения и масштабный коэффициент измерительной системы;
б) время передачи измерительной системы методом шарового разрядника. Пояснения к работе
Измерение импульсных напряжений, как правило, осуществляется при помощи делителя напряжения и импульсного осциллографа. Делитель напряжения, помимо параметров, указанных
Рис. 3.3. Зависимость разрядного Рис. 3.4. К определению напряжения от крутизны линейно времени передачи нарастающего импульса в разд. 3.2, характеризуется также коэффициентом деления, равным отношению напряжения, приложенного к делителю, и напряжения, снимаемого сего низковольтного плеча. Для измерительной системы более удобен масштабный коэффициент, определяемый как отношение напряжения, приложенного к делителю, и отклонения луча импульсного осциллографа.
По рекомендациям М ЭК один из методов определения времени передачи делителя и всей измерительной системы — метод шарового разрядника. Он основан на использовании зависимости разрядного напряжения шарового разрядника с шарами диаметром
25 см и расстоянием между ними 6 см от крутизны s линейно нарастающего импульса напряжения отрицательной полярности рис. 3.3). Для любой точки вольт-секундной характеристики (рис) , например для точки С, крутизну импульса можно определить как s = Uc Т с Если измерительная система искажает форму импульса, тов момент пробоя она покажет напряжение Uc — A U рис) . Истинное значение напряжения измерительная система показывает с задержкой времени Гп, которое является временем передачи системы. Это время может быть определено из соотношения
a u
s
3.3.3. Определение коэффициента деления омического делителя напряжения и масштабного коэффициента измерительной системы
Определение коэффициента деления омического делителя напряжения и масштабного коэффициента измерительной системы осуществляется на установке, принципиальная схема которой показана на рис. 2.8. Перед проведением измерений необходимо записать значение атмосферного давления и показание сухого термометра. Для определения масштабного коэффициента следует включить установку так, как описано в разд. 2.3.3, установить расстояние между измерительными шарами диаметром 25 см S = 6 см и подобрать зарядное напряжение конденсаторов генератора импульсных напряжений так, чтобы из 10-15 срабатываний ГИН в 5—7 случаях произошел пробой измерительного разрядника.
Снимите 3—4 осциллограммы, по каждой из них определите и запишите отклонения луча и отключите установку. Найдите среднее отклонение луча осциллографа в делениях шкалы По расстоянию S = 6 см, диаметру шаров 25 см и табл. 1.1 определите максимальное значение импульсного напряжения U0. Приведите его к атмосферным условиям, при которых проводились измерения в разд. 1.3 и по формуле
В соответствии с этим масштабный коэффициент измерительной системы т =UT/h Tu относительная погрешность его определения где AUr/U T — относительная погрешность измерения шаровым разрядником, равная 3 %; Ahr — погрешность определения отклонения hr, примерно равная толщине луча = о Кр К
По рекомендациям М ЭК один из методов определения времени передачи делителя и всей измерительной системы — метод шарового разрядника. Он основан на использовании зависимости разрядного напряжения шарового разрядника с шарами диаметром
25 см и расстоянием между ними 6 см от крутизны s линейно нарастающего импульса напряжения отрицательной полярности рис. 3.3). Для любой точки вольт-секундной характеристики (рис) , например для точки С, крутизну импульса можно определить как s = Uc Т с Если измерительная система искажает форму импульса, тов момент пробоя она покажет напряжение Uc — A U рис) . Истинное значение напряжения измерительная система показывает с задержкой времени Гп, которое является временем передачи системы. Это время может быть определено из соотношения
a u
s
3.3.3. Определение коэффициента деления омического делителя напряжения и масштабного коэффициента измерительной системы
Определение коэффициента деления омического делителя напряжения и масштабного коэффициента измерительной системы осуществляется на установке, принципиальная схема которой показана на рис. 2.8. Перед проведением измерений необходимо записать значение атмосферного давления и показание сухого термометра. Для определения масштабного коэффициента следует включить установку так, как описано в разд. 2.3.3, установить расстояние между измерительными шарами диаметром 25 см S = 6 см и подобрать зарядное напряжение конденсаторов генератора импульсных напряжений так, чтобы из 10-15 срабатываний ГИН в 5—7 случаях произошел пробой измерительного разрядника.
Снимите 3—4 осциллограммы, по каждой из них определите и запишите отклонения луча и отключите установку. Найдите среднее отклонение луча осциллографа в делениях шкалы По расстоянию S = 6 см, диаметру шаров 25 см и табл. 1.1 определите максимальное значение импульсного напряжения U0. Приведите его к атмосферным условиям, при которых проводились измерения в разд. 1.3 и по формуле
В соответствии с этим масштабный коэффициент измерительной системы т =UT/h Tu относительная погрешность его определения где AUr/U T — относительная погрешность измерения шаровым разрядником, равная 3 %; Ahr — погрешность определения отклонения hr, примерно равная толщине луча = о Кр К
При известной чувствительности осциллографа т (Бдел) напряжение на низковольтном плече делителя UH = m0hT. Тогда коэффициент деления К = Измерение импульсного напряжения осуществляется, согласно формуле £7 = mhv, где к — отклонение луча при измерении. По-
х у
у
грешность измерения может быть оценена по формуле
АЧ*
Д/и
т
Ак„
V у. Определение времени передачи измерительной системы методом шарового разрядника
Для определения времени передачи измерительной системы методом шарового разрядника необходимо включить установку и, согласно ГОСТ 17512—82, провести следующие действия. Кнопками Увеличить расст”, Уменьшить расст”, находящимися на пульте управления в блоке кнопок Расстояние между измерительными шарами, установить расстояние между шарами измерительного разрядника 7—7,5 см. При помощи регулятора напряжения и кнопок изменения расстояния между шаровыми разрядниками генератора установить выходное напряжение таким, чтобы при каждом срабатывании ГИН пробивался промежуток измерительного шарового разрядника. Для получения изображения импульса на экране осциллографа следует нажать на кнопку Стереть, а потом перед очередным разрядом ГИН — на кнопку Готов. Контролируемая часть подъема напряжения на экране осциллографа должна составлять не менее 40 % всего подъема перед пробоем, если только она не будет располагаться выше 160 кВ.
Получите и зарисуйте на прозрачную бумагу три импульса напряжения. Определите скорость нарастания напряжения s из каждой осциллограммы как наклон наиболее подходящей прямой линии для контролируемой части осциллограммы, затем потрем осциллограммам — среднее значение s.
2. Установите расстояние между измерительными шарами 6 см и снимите три или более осциллограммы пробоя без каких-либо
х у
у
грешность измерения может быть оценена по формуле
АЧ*
Д/и
т
Ак„
V у. Определение времени передачи измерительной системы методом шарового разрядника
Для определения времени передачи измерительной системы методом шарового разрядника необходимо включить установку и, согласно ГОСТ 17512—82, провести следующие действия. Кнопками Увеличить расст”, Уменьшить расст”, находящимися на пульте управления в блоке кнопок Расстояние между измерительными шарами, установить расстояние между шарами измерительного разрядника 7—7,5 см. При помощи регулятора напряжения и кнопок изменения расстояния между шаровыми разрядниками генератора установить выходное напряжение таким, чтобы при каждом срабатывании ГИН пробивался промежуток измерительного шарового разрядника. Для получения изображения импульса на экране осциллографа следует нажать на кнопку Стереть, а потом перед очередным разрядом ГИН — на кнопку Готов. Контролируемая часть подъема напряжения на экране осциллографа должна составлять не менее 40 % всего подъема перед пробоем, если только она не будет располагаться выше 160 кВ.
Получите и зарисуйте на прозрачную бумагу три импульса напряжения. Определите скорость нарастания напряжения s из каждой осциллограммы как наклон наиболее подходящей прямой линии для контролируемой части осциллограммы, затем потрем осциллограммам — среднее значение s.
2. Установите расстояние между измерительными шарами 6 см и снимите три или более осциллограммы пробоя без каких-либо
изменений в настройке ГИН. Среднее из трех измеренных значений пробивных напряжений Ux приведите к нормальным атмосферным условиям по формуле
По полученному среднему значению s и зависимости разрядного напряжения от крутизны линейно нарастающего импульса, представленной на рис. 3.3, определите истинное значение пробивного напряжения Uc, а также время передачи
Т Х П- U
По полученному среднему значению s и зависимости разрядного напряжения от крутизны линейно нарастающего импульса, представленной на рис. 3.3, определите истинное значение пробивного напряжения Uc, а также время передачи
Т Х П- U
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
q
s
3. Изложенные в пи действия необходимо проделать с двумя другими заметно отличающимися значениями s, те. при других зарядных напряжениях конденсаторов ГИН.
4. Среднее значение Тп, полученное из трех измерений, следует принять за время передачи измерительной системы, а разброс в значениях — за показатель точности измерения.
При регистрации полного и срезанного импульсов время передачи, согласно ГОСТ 17512—82 и разд. 3.2.3, не должно превышать
100 нс. Требования к отчету
s
3. Изложенные в пи действия необходимо проделать с двумя другими заметно отличающимися значениями s, те. при других зарядных напряжениях конденсаторов ГИН.
4. Среднее значение Тп, полученное из трех измерений, следует принять за время передачи измерительной системы, а разброс в значениях — за показатель точности измерения.
При регистрации полного и срезанного импульсов время передачи, согласно ГОСТ 17512—82 и разд. 3.2.3, не должно превышать
100 нс. Требования к отчету
Отчет должен содержать:
а) принципиальную схему установки;
б) результаты определения масштабного коэффициента, времени передачи измерительной системы и коэффициента деления;
в) расшифрованные осциллограммы;
г) выводы по работе. Цепь делитель напряжения — осциллограф. Программа работы. Определить погрешность, вносимую несогласованным кабелем присоединения осциллографа комическому делителю
напряжения, при записи срезанного стандартного импульса со временем среза 1 мкс. Подобрать параметры схемы присоединения, обеспечивающие минимальную погрешность измерения срезанного на фронте импульса. Пояснения к работе
Источником погрешности записи импульсов напряжения, помимо искажения сигнала в схеме омического делителя напряжения и внешних помех, создаваемых электромагнитным полем высоковольтной установки и импульсами тока в контуре заземления, может быть кабель присоединения осциллографа к делителю напряжения. Длина этого кабеля с учетом габаритов высоковольтной установки может достигать нескольких десятков метров.
Если не выполнено условие согласования кабеля с низковольтным плечом делителя или с входным сопротивлением осциллографа, том ногократные отражения волн от концов кабеля вносят искажения в записываемый сигнал. Стандартные значения волновых сопротивлений коаксиальных кабелей определены ГОСТ
11326.0-78 и составляют 50, 75, 100, 150 и 200 Ом. Входное сопротивление импульсного осциллографа находится в пределах от 200 до 100 кОм и без заметной погрешности может считаться бесконечно большим. Входная емкость — 20—100 пФ. Определение погрешности, вносимой несогласованным кабелем присоединения осциллографа комическому делителю напряжения при записи срезанного стандартного импульса со временем среза 1 мкс
Определение погрешности, вносимой несогласованным кабелем присоединения осциллографа комическому делителю напряжения, при записи срезанного стандартного импульса осуществляется при помощи программы dn.exe, размещенной в директории C:\LabWin. После запуска программы в окне-заставке необходимо левой клавишей мыши нажать на кнопку Дно. Появится расчетное окно, показанное на рис. 3.5. В этом окне в боксе Скачкообразный поменять на Грозовой . Подвести курсор мыши в окно ввода
Источником погрешности записи импульсов напряжения, помимо искажения сигнала в схеме омического делителя напряжения и внешних помех, создаваемых электромагнитным полем высоковольтной установки и импульсами тока в контуре заземления, может быть кабель присоединения осциллографа к делителю напряжения. Длина этого кабеля с учетом габаритов высоковольтной установки может достигать нескольких десятков метров.
Если не выполнено условие согласования кабеля с низковольтным плечом делителя или с входным сопротивлением осциллографа, том ногократные отражения волн от концов кабеля вносят искажения в записываемый сигнал. Стандартные значения волновых сопротивлений коаксиальных кабелей определены ГОСТ
11326.0-78 и составляют 50, 75, 100, 150 и 200 Ом. Входное сопротивление импульсного осциллографа находится в пределах от 200 до 100 кОм и без заметной погрешности может считаться бесконечно большим. Входная емкость — 20—100 пФ. Определение погрешности, вносимой несогласованным кабелем присоединения осциллографа комическому делителю напряжения при записи срезанного стандартного импульса со временем среза 1 мкс
Определение погрешности, вносимой несогласованным кабелем присоединения осциллографа комическому делителю напряжения, при записи срезанного стандартного импульса осуществляется при помощи программы dn.exe, размещенной в директории C:\LabWin. После запуска программы в окне-заставке необходимо левой клавишей мыши нажать на кнопку Дно. Появится расчетное окно, показанное на рис. 3.5. В этом окне в боксе Скачкообразный поменять на Грозовой . Подвести курсор мыши в окно ввода
данных правее R2, нажать левую клавишу мыши и на клавиатуре набрать 4, что соответствует сопротивлению нижнего плеча делителя напряжения учебного ГИН. Аналогично ввести значение сопротивления R = 120. Нажать кнопку управления программой
“ОК” . После этого в углубленном окне для вывода кривых появятся кривые напряжения левая (на экране дисплея красная) — импульс напряжения вначале соединительного кабеля и правая (на экране черная) —• импульс напряжения в конце.
Для определения погрешности передачи необходимо кончик курсора мыши подвести на красную кривую для времени 1 мкс, нажать левую клавишу мыши, удерживая нажатой, отвести курсор на свободное место в пределах окна построения кривых и отпустить. Аналогичные действия следует выполнить на черной кривой для времени 1,5 мкс, поскольку время пробега по кабелю длиной 10 м длина кабеля учебного ГИ Н ) составляет 0,5 мкс. В качестве примера такие действия представлены на кривых рис. Погрешность передачи
АЦ_
U
0 ,9 3 -0 ,7 0 0,93 10 0 -2 4 ,7 Заметим, что при вводе R2 программа изменяет сопротивление высоковольтного плеча делителя так, что на его выходе напряжение остается неизменными равным условной единице при заданном значении воздействующего напряжения Е = 1 МВ.
Это окно нажатием кнопки “Print” выводят на печать для составления отчета.
Далее в боксе Грозовой заменяют на Скачкообразный, нажимают на кнопку Стирание и проводят новый расчет. Внизу под кривыми будет выведено Время реакции на единичный импульс Т = 0,3 мкс. Это время записывают для составления отчета.
Такие расчеты следует провести еще для двух значений сопротивлений согласующего резистора — для R = 0 и R = 71 Ом. Полученные значения погрешностей и времен реакции нужно записать для оформления отчета и убедиться, что при согласованном включении кабеля погрешность измерения и время реакции становятся равными нулю
“ОК” . После этого в углубленном окне для вывода кривых появятся кривые напряжения левая (на экране дисплея красная) — импульс напряжения вначале соединительного кабеля и правая (на экране черная) —• импульс напряжения в конце.
Для определения погрешности передачи необходимо кончик курсора мыши подвести на красную кривую для времени 1 мкс, нажать левую клавишу мыши, удерживая нажатой, отвести курсор на свободное место в пределах окна построения кривых и отпустить. Аналогичные действия следует выполнить на черной кривой для времени 1,5 мкс, поскольку время пробега по кабелю длиной 10 м длина кабеля учебного ГИ Н ) составляет 0,5 мкс. В качестве примера такие действия представлены на кривых рис. Погрешность передачи
АЦ_
U
0 ,9 3 -0 ,7 0 0,93 10 0 -2 4 ,7 Заметим, что при вводе R2 программа изменяет сопротивление высоковольтного плеча делителя так, что на его выходе напряжение остается неизменными равным условной единице при заданном значении воздействующего напряжения Е = 1 МВ.
Это окно нажатием кнопки “Print” выводят на печать для составления отчета.
Далее в боксе Грозовой заменяют на Скачкообразный, нажимают на кнопку Стирание и проводят новый расчет. Внизу под кривыми будет выведено Время реакции на единичный импульс Т = 0,3 мкс. Это время записывают для составления отчета.
Такие расчеты следует провести еще для двух значений сопротивлений согласующего резистора — для R = 0 и R = 71 Ом. Полученные значения погрешностей и времен реакции нужно записать для оформления отчета и убедиться, что при согласованном включении кабеля погрешность измерения и время реакции становятся равными нулю
Рис Расчетное окно. Подбор параметров схемы присоединения, обеспечивающих минимальную погрешность измерения срезанного на фронте импульса
При подборе параметров схемы присоединения, обеспечивающих минимальную погрешность измерения срезанного на фронте импульса, рекомендуется добиться минимальной погрешности, изменяя значения сопротивления R0. Минимальная погрешность соответствует, как установлено в разд. 3.4.3, времени реакции на прямоугольный импульс, равному нулю, поэтому расчеты можно проводить при воздействии прямоугольного импульса, что удобно при оценке результатов расчета. Для этого в расчетном окне (см. рис. 3.5) нужно установить значения сопротивлений R2 = 4 Ом,
R = 0 и последовательно провести расчеты для значений RCj, равных
150, 100, 75 и 50 Ом. Когда время реакции на единичный импульс будет равно нулю, провести измерения максимального значения импульса напряжения Umax и определить коэффициент дополнительного деления напряжения по формуле К = 1/С7щах. Коэффициент дополнительного деления К увеличивает коэффициент деления делителя напряжения Кц в К раз те. Кс = К К.
Далее, используя аналогичные расчеты, рекомендуется подобрать параметры схемы присоединения кабеля при сопротивлении низковольтного плеча делителя R^ = 150 Ом. Следует рассмотреть два варианта (а затем выбрать один из них и обосновать предпочтение):
выбрать новый измерительный кабель с соответствующим волновым сопротивлением;
согласовать подключение уже установленного кабеля и определить новое значение коэффициента деления измерительной системы Кс.
3.4.5. Требования к отчету
Отчет должен содержать:
а) распечатку расчетных окон;
б) результаты оценки погрешности измерения срезанного импульса напряжения и коэффициента измерительной системы;
в) выводы по работе
3.5. Измерение импульсных высоких напряжений методом осциллографирования
3.5.1. Программа работы. Ознакомиться си сп ы тательн ой установкой, записать паспортные данные ГИН, а также используемых в работе делителя напряжения и осциллографа. Измерить габаритные размеры делителя и длину шин подсоединения. Проверить, правильно ли выбраны элементы низковольтного плеча делителя, записать их параметры. Определить расчетный коэффициент деления делителя. Рассчитать масштабный коэффициент т измерительной схемы в целом (делителя и осциллографа. Если параметры делителя отличаются от указанных в задании на предварительную подготовку, пересчитать время нарастания делителя. Настроить ГИН, осциллограф. Записать осциллограммы для определения масштабного коэффициентаделителя и осциллографа. Записать осциллограммы для определения времени реакции
7^ делителя и осциллографа. По результатам расшифровки осциллограмм определить масштабный коэффициент и время реакции делителя и осциллографа, сравнить их с расчетными. Оценить погрешность измерения напряжения с помощью делителя и осциллографа. Пояснения к работе
О сц илл ограф и ро ван и е импульсов высокого напряжения производится с использованием делителей напряжения омических, емкостных или смешанных. Сигнал с нижнего плеча делителя на осциллограф подают с помощью коаксиального кабеля с волновым сопротивлением Z = 50-100 Ом. Чтобы не было отраженных волн, на концах кабеля, если это возможно, устанавливают согласующиеся резисторы . Основные характеристики делителя и всей измерительной схемы в целом в установившемся режиме (или при
При подборе параметров схемы присоединения, обеспечивающих минимальную погрешность измерения срезанного на фронте импульса, рекомендуется добиться минимальной погрешности, изменяя значения сопротивления R0. Минимальная погрешность соответствует, как установлено в разд. 3.4.3, времени реакции на прямоугольный импульс, равному нулю, поэтому расчеты можно проводить при воздействии прямоугольного импульса, что удобно при оценке результатов расчета. Для этого в расчетном окне (см. рис. 3.5) нужно установить значения сопротивлений R2 = 4 Ом,
R = 0 и последовательно провести расчеты для значений RCj, равных
150, 100, 75 и 50 Ом. Когда время реакции на единичный импульс будет равно нулю, провести измерения максимального значения импульса напряжения Umax и определить коэффициент дополнительного деления напряжения по формуле К = 1/С7щах. Коэффициент дополнительного деления К увеличивает коэффициент деления делителя напряжения Кц в К раз те. Кс = К К.
Далее, используя аналогичные расчеты, рекомендуется подобрать параметры схемы присоединения кабеля при сопротивлении низковольтного плеча делителя R^ = 150 Ом. Следует рассмотреть два варианта (а затем выбрать один из них и обосновать предпочтение):
выбрать новый измерительный кабель с соответствующим волновым сопротивлением;
согласовать подключение уже установленного кабеля и определить новое значение коэффициента деления измерительной системы Кс.
3.4.5. Требования к отчету
Отчет должен содержать:
а) распечатку расчетных окон;
б) результаты оценки погрешности измерения срезанного импульса напряжения и коэффициента измерительной системы;
в) выводы по работе
3.5. Измерение импульсных высоких напряжений методом осциллографирования
3.5.1. Программа работы. Ознакомиться си сп ы тательн ой установкой, записать паспортные данные ГИН, а также используемых в работе делителя напряжения и осциллографа. Измерить габаритные размеры делителя и длину шин подсоединения. Проверить, правильно ли выбраны элементы низковольтного плеча делителя, записать их параметры. Определить расчетный коэффициент деления делителя. Рассчитать масштабный коэффициент т измерительной схемы в целом (делителя и осциллографа. Если параметры делителя отличаются от указанных в задании на предварительную подготовку, пересчитать время нарастания делителя. Настроить ГИН, осциллограф. Записать осциллограммы для определения масштабного коэффициентаделителя и осциллографа. Записать осциллограммы для определения времени реакции
7^ делителя и осциллографа. По результатам расшифровки осциллограмм определить масштабный коэффициент и время реакции делителя и осциллографа, сравнить их с расчетными. Оценить погрешность измерения напряжения с помощью делителя и осциллографа. Пояснения к работе
О сц илл ограф и ро ван и е импульсов высокого напряжения производится с использованием делителей напряжения омических, емкостных или смешанных. Сигнал с нижнего плеча делителя на осциллограф подают с помощью коаксиального кабеля с волновым сопротивлением Z = 50-100 Ом. Чтобы не было отраженных волн, на концах кабеля, если это возможно, устанавливают согласующиеся резисторы . Основные характеристики делителя и всей измерительной схемы в целом в установившемся режиме (или при
низкой частоте) — коэффициент деления делителя, а в переходном режиме — реакция на прямоугольный импульс.
П ри подаче на вход делителя прямоугольного импульса напряжения £/,(/) регистрируемая осциллографом кривая выходного напряжения U2(t) является реакцией измерительной схемы на Ux(t). Если реакцию с учетом коэффициента деления схемы К выразить в относительных единицах, то получим безразмерную функцию g(t) = K U 2(t)/Ul , называемую реакцией на единичный прямоугольный импульс. В зависимости от параметров делителя и схемы присоединения осциллографа реакция на единичный прямоугольный импульс может иметь различный вид (рис. З.б).
При экспоненциальном характере зависимости) о временном разрешении измерительной схемы судят повремени нарастания
Тн, в течение которого реакция изменяется от 10 до 90 % своего установившегося значения Тк = 2 ,2 т , где т — постоянная времени экспоненты. Колебательный характер) наблюдается в делителях, где элементы схемы слабо демпфированы. В этом случае схему характеризуют временем реакции
h + t3
U Рис. 3.6. К определению времени реакции Время реакции Тр на рис. 3.6 равно заштрихованной площади между единичной функцией и кривой Схема замещения делителя может состоять из нескольких контуров с реактивными L- и С-элементами, при этом реакция на прямоугольный импульс будет иметь более сложный вид по сравнению с показанным на рис. 3.6. Оценочный расчет времени нарастания для такой схемы проводят без учета взаимного влияния реактивных элементов и находят его как геометрическую сумму времен нарастания каждого элемента в отдельности:
ТИ = АТ+ Т 2^ . . . + Т 20 , где Тно — время нарастания осциллографа.
Общие требования, предъявляемые к делителям напряжения, заключаются в следующем. Коэффициент деления делителя не должен изменяться в зависимости от амплитуды и полярности измеряемого напряжения и зависеть от внешних электрических полей. При измерении стандартных грозовых и коммутационных импульсов коэффициент деления делителя должен определяться с погрешностью не более
3 %.
2. Время реакции делителя должно иметь малое значение. Так, при регистрации полного и срезанного на спаде грозового импульса оно должно быть не более 0,2 мкс, а при регистрации линейного нарастающего напряжения, имеющего время нарастания tR, не должно превышать д. При регистрации коммутационных импульсов время реакции должно быть не более 5 % длительности нарастания напряжения.
Принципиальная схема омического делителя напряжения показана на рис. 3.7. Высоковольтный резистор R j наматывают из проволоки с большим удельным сопротивлением (нихром,
Рис. 3.7. Схема подключения осциллографа к делителю
П ри подаче на вход делителя прямоугольного импульса напряжения £/,(/) регистрируемая осциллографом кривая выходного напряжения U2(t) является реакцией измерительной схемы на Ux(t). Если реакцию с учетом коэффициента деления схемы К выразить в относительных единицах, то получим безразмерную функцию g(t) = K U 2(t)/Ul , называемую реакцией на единичный прямоугольный импульс. В зависимости от параметров делителя и схемы присоединения осциллографа реакция на единичный прямоугольный импульс может иметь различный вид (рис. З.б).
При экспоненциальном характере зависимости) о временном разрешении измерительной схемы судят повремени нарастания
Тн, в течение которого реакция изменяется от 10 до 90 % своего установившегося значения Тк = 2 ,2 т , где т — постоянная времени экспоненты. Колебательный характер) наблюдается в делителях, где элементы схемы слабо демпфированы. В этом случае схему характеризуют временем реакции
h + t3
U Рис. 3.6. К определению времени реакции Время реакции Тр на рис. 3.6 равно заштрихованной площади между единичной функцией и кривой Схема замещения делителя может состоять из нескольких контуров с реактивными L- и С-элементами, при этом реакция на прямоугольный импульс будет иметь более сложный вид по сравнению с показанным на рис. 3.6. Оценочный расчет времени нарастания для такой схемы проводят без учета взаимного влияния реактивных элементов и находят его как геометрическую сумму времен нарастания каждого элемента в отдельности:
ТИ = АТ+ Т 2^ . . . + Т 20 , где Тно — время нарастания осциллографа.
Общие требования, предъявляемые к делителям напряжения, заключаются в следующем. Коэффициент деления делителя не должен изменяться в зависимости от амплитуды и полярности измеряемого напряжения и зависеть от внешних электрических полей. При измерении стандартных грозовых и коммутационных импульсов коэффициент деления делителя должен определяться с погрешностью не более
3 %.
2. Время реакции делителя должно иметь малое значение. Так, при регистрации полного и срезанного на спаде грозового импульса оно должно быть не более 0,2 мкс, а при регистрации линейного нарастающего напряжения, имеющего время нарастания tR, не должно превышать д. При регистрации коммутационных импульсов время реакции должно быть не более 5 % длительности нарастания напряжения.
Принципиальная схема омического делителя напряжения показана на рис. 3.7. Высоковольтный резистор R j наматывают из проволоки с большим удельным сопротивлением (нихром,
Рис. 3.7. Схема подключения осциллографа к делителю
константан) на каркас из изоляционного материала. Намотка производится так, чтобы индуктивность делителя была минимальной. В отдельных случаях резистор R { может быть изготовлен из мало индуктивных объемных резисторов. Вниз ковольтном плече делителя установлен малоиндуктивный резистор
R2. Для наилучшего согласования кабеля, соединяющего делитель с осциллографом, необходимо выполнить условие R2 < Z . Тогда согласующее сопротивление со стороны делителя
Z ----- 1 2
J со стороны осциллографа R4 = Z. Резистор i?4 должен стоять на выходе осциллографа или в самом осциллографе. Коэффициент деления схемы для R2 Z (R3 — Рис. 3.8. Расчетная схема
и 1
R 1 и 2
_R2 + /?4 При анализе искажений, вносимых делителем в запись осциллографируемого импульса, в схеме замещения делителя (рис. 3.8) учитывают индуктивность L шин, соединяющих его с объектом и землей, а также собственную индуктивность и конструктивную емкость высоковольтного плеча делителя относительно земли С. Индуктивность зависит от конструктивного выполнения схемы и для оценочных расчетов может быть принята пропорциональной длине / делителя и шин присоединения L = Lnl, L n — погонная индуктивность, приблизительно равная 106 Гн/м. Емкость Сз распределена по длине делителя, однако в схеме замещения ее учитывают в виде сосредоточенной емкости, равной 2/3 С, подключенной к средней части высоковольтного плеча делителя. Приближенно С можно определить по формуле
R2. Для наилучшего согласования кабеля, соединяющего делитель с осциллографом, необходимо выполнить условие R2 < Z . Тогда согласующее сопротивление со стороны делителя
Z ----- 1 2
J со стороны осциллографа R4 = Z. Резистор i?4 должен стоять на выходе осциллографа или в самом осциллографе. Коэффициент деления схемы для R2 Z (R3 — Рис. 3.8. Расчетная схема
и 1
R 1 и 2
_R2 + /?4 При анализе искажений, вносимых делителем в запись осциллографируемого импульса, в схеме замещения делителя (рис. 3.8) учитывают индуктивность L шин, соединяющих его с объектом и землей, а также собственную индуктивность и конструктивную емкость высоковольтного плеча делителя относительно земли С. Индуктивность зависит от конструктивного выполнения схемы и для оценочных расчетов может быть принята пропорциональной длине / делителя и шин присоединения L = Lnl, L n — погонная индуктивность, приблизительно равная 106 Гн/м. Емкость Сз распределена по длине делителя, однако в схеме замещения ее учитывают в виде сосредоточенной емкости, равной 2/3 С, подключенной к средней части высоковольтного плеча делителя. Приближенно С можно определить по формуле
с 4 л+ 4a
h + где г — радиус проводника h — высота делителя а — расстояние от основания делителя до поверхности земли.
Реакция на прямоугольный импульс омического делителя напряжения иллюстрирует рис. 3.6; основной вид искажения — сглаживание фронта. Индуктивность L дает постоянную времени нарастания ха емкость Сдает т =(Л1/2||/?1/2)2/ЗС3 =1/6 Если кабель не согласован, то нижнее плечо делителя дает постоянную времени т = ZCK, где Ск — емкость кабеля. Полное время нарастания может быть найдено по формуле (3.1), где
THi = т ь Ти2 = т, Тн0 определяется из паспорта осциллографа.
Емкостные делители напряжения составляют из малоиндуктив
ных конденсаторов. Рекомендуется брать специальные образцовые измерительные конденсаторы с газовой изоляцией, выполненные в виде коаксиальных цилиндров. Последовательно с высоковольтной емкостью включают конденсатор низкого напряжения большой емкости, сигнал с которого с помощью кабеля подается на осциллограф. Сопротивление резистора утечки выбирается таким, чтобы постоянная времени была на один-два порядка больше длительности измеряемого импульса. Сопротивление демпфирующего резистора выбирается равным 400-800 Ом.
Д ля экспериментального определения времени реакции измерительного устройства на прямоугольный импульс возможно использование срезанных высоковольтных импульсов. Такие импульсы, получаемые от генератора импульсных напряжений, срезают с помощью специального шарового разрядника, помещенного в сосуд со сжатым газом. Время среза определяется временем коммутации разрядника и может составлять менее 10 нс.
Другой метод определения времени реакции делителя и всей измерительной схемы в целом — метод шарового разрядника. Он
h + где г — радиус проводника h — высота делителя а — расстояние от основания делителя до поверхности земли.
Реакция на прямоугольный импульс омического делителя напряжения иллюстрирует рис. 3.6; основной вид искажения — сглаживание фронта. Индуктивность L дает постоянную времени нарастания ха емкость Сдает т =(Л1/2||/?1/2)2/ЗС3 =1/6 Если кабель не согласован, то нижнее плечо делителя дает постоянную времени т = ZCK, где Ск — емкость кабеля. Полное время нарастания может быть найдено по формуле (3.1), где
THi = т ь Ти2 = т, Тн0 определяется из паспорта осциллографа.
Емкостные делители напряжения составляют из малоиндуктив
ных конденсаторов. Рекомендуется брать специальные образцовые измерительные конденсаторы с газовой изоляцией, выполненные в виде коаксиальных цилиндров. Последовательно с высоковольтной емкостью включают конденсатор низкого напряжения большой емкости, сигнал с которого с помощью кабеля подается на осциллограф. Сопротивление резистора утечки выбирается таким, чтобы постоянная времени была на один-два порядка больше длительности измеряемого импульса. Сопротивление демпфирующего резистора выбирается равным 400-800 Ом.
Д ля экспериментального определения времени реакции измерительного устройства на прямоугольный импульс возможно использование срезанных высоковольтных импульсов. Такие импульсы, получаемые от генератора импульсных напряжений, срезают с помощью специального шарового разрядника, помещенного в сосуд со сжатым газом. Время среза определяется временем коммутации разрядника и может составлять менее 10 нс.
Другой метод определения времени реакции делителя и всей измерительной схемы в целом — метод шарового разрядника. Он
основан на использовании вольт-секундной характеристики шарового разрядника с шарами диаметром 250 мм и расстоянием между шарами мм для линейно нарастающего напряжения отрицательной полярности. Эта характеристика получена в результате обработки многочисленных измерений, проводившихся в различных лабораториях с применением высококачественных делителей. Задание на предварительную подготовку. Укажите, какие сопротивления необходимо установить в схеме омического делителя напряжения (см. рис. 3.7), если известны следующие его параметры R { = 10 кОм, L = 5 мкГн, высота А = 2 м , расстояние от основания до земли а = 0,25 м, волновое сопротивление кабеля Z = 60 Ом. Измеряемое напряжение U] = 500 кВ напряжение, подаваемое на осциллограф, U2 = 200 В. Длина шин подсоединения делителя к объекту примерном. Для указанного делителя напряжения оцените время реакции Тн. Для отдельных бригад преподаватель может задать другие значения параметров. Рассмотрите условия согласования нижнего плеча емкостного делителя напряжения, если известно, что С — 20 пФ , С =
— 0,1 мкФ , индуктивность делителя и подводящих шин L = 2 мкГн, длина кабеля, связывающего делитель с осциллографом, / = 2 м , погонная емкость кабеля 70 пФ м . Рассчитайте масштабный коэффициент указанного делителя.
В рамках выполнения данной лабораторной работы экспериментальная установка состоит из генератора импульсных напряжений (см. разд. 2), измерительных шаров диаметром 250 мм, омического (емкостного) делителя напряжения, электронного осциллографа.
Градуировку делителя и осциллографа по напряжению можно провести, определив отдельно коэффициент деления делителя К и чувствительность осциллографа. Если чувствительность осциллографа равна от (В/мм) отклонения луча, тона входе делителя этому отклонению соответствует напряжение от = от К где от — масштабный коэффициент схемы делителя и осциллографа в целом. Масштабный коэффициент измерительной схемы можно также определить, подав на делитель стандартный импульс напряжения и измерив его амплитуду шаровым разрядником.
Определять масштабный коэффициент следует съемкой серии осциллограмм одинаковых импульсов при такой установке измерительного шарового разрядника, когда примерно 50 % импульсов вызывают его пробой. Для расшифровки используют равное число осциллограмм полных и срезанных импульсов.
На каждую осциллограмму наносят кроме кривой исследуемого явления еще и нулевую линию.
Масштабный коэффициент (кВ/мм) определяют по формуле
m = UTlh T, где £/ — градуировочное напряжение, измеренное шаровым разрядником ; hT — максимальное отклонение луча осциллографа, соответствующее этому напряжению.
При измерении напряжения отградуированным делителем амплитудное значение напряжения U — mh, где h — отклонение луча, соответствующее измеряемому напряжению. Если производится статистическая обработка экспериментальных данных см. разд. 1), то относительная погрешность измерения напряжения = J (Дт/т)2 + (д/г/ h )2 где А т/т — относительная погрешность определения масштабного коэффициента:
Аж /™ =
^ьиг/иг)
2
+(щ/Ъ
)2
П огреш ность измерения градуировочного напряжения с помощью шарового разрядника определяется, как указано в разд. 1, погрешность в определении h (hT) примерно равна отношению толщины луча осциллографа к h (Для получения достаточно высокой точности измерения времени реакции делителям етодом шарового разрядника рекомендуется следующая методика
1. Расстояние между шарами первоначально устанавливают равным 70—75 мм и импульсный генератор настраивают так, чтобы он выдавал отрицательный импульс линейно нарастающей формы. Контролируемая часть подъема записанного на осциллограмме напряжения должна составлять не менее 40 % всей линии подъема напряжения перед пробоем промежутка, если только она вся не будет располагаться выше 160 кВ (приближенное значение 50%- ного пробивного напряжения промежутка длиной 60 мм. Три импульса должны быть записаны в условиях п. 1 без ка
ких-либо изменений в схеме генератора или установке разрядника. Скорость нарастания напряжения определяется из каждой осциллограммы как наклон наиболее подходящей прямой линии для контролируемой части осциллограммы. Затем потрем осциллограммам определяют среднее значение S.
3. Промежуток устанавливают равным 60 мм. Записывают три или более осциллограмм пробоя без каких либо изменений в генераторе. Среднее из трех полученных значений пробивных напряжений приводят к нормальным атмосферным условиями определяют А £/, используя при этом измеренное в п. 2 значение крутизны импульса S. Вычисляют время реакции измерительной системы делителя Тр.
4. Процедуру повторяют с двумя другими заметно отличающимися значениями S, чтобы получить три значения Т .
5. Среднее значение Т , полученное из трех измерений, принимают за время передачи системы, а разброс в значениях является показателем точности измерений. Требования к отчету
Отчет должен содержать:
а) принципиальные схемы используемых в работе делителей напряжения и их паспортные данные;
б) расчет коэффициента деления и времени реакции делителя, согласно п. 2;
— 0,1 мкФ , индуктивность делителя и подводящих шин L = 2 мкГн, длина кабеля, связывающего делитель с осциллографом, / = 2 м , погонная емкость кабеля 70 пФ м . Рассчитайте масштабный коэффициент указанного делителя.
В рамках выполнения данной лабораторной работы экспериментальная установка состоит из генератора импульсных напряжений (см. разд. 2), измерительных шаров диаметром 250 мм, омического (емкостного) делителя напряжения, электронного осциллографа.
Градуировку делителя и осциллографа по напряжению можно провести, определив отдельно коэффициент деления делителя К и чувствительность осциллографа. Если чувствительность осциллографа равна от (В/мм) отклонения луча, тона входе делителя этому отклонению соответствует напряжение от = от К где от — масштабный коэффициент схемы делителя и осциллографа в целом. Масштабный коэффициент измерительной схемы можно также определить, подав на делитель стандартный импульс напряжения и измерив его амплитуду шаровым разрядником.
Определять масштабный коэффициент следует съемкой серии осциллограмм одинаковых импульсов при такой установке измерительного шарового разрядника, когда примерно 50 % импульсов вызывают его пробой. Для расшифровки используют равное число осциллограмм полных и срезанных импульсов.
На каждую осциллограмму наносят кроме кривой исследуемого явления еще и нулевую линию.
Масштабный коэффициент (кВ/мм) определяют по формуле
m = UTlh T, где £/ — градуировочное напряжение, измеренное шаровым разрядником ; hT — максимальное отклонение луча осциллографа, соответствующее этому напряжению.
При измерении напряжения отградуированным делителем амплитудное значение напряжения U — mh, где h — отклонение луча, соответствующее измеряемому напряжению. Если производится статистическая обработка экспериментальных данных см. разд. 1), то относительная погрешность измерения напряжения = J (Дт/т)2 + (д/г/ h )2 где А т/т — относительная погрешность определения масштабного коэффициента:
Аж /™ =
^ьиг/иг)
2
+(щ/Ъ
)2
П огреш ность измерения градуировочного напряжения с помощью шарового разрядника определяется, как указано в разд. 1, погрешность в определении h (hT) примерно равна отношению толщины луча осциллографа к h (Для получения достаточно высокой точности измерения времени реакции делителям етодом шарового разрядника рекомендуется следующая методика
1. Расстояние между шарами первоначально устанавливают равным 70—75 мм и импульсный генератор настраивают так, чтобы он выдавал отрицательный импульс линейно нарастающей формы. Контролируемая часть подъема записанного на осциллограмме напряжения должна составлять не менее 40 % всей линии подъема напряжения перед пробоем промежутка, если только она вся не будет располагаться выше 160 кВ (приближенное значение 50%- ного пробивного напряжения промежутка длиной 60 мм. Три импульса должны быть записаны в условиях п. 1 без ка
ких-либо изменений в схеме генератора или установке разрядника. Скорость нарастания напряжения определяется из каждой осциллограммы как наклон наиболее подходящей прямой линии для контролируемой части осциллограммы. Затем потрем осциллограммам определяют среднее значение S.
3. Промежуток устанавливают равным 60 мм. Записывают три или более осциллограмм пробоя без каких либо изменений в генераторе. Среднее из трех полученных значений пробивных напряжений приводят к нормальным атмосферным условиями определяют А £/, используя при этом измеренное в п. 2 значение крутизны импульса S. Вычисляют время реакции измерительной системы делителя Тр.
4. Процедуру повторяют с двумя другими заметно отличающимися значениями S, чтобы получить три значения Т .
5. Среднее значение Т , полученное из трех измерений, принимают за время передачи системы, а разброс в значениях является показателем точности измерений. Требования к отчету
Отчет должен содержать:
а) принципиальные схемы используемых в работе делителей напряжения и их паспортные данные;
б) расчет коэффициента деления и времени реакции делителя, согласно п. 2;
в) осциллограммы полного и срезанного на вершине импульсов для определения масштабного коэффициента делителя и осциллографа г) осциллограммы для определения времени реакции измерительной схемы (три для промежутка 75 мм и три для промежутка 60 мм при одной скорости нарастания фронта и столько же при другой скорости на одной из осциллограмм дая промежутка
60 мм необходимо сделать построение;
д) результаты расшифровки осциллограмм, согласно пе) оценку погрешности измерений, согласно пи выводы.
Общие требования к оформлению отчетов изложены в [16].
60 мм необходимо сделать построение;
д) результаты расшифровки осциллограмм, согласно пе) оценку погрешности измерений, согласно пи выводы.
Общие требования к оформлению отчетов изложены в [16].
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
3.6. Измерение импульсных токов шунтом и поясом Роговского
3.6.1. Программа работы. Ознакомиться с экспериментальной установкой и инструкцией по технике безопасности. Оценить параметры разрядного контура и рассчитать амплитудное значение тока и его частоту. Ознакомься с конструкцией пояса Роговского и шунта. Рассчитать значение напряжения, ожидаемое на входе осциллографа, при регистрации разрядного тока шунтом и поясом
Роговского с заданной погрешностью у = 0,03.
5. Снять осциллограммы разрядного тока:
а) при хорошем интегрировании (у = 0,03 - б) при плохом интегрировании (у = 0 ,2 -в) тоже, но при увеличении затухания контура;
г) одновременно провести регистрацию тока с помощью активного шунта. Пояснения к работе
Наиболее простой метод измерения электрического тока связан с определением падения напряжения при протекании тока через низкоомный резистор (шунт, сопротивление которого измерено с высокой точностью Рис. 3.9. Пример конструкции плоского шунта Пример конструкции плоского шунта представлен на риса Шунт представляет собой бифилярно сложенную ленту из металла с высоким удельным сопротивлением . Иногда вместо ленты используют параллельно включенные проволочки. Кроме этой наиболее простой конструкции часто применяют коаксиальный шунт (рис. 3.9, б Это цилиндр, изготовленный из материала или проволоки с высоким удельным сопротивлением, расположенный внутри другого цилиндра, выполняющего функции обратного провода.
Сопротивление шунта должно быть много меньше сопротивления контура. Шунт включается в цепь так, что один его вывод находится вместе заземления контура.
На рис. 3.10 представлены эквивалентная схема шунта тока аи схема подсоединения к нему осциллографа (б).
Основная проблема использования шунтового метода возникает при измерении высокочастотных сигналов. В этом случае падение напряжения на шунте = Rliii + Lul{di/dt), где Ящ — сопротивление шунта Ьш — индуктивность шунта.
Появление индуктивной составляющей напряжения приводит к возникновению зависящей от частоты ошибки. Аналогичный эффект возникает ив случае, если толщина скин-слоя становится б ) о
-о
Рис. 3.10. Измерение импульсных токов с помощью низкоомного шунта а — эквивалентная схема замещения шунта б — схема подключения осциллографа меньше толщины d0 ленты или диаметра проволочек шунта, те. активное сопротивление становится зависимым от частоты.
Дополнительные проблемы связаны с рассеиваемой шунтом мощностью и механическими эффектами, возникающими при протекании больших импульсных токов. Наконец, не всегда удобно иметь непосредственную электрическую связь измерительных приборов с основной силовой цепью, в которой действует высокое напряжение.
Очевидно, что некоторых из этих трудностей можно избежать или ограничить их влияние на точность измерений. Для правильной записи тока необходимо выполнить условия:
При измерении тока с частотой со условие (3.4) принимает вид
Для выполнения условия (3.3) глубина проникновения переменного электромагнитного поля А должна быть больше толщины
dQ ленты (проволочка) шунта = const,-
(3.3)
(3.4)
где р — удельное сопротивление материал со — круговая частота.
Изменение значения Яш за счет нагрева можно ограничить, правильно выбрав сечение активной части шунта
5>/7^р/су9 где I — измеряемый ток Та — его длительность си у — удельные теплоемкость и плотность материала шунта 0 — допустимое повышение температуры за время импульса. Для выполнения условия (3.4) необходимо уменьшить индуктивность контура Использование бифилярной или коаксиальной конструкции шунта (см. рис. 3.9) с минимальным расстоянием между прямыми обратным проводами в ряде случаев позволяет уменьшить наводки и обеспечить достаточную точность измерений. Ток определяют по формуле (3.3) без учета индуктивной составляющей. Погрешность в определении тока уш = ы Ь ш/Я ш . Отношение
Ьщ/Ящ — характерное время реакции шунта.
Если выполнение условий (3.3) и (3.4) невозможно, например, при измерении импульсных токов с амплитудой более 100 кА и частотой более 104 Гц, а также если контур измеряемого тока не допускает разрыва или нежелательно увеличение сопротивления контура, для измерений можно использовать воздушный трансформатор тока (пояс Роговского).
Пояс представляет собой тороидальную катушку индуктивности, охватывающую токоведущую шину (рис. 3.11). Катушка обычно выполняется однослойной, имеет круглое или прямоугольное сечение. Один из выводов катушки пропускают по ее средней линии в направлении, обратном направлению намотки. Индуцированная эдс
e = - M ( d i/d t) , где М — коэффициент взаимоиндукции между поясом Роговского и первичным контуром тока Предположим, что пояс осесим
метричен (см. рис. 3.11). Магнитное поле в пределах сечения каркаса катушки однородно, число витков на единицу длины постоянно, сечение каркаса пояса постоянно по всей его длине ион замкнут, диаметр витка катушки мал пос равнению с характерным размером контура, намотка витков плотная. При этих условиях Ми индуктивность в катушке ЭДС е =
(3-7)
/ где S — сечение каркаса катушки / — длина средней линии пояса ш — число витков.
Для пояса, имеющего произвольную форму контура катушки и токоведущей шины, из-за неточного соблюдения принятых выше допущений использованная в (3.7) расчетная формула для М может давать погрешность. В этом случае для нахождения точного значения М его лучше измерить опытным путем.
Чтобы с выхода пояса подать на осциллограф напряжение, пропорциональное измеряемому току /, выражение (3.7) для ЭДС необходимо проинтегрировать. Известны два способа интегрирования. Первый заключается в том, что обмотку катушки пояса закорачивают практически накоротко (рис, 3.12), включая только небольшое сопротивление Rm, чтобы с него снять на осциллограф сигнал, пропорциональный току / вцепи пояса. Сопротивление обмотки пояса Rn и шунта Rm много меньше волнового сопротивления кабеля Z. С учетом этого дифференциальное уравнение для измерительной цепи (см. рис. 3.12) имеет вид
Рис. 3.11. Схема пояса
Роговского
Рис. 3.12. Схема включения пояса с использованием шунта тока- М — = Ln — + Ri2 ,
dt n dt где /, — измеряемый ток /2 — ток в обмотке пояса Ln = p0.S ш / — индуктивность катушки пояса Л = Лп + Если вьшолняется условие
^ dt
» \ R l
2 тов результате интегрирования уравнения (3.8) при нулевых начальных условиях получим- Мили г = (M /L n)i] . Здесь и далее знак
” опущен. Падение напряжения на шунте, подаваемое на осциллограф, определим как = Rm{M /L n)il . Для нахождения по осциллограмме напряжения тока /, входящие в формулу (3.11) значения Мили отношение M /L J должны быть измерены с высокой точностью, особенно если они зависят от частоты. Если осесимметричный пояс выполнен в соответствии с указанными выше требованиями, отношение ( М Ь ^ и Г 1 малой, следовательно = m 2\ U = й ш ю .
(3.12)
Таким образом, пояс Роговского, замкнутый на малое сопротивление, при выполнении условия (3.9) является интегрирующими форма напряжения на сопротивление шунта повторяет форму измеряемого тока.
Если условие (3.9) не выполняется, погрешность измерений можно определить при детальном рассмотрении переходного процесса в измерительной цепи. Для часто встречающегося измерения затухающего синусоидального тока = h exp(-5l)sinco? уравнение (3.8) при условии постоянства во времени коэффициентов дает выражение для тока, наведенного в поясе. _ М
_ ( 4 / “ )(®2 + 5 2) - Д 5 ю °
.^o)+(.K + .Ln5)/Znco х [exp (-5 /) sin(col + cp) - sin cp exp {-R t/L где = arc tg
Rm
/^ (со+ 5 2) -Л Сравнивая выражения для /2 и ф видим, что осциллограмма напряжения повторяет форму регистрируемого тока, если ф —> 0 Для импульса тока колебательной формы с небольшим затуханием 5 « сои при выполнении условия (3.9) R « a > L n можно записать = (M /L n ) l 0 [exp (-51) sin (col + cp) - sin cp exp (-R t/L n)'] ;
(3.15)
sin tp « tg cp = cp =
R
= где Yj относительная погрешность в определении первой амплитуды тока. Если значение Yj велико ( Yj > 0,05), осциллограмму напряжения U2 =Rmi2 , снятую с шунта, необходимо откорректировать Рис. 3.13. Переходные процессы вцепи пояса Роговского
Согласно (3.16), i2 имеет две составляющие — вынужденную в и свободную гс рис. Вынужденная составляющая в = М Ь ай exp(-50sin(cof + ср) по форме соответствует измеряемому току /[ (3.13) и сдвинута по фазе на угол ср. Для момента первого максимума тока, когда sin (cotm + р) = 1, можно записать
h т
> где h r n = h ехр(-5 t j . Получим
1\т = {1 п / М ) 1 2т/(1У\) где Г2т/{ 1 — Yi) — амплитуда вынужденной составляющей Свободная составляющая, согласно (3.15),
4 = - ^ mY i= -7 2m Yi/(1-Yi) Таким образом, для расшифровки осциллограммы, полученной с пояса Роговского, необходимо построить зависимость /2 = U7/R m и свободную составляющую o = h m b (Г 1 exp(-R t/J ^ Вынужденная составляющая в = /2 + с строится графически. Смещенная вправо на угол ср = y v она соответствует истинной кривой тока z'j (3.16). Первую амплитуду тока Ы находим по формуле (3.17), где т = U2m/R ш Параметры пояса для измерения тока сам плитудой Хи круговой частотой со можно определить, задаваясь допустимой погрешностью измерения уг Если напряжение на осциллографе, необходимое для отклонения луча в пределах экрана, то = U 0/l2mU0a / I lm. Активное сопротивление пояса без учета поверхностного эффекта где R x — радиус витка d — диаметр сечения провода р — удельное сопротивление материала провода.
Диаметр провода должен быть не больше толщины скин-слоя спр < ^ 2 р/ю р. Провод должен быть не слишком тонким, чтобы иметь достаточную механическую прочность и небольшое сопротивление Дп. Длину пояса выбирают исходя из геометрических размеров шины, в которой измеряется ток. Пояс должен охватывать шину так, чтобы радиус кривизны его контура был существенно больше радиуса витка Дг Для пояса, имеющего вид тороида, это условие выполняется, если диаметр витков меньше
0,1 диаметра тора. При измерении тока в плоской шине шириной
b длина пояса п > 2 b (примерно п 3 Ь Соотношение между длиной пояса и диаметром провода:
/п = ^ пр ю , где К — коэффициент, учитывающий плотность и число слоев намотки.
Используя выражения (3.18)—(3.20), получим соотношение между значениями Д, и dnp:
-HoTO)(Yi/ З Д Ч р + 8P*! = 0 • Практически не всегда удается обеспечить приемлемую погрешность измерения при Z/Д-интегрировании. Поэтому часто применяют второй способ интегрирования — пояс Роговского включают на ДС-цепочку. С учетом необходимости использования Рис. 3.14. Схема замещения пояса Р оговского с
R - C - интегратором кабеля для подключения осциллографа на рис. 3.14 показаны два варианта включения ЛС-цепочки. Здесь Rz - Z — согласующее сопротивление, R » Rz . Ток вцепи пояса на риса ограничен сопротивлением R + Rz, а на рис. 3.14, б только сопротивлением Дифференциальное уравнение переходного процесса для схемы риса имеет вид M —
j - - R i i +Ln — -+СА .
(3.22)
dt п Для получения хорошей точности измерений должны соблюдаться условия R » соД, и со » 1. Учитывая также, что
5 « со, для напряжения на интегрирующей емкости получим = - ( M /R C ) l 0 |exp(-5/)sinco? + (сот) -coxj ехр(-5с)х х cos ш + сот) ехр (с / Tj) - (сох )-1 ехр ( - / / х) J где xt = 2 ^ Л ; х =RC.
Если (сот) 1 - сот или с =1/соС,
Uc = - ( M /R C ) I 0 Для первой амплитуды тока - { M /R C ) llm. Погрешность в определении первой амплитуды тока у со RC. Выражения (3.24) и (3.25) применимы и дая схемы, показанной на рис. 3.14, б Она имеет верхнюю предельную частоту несколько ниже первой схемы в связи стем, что катушка нагружена на сопротивление Л, < Д , Для верхней предельной частоты в данном случае справедливо неравенство соД, « Rz Для нижней предельной частоты, при которой емкость С еще интегрирует, остается прежнее условие:
(1/со C ) « R Максимальное значение ЭДС на зажимах пояса = ^ ( М т лД2/ ^ пр обычно выбирается не больше 2—3 кВ. Максимальное напряжение на осциллографе = I 2J a C = Em/RcoC = Ет Ь . Используя (3.26) и (3.27), получаем связь между R^ и dnp:
Ucmdnp = tiQnR?rnI]m (у2/К ). Диаметр провода здесь может быть меньше, чем при L R - интегрировании, так как ток вцепи пояса ограничен сопротивлениями R и R . При выборе радиуса намотки пояса R { необходимо также учитывать возможность его размещения наш ине, через которую протекает ток. При плоской малоиндуктивной ошиновке для его размещения одну из шин выгибают в виде соленоида. Чтобы индуктивность, вносимая этим соленоидом в основной контур, была небольшой, надо ограничить значения R В рамках выполнения данной лабораторной работы экспериментальная установка представляет собой генератор импульсных токов с параметрами С = 12 мкФ, L = 2-1СГ6 Гн, U0 < 30 кВ.
Осциллограммы тока снимают при помощи шунта и пояса
Роговского. В работе используется коаксиальный токовый шунт, включенный непосредственно в контур ГИТ и рассчитанный на пропускание импульсов тока с амплитудой до 20 кА, длительностью
30—50 мкс. В этот же контур включен пояс Роговского, вторичная обмотка которого замкнута на свой шунт. Этот шунт рассчитан только на ток обмотки пояса. Если сопротивление шунта увеличить до нескольких Ом, то пояс будет иметь плохое интегрирование у = 0 ,2 - 0 ,3 ). При этом увеличивается напряжение, снимаемое с шунта. Чтобы луч осциллографа не отклонялся за экран, сигнал с шунта можно ослабить с помощью делителя, установленного на выходе осциллографа.
Д ля увеличения затухания контура в цепь разряда вводят дополнительное сопротивление Дд = 1 ,5 -4 Ом. Апериодическая форма разрядного тока может быть также получена при включении в цепь нелинейного сопротивления.
И ндуктивность и эквивалентное сопротивление разрядного контура определяют из осциллограмм по выражениям где Д = / т / т — декремент колебаний б = 571 = 1пД — логарифмический декремент колебаний Т — период колебаний.
П о грешность измерения тока с помощью каждой из рассмотренных схем складывается из погрешности метода у (для шунта у
, для пояса
Yj
и
у2), погрешности измерения напряжения с помощью осциллографа, а также из погрешностей определения параметров элементов соответствующих измерительных схем. Так,
^
кв
= 2 Д
г
/
с
0 [(2
тг
)2 + Э 2] ,
для шунта необходимо учесть погрешность определения сопротивления шунта ш, для пояса Роговского с интегрированием на индуктивности (см. рис. 3.12) — погрешность определения Rm пояса, со, М, Ьп и для пояса с интегрирующей /?С-цепочкой (см. рис. 3.14) — погрешность определения Ми С Эти параметры входят в соответствующие формулы (3.11), (3.12), (3.17), (3.24), используемые для расшифровки осциллограмм тока. Для каждой измерительной схемы необходимо оценить все погрешности и сложить их, как указано в разд. Погрешность в измерении тока может также возникать за счет электромагнитных наводок на измерительные цепи. Чтобы ослабить нежелательные емкостные связи, катушку пояса помещают в экран. Экран должен иметь разрез, чтобы он не представлял собой короткозамкнутый виток. Для соединения катушки пояса с осциллографом желательно использовать коаксиальный кабель с двойной оплеткой, внешняя оплетка должна быть припаяна к экрану катушки. Экран и внешняя оболочка по всей длине кабеля должны быть изолированы от остальных элементов измерительной цепи, чтобы не создались токи в оболочке кабеля ив заземленных петлях, связанных с оболочкой. Заземлять измерительную схему следует только водной точке у осциллографа.
Существенные трудности возникают при использовании пояса на высоких частотах / > 0 , 5 МГц и при измерении токов с большой скоростью нарастания фронта импульса di/dt > 1011 Ас. На высоких частотах начинают сказываться конструктивные емкости обмотки пояса. Поясом можно пользоваться, если собственная резонансная частота обмотки пояса сорез существенно выше частоты соизмеряемого тока. При большой скорости нарастания тока, когда длительность фронта импульса тока соизмерима с временем пробега волны тока по обмотке пояса, возникает ударное возбуждение. Для компенсации этого явления необходимы специальные меры. Задание на предварительную подготовку. Рассчитайте индуктивность, сопротивление и характерное время реакции плоского бифилярного шунта из нихромовой ленты с р = б Ом'М толщиной d0 = 0,1 мм, шириной Ъ = 100 мм и с расстоянием между прямыми обратным ходом d = 0,3 мм. Оцените влияние скин-эф ф екта на сопротивление шунта. Выберите параметры пояса Роговского с ДС-интегратором для измерения тока амплитудой т = 40 кА и частотой / = 40 кГц, если длина пояса определяется технологическими размерами и равна п = 1 м , диаметр пояса см , ан а пряже ни е , подаваемое на вход осциллографа, не должно превышать 60 В.
Для отдельных бригад численные данные для расчетов могут заменяться по усмотрению преподавателя. Требования к отчету
Отчет должен содержать:
а) схему экспериментальной установки с указанием параметров ее основных элементов;
б) схемы шунта и пояса Роговского с указанием их параметров и цепей подсоединения к осциллографу;
в) осциллограммы токов, снятые в п. г) результаты расшифровки осциллограмм с указанием для каждой осциллограммы амплитуды импульса тока и длительности осциллограммы, полученные при плохом интегрировании, необходимо откорректировать для колебательного разряда по осциллограмме тока необходимо определить период колебаний, затухание, индуктивность и сопротивление контура ГИТ;
д) расчет погрешности измерений для разных способов регистрации тока и разной формы токае) анализ соответствия использованного пояса Роговского изложенным в работе рекомендациям, выводы. Получение импульсных магнитных полей и их измерение магнитным зондом .7.1. Программа работы. Ознакомиться с экспериментальной установкой, инструкцией по технике безопасности и эксплуатации, записать паспортные данные оборудования
2. Рассчитать по геометрическим размерам индуктивности всех элементов контура ГИТ. Для заданного преподавателем зарядного напряжения ГИТ рассчитать максимальную индукцию магнитного поля в соленоиде при прямом разряде ГИТ на соленоид. Проверить правильность включениям агнитного зонда и интегрирующей ЛС-цепочки. Записать данные зонда (диаметр провода, диаметр и длину намотки, количество витков) и данные
ЛС-цепочки. Определить значение у. Произвести проверку измерительного тракта используемого в работе пояса Роговского. Записать его данные. В соответствии си н стр у кц и ей включить и настроить установку. Зарядное напряжение ГИТ указывает преподаватель. Настроить осциллограф , записать чувствительность его электронной трубки. Сняв несколько пробных осциллограмм индукции поля, произвести калибровку усилителя осциллографа. Снять осциллограммы тока и индукции магнитного поля в соленоиде. В подписях к ним указать зарядное напряжение ГИТ, скорость развертки и чувствительность осциллографа, если использовался делитель напряжения, записать его коэффициент деления. Пояснения к работе
Использование сильных и сверхсильных импульсных магнитных полей в технике, технологии и физическом эксперименте обусловливает интерес к способу их генерации, достижимым значениям амплитуды индукции и методам измерения.
Сильные магнитные поля можно получить при протекании больших импульсных токов через специальные магнитные системы, используя в качестве источника тока конденсаторную батарею — генератор импульсных токов (ГИТ. Рис. 3.15. Схема разряда ГИТ Нагрузкой ГИТ является индуктор- на индуктивную нагрузку соленоид (рис. 3.15). Без учета активного сопротивления контура связь между запасаемой энергией, максимальным током и скоростью его нарастания в таком ГИТ определяется через известные соотношения:
где С — емкость конденсаторов L — полная индуктивность контура U0 —- зарядное напряжение энергия, запасаемая в конденсаторной батарее.
М агнитное поле в соленоиде где Z — коэффициент, зависящий от геометрических размеров соленоида.
Если геометрия соленоида не изменяется в процессе протекания тока, коэффициент. При получении полей с индукцией В >60 Тл давлением агн и тн ого поляна стенки соленоида превышает предел прочности материала и индуктор деформируется. Это приводит к изменению коэффициента и уменьшению амплитуды индукции. В разрушающей катушке не всегда удается увеличить амплитуду индукции магнитного поля за счет увеличения тока. Она определяется не только током I, геометрическим фактором Z, но и скоростью нарастания тока. В разрушающемся соленоиде справедливо выражение для максимальной индукции поля [Тл, А/с]
Получение высокой скорости нарастания тока при прямом разряде конденсаторной батареи на соленоид возможно при использовании ГИТ с минимальной собственной индуктивностью. Уменьшение паразитной индуктивности достигается за счет использования параллельного включениям алоиндуктивны х элементов разрядного контура.
Для измерения импульсного магнитного поля используются волны, представляющие собой небольшую катушку, в обмотке = ]i0Z I ,
B = 2-\0A^ d i / d t .
которой индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости изменения индукции:
(3.29)
где w — число витков S — площадь сечения витка В — индукция магнитного поля S0 и В — единичные радиусы-векторы.
Если затухание невелико, то приближенно можно считать
£0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
3.6. Измерение импульсных токов шунтом и поясом Роговского
3.6.1. Программа работы. Ознакомиться с экспериментальной установкой и инструкцией по технике безопасности. Оценить параметры разрядного контура и рассчитать амплитудное значение тока и его частоту. Ознакомься с конструкцией пояса Роговского и шунта. Рассчитать значение напряжения, ожидаемое на входе осциллографа, при регистрации разрядного тока шунтом и поясом
Роговского с заданной погрешностью у = 0,03.
5. Снять осциллограммы разрядного тока:
а) при хорошем интегрировании (у = 0,03 - б) при плохом интегрировании (у = 0 ,2 -в) тоже, но при увеличении затухания контура;
г) одновременно провести регистрацию тока с помощью активного шунта. Пояснения к работе
Наиболее простой метод измерения электрического тока связан с определением падения напряжения при протекании тока через низкоомный резистор (шунт, сопротивление которого измерено с высокой точностью Рис. 3.9. Пример конструкции плоского шунта Пример конструкции плоского шунта представлен на риса Шунт представляет собой бифилярно сложенную ленту из металла с высоким удельным сопротивлением . Иногда вместо ленты используют параллельно включенные проволочки. Кроме этой наиболее простой конструкции часто применяют коаксиальный шунт (рис. 3.9, б Это цилиндр, изготовленный из материала или проволоки с высоким удельным сопротивлением, расположенный внутри другого цилиндра, выполняющего функции обратного провода.
Сопротивление шунта должно быть много меньше сопротивления контура. Шунт включается в цепь так, что один его вывод находится вместе заземления контура.
На рис. 3.10 представлены эквивалентная схема шунта тока аи схема подсоединения к нему осциллографа (б).
Основная проблема использования шунтового метода возникает при измерении высокочастотных сигналов. В этом случае падение напряжения на шунте = Rliii + Lul{di/dt), где Ящ — сопротивление шунта Ьш — индуктивность шунта.
Появление индуктивной составляющей напряжения приводит к возникновению зависящей от частоты ошибки. Аналогичный эффект возникает ив случае, если толщина скин-слоя становится б ) о
-о
Рис. 3.10. Измерение импульсных токов с помощью низкоомного шунта а — эквивалентная схема замещения шунта б — схема подключения осциллографа меньше толщины d0 ленты или диаметра проволочек шунта, те. активное сопротивление становится зависимым от частоты.
Дополнительные проблемы связаны с рассеиваемой шунтом мощностью и механическими эффектами, возникающими при протекании больших импульсных токов. Наконец, не всегда удобно иметь непосредственную электрическую связь измерительных приборов с основной силовой цепью, в которой действует высокое напряжение.
Очевидно, что некоторых из этих трудностей можно избежать или ограничить их влияние на точность измерений. Для правильной записи тока необходимо выполнить условия:
При измерении тока с частотой со условие (3.4) принимает вид
Для выполнения условия (3.3) глубина проникновения переменного электромагнитного поля А должна быть больше толщины
dQ ленты (проволочка) шунта = const,-
(3.3)
(3.4)
где р — удельное сопротивление материал со — круговая частота.
Изменение значения Яш за счет нагрева можно ограничить, правильно выбрав сечение активной части шунта
5>/7^р/су9 где I — измеряемый ток Та — его длительность си у — удельные теплоемкость и плотность материала шунта 0 — допустимое повышение температуры за время импульса. Для выполнения условия (3.4) необходимо уменьшить индуктивность контура Использование бифилярной или коаксиальной конструкции шунта (см. рис. 3.9) с минимальным расстоянием между прямыми обратным проводами в ряде случаев позволяет уменьшить наводки и обеспечить достаточную точность измерений. Ток определяют по формуле (3.3) без учета индуктивной составляющей. Погрешность в определении тока уш = ы Ь ш/Я ш . Отношение
Ьщ/Ящ — характерное время реакции шунта.
Если выполнение условий (3.3) и (3.4) невозможно, например, при измерении импульсных токов с амплитудой более 100 кА и частотой более 104 Гц, а также если контур измеряемого тока не допускает разрыва или нежелательно увеличение сопротивления контура, для измерений можно использовать воздушный трансформатор тока (пояс Роговского).
Пояс представляет собой тороидальную катушку индуктивности, охватывающую токоведущую шину (рис. 3.11). Катушка обычно выполняется однослойной, имеет круглое или прямоугольное сечение. Один из выводов катушки пропускают по ее средней линии в направлении, обратном направлению намотки. Индуцированная эдс
e = - M ( d i/d t) , где М — коэффициент взаимоиндукции между поясом Роговского и первичным контуром тока Предположим, что пояс осесим
метричен (см. рис. 3.11). Магнитное поле в пределах сечения каркаса катушки однородно, число витков на единицу длины постоянно, сечение каркаса пояса постоянно по всей его длине ион замкнут, диаметр витка катушки мал пос равнению с характерным размером контура, намотка витков плотная. При этих условиях Ми индуктивность в катушке ЭДС е =
(3-7)
/ где S — сечение каркаса катушки / — длина средней линии пояса ш — число витков.
Для пояса, имеющего произвольную форму контура катушки и токоведущей шины, из-за неточного соблюдения принятых выше допущений использованная в (3.7) расчетная формула для М может давать погрешность. В этом случае для нахождения точного значения М его лучше измерить опытным путем.
Чтобы с выхода пояса подать на осциллограф напряжение, пропорциональное измеряемому току /, выражение (3.7) для ЭДС необходимо проинтегрировать. Известны два способа интегрирования. Первый заключается в том, что обмотку катушки пояса закорачивают практически накоротко (рис, 3.12), включая только небольшое сопротивление Rm, чтобы с него снять на осциллограф сигнал, пропорциональный току / вцепи пояса. Сопротивление обмотки пояса Rn и шунта Rm много меньше волнового сопротивления кабеля Z. С учетом этого дифференциальное уравнение для измерительной цепи (см. рис. 3.12) имеет вид
Рис. 3.11. Схема пояса
Роговского
Рис. 3.12. Схема включения пояса с использованием шунта тока- М — = Ln — + Ri2 ,
dt n dt где /, — измеряемый ток /2 — ток в обмотке пояса Ln = p0.S ш / — индуктивность катушки пояса Л = Лп + Если вьшолняется условие
^ dt
» \ R l
2 тов результате интегрирования уравнения (3.8) при нулевых начальных условиях получим- Мили г = (M /L n)i] . Здесь и далее знак
” опущен. Падение напряжения на шунте, подаваемое на осциллограф, определим как = Rm{M /L n)il . Для нахождения по осциллограмме напряжения тока /, входящие в формулу (3.11) значения Мили отношение M /L J должны быть измерены с высокой точностью, особенно если они зависят от частоты. Если осесимметричный пояс выполнен в соответствии с указанными выше требованиями, отношение ( М Ь ^ и Г 1 малой, следовательно = m 2\ U = й ш ю .
(3.12)
Таким образом, пояс Роговского, замкнутый на малое сопротивление, при выполнении условия (3.9) является интегрирующими форма напряжения на сопротивление шунта повторяет форму измеряемого тока.
Если условие (3.9) не выполняется, погрешность измерений можно определить при детальном рассмотрении переходного процесса в измерительной цепи. Для часто встречающегося измерения затухающего синусоидального тока = h exp(-5l)sinco? уравнение (3.8) при условии постоянства во времени коэффициентов дает выражение для тока, наведенного в поясе. _ М
_ ( 4 / “ )(®2 + 5 2) - Д 5 ю °
.^o)+(.K + .Ln5)/Znco х [exp (-5 /) sin(col + cp) - sin cp exp {-R t/L где = arc tg
Rm
/^ (со+ 5 2) -Л Сравнивая выражения для /2 и ф видим, что осциллограмма напряжения повторяет форму регистрируемого тока, если ф —> 0 Для импульса тока колебательной формы с небольшим затуханием 5 « сои при выполнении условия (3.9) R « a > L n можно записать = (M /L n ) l 0 [exp (-51) sin (col + cp) - sin cp exp (-R t/L n)'] ;
(3.15)
sin tp « tg cp = cp =
R
= где Yj относительная погрешность в определении первой амплитуды тока. Если значение Yj велико ( Yj > 0,05), осциллограмму напряжения U2 =Rmi2 , снятую с шунта, необходимо откорректировать Рис. 3.13. Переходные процессы вцепи пояса Роговского
Согласно (3.16), i2 имеет две составляющие — вынужденную в и свободную гс рис. Вынужденная составляющая в = М Ь ай exp(-50sin(cof + ср) по форме соответствует измеряемому току /[ (3.13) и сдвинута по фазе на угол ср. Для момента первого максимума тока, когда sin (cotm + р) = 1, можно записать
h т
> где h r n = h ехр(-5 t j . Получим
1\т = {1 п / М ) 1 2т/(1У\) где Г2т/{ 1 — Yi) — амплитуда вынужденной составляющей Свободная составляющая, согласно (3.15),
4 = - ^ mY i= -7 2m Yi/(1-Yi) Таким образом, для расшифровки осциллограммы, полученной с пояса Роговского, необходимо построить зависимость /2 = U7/R m и свободную составляющую o = h m b (Г 1 exp(-R t/J ^ Вынужденная составляющая в = /2 + с строится графически. Смещенная вправо на угол ср = y v она соответствует истинной кривой тока z'j (3.16). Первую амплитуду тока Ы находим по формуле (3.17), где т = U2m/R ш Параметры пояса для измерения тока сам плитудой Хи круговой частотой со можно определить, задаваясь допустимой погрешностью измерения уг Если напряжение на осциллографе, необходимое для отклонения луча в пределах экрана, то = U 0/l2mU0a / I lm. Активное сопротивление пояса без учета поверхностного эффекта где R x — радиус витка d — диаметр сечения провода р — удельное сопротивление материала провода.
Диаметр провода должен быть не больше толщины скин-слоя спр < ^ 2 р/ю р. Провод должен быть не слишком тонким, чтобы иметь достаточную механическую прочность и небольшое сопротивление Дп. Длину пояса выбирают исходя из геометрических размеров шины, в которой измеряется ток. Пояс должен охватывать шину так, чтобы радиус кривизны его контура был существенно больше радиуса витка Дг Для пояса, имеющего вид тороида, это условие выполняется, если диаметр витков меньше
0,1 диаметра тора. При измерении тока в плоской шине шириной
b длина пояса п > 2 b (примерно п 3 Ь Соотношение между длиной пояса и диаметром провода:
/п = ^ пр ю , где К — коэффициент, учитывающий плотность и число слоев намотки.
Используя выражения (3.18)—(3.20), получим соотношение между значениями Д, и dnp:
-HoTO)(Yi/ З Д Ч р + 8P*! = 0 • Практически не всегда удается обеспечить приемлемую погрешность измерения при Z/Д-интегрировании. Поэтому часто применяют второй способ интегрирования — пояс Роговского включают на ДС-цепочку. С учетом необходимости использования Рис. 3.14. Схема замещения пояса Р оговского с
R - C - интегратором кабеля для подключения осциллографа на рис. 3.14 показаны два варианта включения ЛС-цепочки. Здесь Rz - Z — согласующее сопротивление, R » Rz . Ток вцепи пояса на риса ограничен сопротивлением R + Rz, а на рис. 3.14, б только сопротивлением Дифференциальное уравнение переходного процесса для схемы риса имеет вид M —
j - - R i i +Ln — -+СА .
(3.22)
dt п Для получения хорошей точности измерений должны соблюдаться условия R » соД, и со » 1. Учитывая также, что
5 « со, для напряжения на интегрирующей емкости получим = - ( M /R C ) l 0 |exp(-5/)sinco? + (сот) -coxj ехр(-5с)х х cos ш + сот) ехр (с / Tj) - (сох )-1 ехр ( - / / х) J где xt = 2 ^ Л ; х =RC.
Если (сот) 1 - сот или с =1/соС,
Uc = - ( M /R C ) I 0 Для первой амплитуды тока - { M /R C ) llm. Погрешность в определении первой амплитуды тока у со RC. Выражения (3.24) и (3.25) применимы и дая схемы, показанной на рис. 3.14, б Она имеет верхнюю предельную частоту несколько ниже первой схемы в связи стем, что катушка нагружена на сопротивление Л, < Д , Для верхней предельной частоты в данном случае справедливо неравенство соД, « Rz Для нижней предельной частоты, при которой емкость С еще интегрирует, остается прежнее условие:
(1/со C ) « R Максимальное значение ЭДС на зажимах пояса = ^ ( М т лД2/ ^ пр обычно выбирается не больше 2—3 кВ. Максимальное напряжение на осциллографе = I 2J a C = Em/RcoC = Ет Ь . Используя (3.26) и (3.27), получаем связь между R^ и dnp:
Ucmdnp = tiQnR?rnI]m (у2/К ). Диаметр провода здесь может быть меньше, чем при L R - интегрировании, так как ток вцепи пояса ограничен сопротивлениями R и R . При выборе радиуса намотки пояса R { необходимо также учитывать возможность его размещения наш ине, через которую протекает ток. При плоской малоиндуктивной ошиновке для его размещения одну из шин выгибают в виде соленоида. Чтобы индуктивность, вносимая этим соленоидом в основной контур, была небольшой, надо ограничить значения R В рамках выполнения данной лабораторной работы экспериментальная установка представляет собой генератор импульсных токов с параметрами С = 12 мкФ, L = 2-1СГ6 Гн, U0 < 30 кВ.
Осциллограммы тока снимают при помощи шунта и пояса
Роговского. В работе используется коаксиальный токовый шунт, включенный непосредственно в контур ГИТ и рассчитанный на пропускание импульсов тока с амплитудой до 20 кА, длительностью
30—50 мкс. В этот же контур включен пояс Роговского, вторичная обмотка которого замкнута на свой шунт. Этот шунт рассчитан только на ток обмотки пояса. Если сопротивление шунта увеличить до нескольких Ом, то пояс будет иметь плохое интегрирование у = 0 ,2 - 0 ,3 ). При этом увеличивается напряжение, снимаемое с шунта. Чтобы луч осциллографа не отклонялся за экран, сигнал с шунта можно ослабить с помощью делителя, установленного на выходе осциллографа.
Д ля увеличения затухания контура в цепь разряда вводят дополнительное сопротивление Дд = 1 ,5 -4 Ом. Апериодическая форма разрядного тока может быть также получена при включении в цепь нелинейного сопротивления.
И ндуктивность и эквивалентное сопротивление разрядного контура определяют из осциллограмм по выражениям где Д = / т / т — декремент колебаний б = 571 = 1пД — логарифмический декремент колебаний Т — период колебаний.
П о грешность измерения тока с помощью каждой из рассмотренных схем складывается из погрешности метода у (для шунта у
, для пояса
Yj
и
у2), погрешности измерения напряжения с помощью осциллографа, а также из погрешностей определения параметров элементов соответствующих измерительных схем. Так,
^
кв
= 2 Д
г
/
с
0 [(2
тг
)2 + Э 2] ,
для шунта необходимо учесть погрешность определения сопротивления шунта ш, для пояса Роговского с интегрированием на индуктивности (см. рис. 3.12) — погрешность определения Rm пояса, со, М, Ьп и для пояса с интегрирующей /?С-цепочкой (см. рис. 3.14) — погрешность определения Ми С Эти параметры входят в соответствующие формулы (3.11), (3.12), (3.17), (3.24), используемые для расшифровки осциллограмм тока. Для каждой измерительной схемы необходимо оценить все погрешности и сложить их, как указано в разд. Погрешность в измерении тока может также возникать за счет электромагнитных наводок на измерительные цепи. Чтобы ослабить нежелательные емкостные связи, катушку пояса помещают в экран. Экран должен иметь разрез, чтобы он не представлял собой короткозамкнутый виток. Для соединения катушки пояса с осциллографом желательно использовать коаксиальный кабель с двойной оплеткой, внешняя оплетка должна быть припаяна к экрану катушки. Экран и внешняя оболочка по всей длине кабеля должны быть изолированы от остальных элементов измерительной цепи, чтобы не создались токи в оболочке кабеля ив заземленных петлях, связанных с оболочкой. Заземлять измерительную схему следует только водной точке у осциллографа.
Существенные трудности возникают при использовании пояса на высоких частотах / > 0 , 5 МГц и при измерении токов с большой скоростью нарастания фронта импульса di/dt > 1011 Ас. На высоких частотах начинают сказываться конструктивные емкости обмотки пояса. Поясом можно пользоваться, если собственная резонансная частота обмотки пояса сорез существенно выше частоты соизмеряемого тока. При большой скорости нарастания тока, когда длительность фронта импульса тока соизмерима с временем пробега волны тока по обмотке пояса, возникает ударное возбуждение. Для компенсации этого явления необходимы специальные меры. Задание на предварительную подготовку. Рассчитайте индуктивность, сопротивление и характерное время реакции плоского бифилярного шунта из нихромовой ленты с р = б Ом'М толщиной d0 = 0,1 мм, шириной Ъ = 100 мм и с расстоянием между прямыми обратным ходом d = 0,3 мм. Оцените влияние скин-эф ф екта на сопротивление шунта. Выберите параметры пояса Роговского с ДС-интегратором для измерения тока амплитудой т = 40 кА и частотой / = 40 кГц, если длина пояса определяется технологическими размерами и равна п = 1 м , диаметр пояса см , ан а пряже ни е , подаваемое на вход осциллографа, не должно превышать 60 В.
Для отдельных бригад численные данные для расчетов могут заменяться по усмотрению преподавателя. Требования к отчету
Отчет должен содержать:
а) схему экспериментальной установки с указанием параметров ее основных элементов;
б) схемы шунта и пояса Роговского с указанием их параметров и цепей подсоединения к осциллографу;
в) осциллограммы токов, снятые в п. г) результаты расшифровки осциллограмм с указанием для каждой осциллограммы амплитуды импульса тока и длительности осциллограммы, полученные при плохом интегрировании, необходимо откорректировать для колебательного разряда по осциллограмме тока необходимо определить период колебаний, затухание, индуктивность и сопротивление контура ГИТ;
д) расчет погрешности измерений для разных способов регистрации тока и разной формы токае) анализ соответствия использованного пояса Роговского изложенным в работе рекомендациям, выводы. Получение импульсных магнитных полей и их измерение магнитным зондом .7.1. Программа работы. Ознакомиться с экспериментальной установкой, инструкцией по технике безопасности и эксплуатации, записать паспортные данные оборудования
2. Рассчитать по геометрическим размерам индуктивности всех элементов контура ГИТ. Для заданного преподавателем зарядного напряжения ГИТ рассчитать максимальную индукцию магнитного поля в соленоиде при прямом разряде ГИТ на соленоид. Проверить правильность включениям агнитного зонда и интегрирующей ЛС-цепочки. Записать данные зонда (диаметр провода, диаметр и длину намотки, количество витков) и данные
ЛС-цепочки. Определить значение у. Произвести проверку измерительного тракта используемого в работе пояса Роговского. Записать его данные. В соответствии си н стр у кц и ей включить и настроить установку. Зарядное напряжение ГИТ указывает преподаватель. Настроить осциллограф , записать чувствительность его электронной трубки. Сняв несколько пробных осциллограмм индукции поля, произвести калибровку усилителя осциллографа. Снять осциллограммы тока и индукции магнитного поля в соленоиде. В подписях к ним указать зарядное напряжение ГИТ, скорость развертки и чувствительность осциллографа, если использовался делитель напряжения, записать его коэффициент деления. Пояснения к работе
Использование сильных и сверхсильных импульсных магнитных полей в технике, технологии и физическом эксперименте обусловливает интерес к способу их генерации, достижимым значениям амплитуды индукции и методам измерения.
Сильные магнитные поля можно получить при протекании больших импульсных токов через специальные магнитные системы, используя в качестве источника тока конденсаторную батарею — генератор импульсных токов (ГИТ. Рис. 3.15. Схема разряда ГИТ Нагрузкой ГИТ является индуктор- на индуктивную нагрузку соленоид (рис. 3.15). Без учета активного сопротивления контура связь между запасаемой энергией, максимальным током и скоростью его нарастания в таком ГИТ определяется через известные соотношения:
где С — емкость конденсаторов L — полная индуктивность контура U0 —- зарядное напряжение энергия, запасаемая в конденсаторной батарее.
М агнитное поле в соленоиде где Z — коэффициент, зависящий от геометрических размеров соленоида.
Если геометрия соленоида не изменяется в процессе протекания тока, коэффициент. При получении полей с индукцией В >60 Тл давлением агн и тн ого поляна стенки соленоида превышает предел прочности материала и индуктор деформируется. Это приводит к изменению коэффициента и уменьшению амплитуды индукции. В разрушающей катушке не всегда удается увеличить амплитуду индукции магнитного поля за счет увеличения тока. Она определяется не только током I, геометрическим фактором Z, но и скоростью нарастания тока. В разрушающемся соленоиде справедливо выражение для максимальной индукции поля [Тл, А/с]
Получение высокой скорости нарастания тока при прямом разряде конденсаторной батареи на соленоид возможно при использовании ГИТ с минимальной собственной индуктивностью. Уменьшение паразитной индуктивности достигается за счет использования параллельного включениям алоиндуктивны х элементов разрядного контура.
Для измерения импульсного магнитного поля используются волны, представляющие собой небольшую катушку, в обмотке = ]i0Z I ,
B = 2-\0A^ d i / d t .
которой индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости изменения индукции:
(3.29)
где w — число витков S — площадь сечения витка В — индукция магнитного поля S0 и В — единичные радиусы-векторы.
Если затухание невелико, то приближенно можно считать
£0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
3.6. Измерение импульсных токов шунтом и поясом Роговского
3.6.1. Программа работы. Ознакомиться с экспериментальной установкой и инструкцией по технике безопасности. Оценить параметры разрядного контура и рассчитать амплитудное значение тока и его частоту. Ознакомься с конструкцией пояса Роговского и шунта. Рассчитать значение напряжения, ожидаемое на входе осциллографа, при регистрации разрядного тока шунтом и поясом
Роговского с заданной погрешностью у = 0,03.
5. Снять осциллограммы разрядного тока:
а) при хорошем интегрировании (у = 0,03 - б) при плохом интегрировании (у = 0 ,2 -в) тоже, но при увеличении затухания контура;
г) одновременно провести регистрацию тока с помощью активного шунта. Пояснения к работе
Наиболее простой метод измерения электрического тока связан с определением падения напряжения при протекании тока через низкоомный резистор (шунт, сопротивление которого измерено с высокой точностью Рис. 3.9. Пример конструкции плоского шунта Пример конструкции плоского шунта представлен на риса Шунт представляет собой бифилярно сложенную ленту из металла с высоким удельным сопротивлением . Иногда вместо ленты используют параллельно включенные проволочки. Кроме этой наиболее простой конструкции часто применяют коаксиальный шунт (рис. 3.9, б Это цилиндр, изготовленный из материала или проволоки с высоким удельным сопротивлением, расположенный внутри другого цилиндра, выполняющего функции обратного провода.
Сопротивление шунта должно быть много меньше сопротивления контура. Шунт включается в цепь так, что один его вывод находится вместе заземления контура.
На рис. 3.10 представлены эквивалентная схема шунта тока аи схема подсоединения к нему осциллографа (б).
Основная проблема использования шунтового метода возникает при измерении высокочастотных сигналов. В этом случае падение напряжения на шунте = Rliii + Lul{di/dt), где Ящ — сопротивление шунта Ьш — индуктивность шунта.
Появление индуктивной составляющей напряжения приводит к возникновению зависящей от частоты ошибки. Аналогичный эффект возникает ив случае, если толщина скин-слоя становится б ) о
-о
Рис. 3.10. Измерение импульсных токов с помощью низкоомного шунта а — эквивалентная схема замещения шунта б — схема подключения осциллографа меньше толщины d0 ленты или диаметра проволочек шунта, те. активное сопротивление становится зависимым от частоты.
Дополнительные проблемы связаны с рассеиваемой шунтом мощностью и механическими эффектами, возникающими при протекании больших импульсных токов. Наконец, не всегда удобно иметь непосредственную электрическую связь измерительных приборов с основной силовой цепью, в которой действует высокое напряжение.
Очевидно, что некоторых из этих трудностей можно избежать или ограничить их влияние на точность измерений. Для правильной записи тока необходимо выполнить условия:
При измерении тока с частотой со условие (3.4) принимает вид
Для выполнения условия (3.3) глубина проникновения переменного электромагнитного поля А должна быть больше толщины
dQ ленты (проволочка) шунта = const,-
(3.3)
(3.4)
где р — удельное сопротивление материал со — круговая частота.
Изменение значения Яш за счет нагрева можно ограничить, правильно выбрав сечение активной части шунта
5>/7^р/су9 где I — измеряемый ток Та — его длительность си у — удельные теплоемкость и плотность материала шунта 0 — допустимое повышение температуры за время импульса. Для выполнения условия (3.4) необходимо уменьшить индуктивность контура Использование бифилярной или коаксиальной конструкции шунта (см. рис. 3.9) с минимальным расстоянием между прямыми обратным проводами в ряде случаев позволяет уменьшить наводки и обеспечить достаточную точность измерений. Ток определяют по формуле (3.3) без учета индуктивной составляющей. Погрешность в определении тока уш = ы Ь ш/Я ш . Отношение
Ьщ/Ящ — характерное время реакции шунта.
Если выполнение условий (3.3) и (3.4) невозможно, например, при измерении импульсных токов с амплитудой более 100 кА и частотой более 104 Гц, а также если контур измеряемого тока не допускает разрыва или нежелательно увеличение сопротивления контура, для измерений можно использовать воздушный трансформатор тока (пояс Роговского).
Пояс представляет собой тороидальную катушку индуктивности, охватывающую токоведущую шину (рис. 3.11). Катушка обычно выполняется однослойной, имеет круглое или прямоугольное сечение. Один из выводов катушки пропускают по ее средней линии в направлении, обратном направлению намотки. Индуцированная эдс
e = - M ( d i/d t) , где М — коэффициент взаимоиндукции между поясом Роговского и первичным контуром тока Предположим, что пояс осесим
метричен (см. рис. 3.11). Магнитное поле в пределах сечения каркаса катушки однородно, число витков на единицу длины постоянно, сечение каркаса пояса постоянно по всей его длине ион замкнут, диаметр витка катушки мал пос равнению с характерным размером контура, намотка витков плотная. При этих условиях Ми индуктивность в катушке ЭДС е =
(3-7)
/ где S — сечение каркаса катушки / — длина средней линии пояса ш — число витков.
Для пояса, имеющего произвольную форму контура катушки и токоведущей шины, из-за неточного соблюдения принятых выше допущений использованная в (3.7) расчетная формула для М может давать погрешность. В этом случае для нахождения точного значения М его лучше измерить опытным путем.
Чтобы с выхода пояса подать на осциллограф напряжение, пропорциональное измеряемому току /, выражение (3.7) для ЭДС необходимо проинтегрировать. Известны два способа интегрирования. Первый заключается в том, что обмотку катушки пояса закорачивают практически накоротко (рис, 3.12), включая только небольшое сопротивление Rm, чтобы с него снять на осциллограф сигнал, пропорциональный току / вцепи пояса. Сопротивление обмотки пояса Rn и шунта Rm много меньше волнового сопротивления кабеля Z. С учетом этого дифференциальное уравнение для измерительной цепи (см. рис. 3.12) имеет вид
Рис. 3.11. Схема пояса
Роговского
Рис. 3.12. Схема включения пояса с использованием шунта тока- М — = Ln — + Ri2 ,
dt n dt где /, — измеряемый ток /2 — ток в обмотке пояса Ln = p0.S ш / — индуктивность катушки пояса Л = Лп + Если вьшолняется условие
^ dt
» \ R l
2 тов результате интегрирования уравнения (3.8) при нулевых начальных условиях получим- Мили г = (M /L n)i] . Здесь и далее знак
” опущен. Падение напряжения на шунте, подаваемое на осциллограф, определим как = Rm{M /L n)il . Для нахождения по осциллограмме напряжения тока /, входящие в формулу (3.11) значения Мили отношение M /L J должны быть измерены с высокой точностью, особенно если они зависят от частоты. Если осесимметричный пояс выполнен в соответствии с указанными выше требованиями, отношение ( М Ь ^ и Г 1 малой, следовательно = m 2\ U = й ш ю .
(3.12)
Таким образом, пояс Роговского, замкнутый на малое сопротивление, при выполнении условия (3.9) является интегрирующими форма напряжения на сопротивление шунта повторяет форму измеряемого тока.
Если условие (3.9) не выполняется, погрешность измерений можно определить при детальном рассмотрении переходного процесса в измерительной цепи. Для часто встречающегося измерения затухающего синусоидального тока = h exp(-5l)sinco? уравнение (3.8) при условии постоянства во времени коэффициентов дает выражение для тока, наведенного в поясе. _ М
_ ( 4 / “ )(®2 + 5 2) - Д 5 ю °
.^o)+(.K + .Ln5)/Znco х [exp (-5 /) sin(col + cp) - sin cp exp {-R t/L где = arc tg
Rm
/^ (со+ 5 2) -Л Сравнивая выражения для /2 и ф видим, что осциллограмма напряжения повторяет форму регистрируемого тока, если ф —> 0 Для импульса тока колебательной формы с небольшим затуханием 5 « сои при выполнении условия (3.9) R « a > L n можно записать = (M /L n ) l 0 [exp (-51) sin (col + cp) - sin cp exp (-R t/L n)'] ;
(3.15)
sin tp « tg cp = cp =
R
= где Yj относительная погрешность в определении первой амплитуды тока. Если значение Yj велико ( Yj > 0,05), осциллограмму напряжения U2 =Rmi2 , снятую с шунта, необходимо откорректировать Рис. 3.13. Переходные процессы вцепи пояса Роговского
Согласно (3.16), i2 имеет две составляющие — вынужденную в и свободную гс рис. Вынужденная составляющая в = М Ь ай exp(-50sin(cof + ср) по форме соответствует измеряемому току /[ (3.13) и сдвинута по фазе на угол ср. Для момента первого максимума тока, когда sin (cotm + р) = 1, можно записать
h т
> где h r n = h ехр(-5 t j . Получим
1\т = {1 п / М ) 1 2т/(1У\) где Г2т/{ 1 — Yi) — амплитуда вынужденной составляющей Свободная составляющая, согласно (3.15),
4 = - ^ mY i= -7 2m Yi/(1-Yi) Таким образом, для расшифровки осциллограммы, полученной с пояса Роговского, необходимо построить зависимость /2 = U7/R m и свободную составляющую o = h m b (Г 1 exp(-R t/J ^ Вынужденная составляющая в = /2 + с строится графически. Смещенная вправо на угол ср = y v она соответствует истинной кривой тока z'j (3.16). Первую амплитуду тока Ы находим по формуле (3.17), где т = U2m/R ш Параметры пояса для измерения тока сам плитудой Хи круговой частотой со можно определить, задаваясь допустимой погрешностью измерения уг Если напряжение на осциллографе, необходимое для отклонения луча в пределах экрана, то = U 0/l2mU0a / I lm. Активное сопротивление пояса без учета поверхностного эффекта где R x — радиус витка d — диаметр сечения провода р — удельное сопротивление материала провода.
Диаметр провода должен быть не больше толщины скин-слоя спр < ^ 2 р/ю р. Провод должен быть не слишком тонким, чтобы иметь достаточную механическую прочность и небольшое сопротивление Дп. Длину пояса выбирают исходя из геометрических размеров шины, в которой измеряется ток. Пояс должен охватывать шину так, чтобы радиус кривизны его контура был существенно больше радиуса витка Дг Для пояса, имеющего вид тороида, это условие выполняется, если диаметр витков меньше
0,1 диаметра тора. При измерении тока в плоской шине шириной
b длина пояса п > 2 b (примерно п 3 Ь Соотношение между длиной пояса и диаметром провода:
/п = ^ пр ю , где К — коэффициент, учитывающий плотность и число слоев намотки.
Используя выражения (3.18)—(3.20), получим соотношение между значениями Д, и dnp:
-HoTO)(Yi/ З Д Ч р + 8P*! = 0 • Практически не всегда удается обеспечить приемлемую погрешность измерения при Z/Д-интегрировании. Поэтому часто применяют второй способ интегрирования — пояс Роговского включают на ДС-цепочку. С учетом необходимости использования Рис. 3.14. Схема замещения пояса Р оговского с
R - C - интегратором кабеля для подключения осциллографа на рис. 3.14 показаны два варианта включения ЛС-цепочки. Здесь Rz - Z — согласующее сопротивление, R » Rz . Ток вцепи пояса на риса ограничен сопротивлением R + Rz, а на рис. 3.14, б только сопротивлением Дифференциальное уравнение переходного процесса для схемы риса имеет вид M —
j - - R i i +Ln — -+СА .
(3.22)
dt п Для получения хорошей точности измерений должны соблюдаться условия R » соД, и со » 1. Учитывая также, что
5 « со, для напряжения на интегрирующей емкости получим = - ( M /R C ) l 0 |exp(-5/)sinco? + (сот) -coxj ехр(-5с)х х cos ш + сот) ехр (с / Tj) - (сох )-1 ехр ( - / / х) J где xt = 2 ^ Л ; х =RC.
Если (сот) 1 - сот или с =1/соС,
Uc = - ( M /R C ) I 0 Для первой амплитуды тока - { M /R C ) llm. Погрешность в определении первой амплитуды тока у со RC. Выражения (3.24) и (3.25) применимы и дая схемы, показанной на рис. 3.14, б Она имеет верхнюю предельную частоту несколько ниже первой схемы в связи стем, что катушка нагружена на сопротивление Л, < Д , Для верхней предельной частоты в данном случае справедливо неравенство соД, « Rz Для нижней предельной частоты, при которой емкость С еще интегрирует, остается прежнее условие:
(1/со C ) « R Максимальное значение ЭДС на зажимах пояса = ^ ( М т лД2/ ^ пр обычно выбирается не больше 2—3 кВ. Максимальное напряжение на осциллографе = I 2J a C = Em/RcoC = Ет Ь . Используя (3.26) и (3.27), получаем связь между R^ и dnp:
Ucmdnp = tiQnR?rnI]m (у2/К ). Диаметр провода здесь может быть меньше, чем при L R - интегрировании, так как ток вцепи пояса ограничен сопротивлениями R и R . При выборе радиуса намотки пояса R { необходимо также учитывать возможность его размещения наш ине, через которую протекает ток. При плоской малоиндуктивной ошиновке для его размещения одну из шин выгибают в виде соленоида. Чтобы индуктивность, вносимая этим соленоидом в основной контур, была небольшой, надо ограничить значения R В рамках выполнения данной лабораторной работы экспериментальная установка представляет собой генератор импульсных токов с параметрами С = 12 мкФ, L = 2-1СГ6 Гн, U0 < 30 кВ.
Осциллограммы тока снимают при помощи шунта и пояса
Роговского. В работе используется коаксиальный токовый шунт, включенный непосредственно в контур ГИТ и рассчитанный на пропускание импульсов тока с амплитудой до 20 кА, длительностью
30—50 мкс. В этот же контур включен пояс Роговского, вторичная обмотка которого замкнута на свой шунт. Этот шунт рассчитан только на ток обмотки пояса. Если сопротивление шунта увеличить до нескольких Ом, то пояс будет иметь плохое интегрирование у = 0 ,2 - 0 ,3 ). При этом увеличивается напряжение, снимаемое с шунта. Чтобы луч осциллографа не отклонялся за экран, сигнал с шунта можно ослабить с помощью делителя, установленного на выходе осциллографа.
Д ля увеличения затухания контура в цепь разряда вводят дополнительное сопротивление Дд = 1 ,5 -4 Ом. Апериодическая форма разрядного тока может быть также получена при включении в цепь нелинейного сопротивления.
И ндуктивность и эквивалентное сопротивление разрядного контура определяют из осциллограмм по выражениям где Д = / т / т — декремент колебаний б = 571 = 1пД — логарифмический декремент колебаний Т — период колебаний.
П о грешность измерения тока с помощью каждой из рассмотренных схем складывается из погрешности метода у (для шунта у
, для пояса
Yj
и
у2), погрешности измерения напряжения с помощью осциллографа, а также из погрешностей определения параметров элементов соответствующих измерительных схем. Так,
^
кв
= 2 Д
г
/
с
0 [(2
тг
)2 + Э 2] ,
для шунта необходимо учесть погрешность определения сопротивления шунта ш, для пояса Роговского с интегрированием на индуктивности (см. рис. 3.12) — погрешность определения Rm пояса, со, М, Ьп и для пояса с интегрирующей /?С-цепочкой (см. рис. 3.14) — погрешность определения Ми С Эти параметры входят в соответствующие формулы (3.11), (3.12), (3.17), (3.24), используемые для расшифровки осциллограмм тока. Для каждой измерительной схемы необходимо оценить все погрешности и сложить их, как указано в разд. Погрешность в измерении тока может также возникать за счет электромагнитных наводок на измерительные цепи. Чтобы ослабить нежелательные емкостные связи, катушку пояса помещают в экран. Экран должен иметь разрез, чтобы он не представлял собой короткозамкнутый виток. Для соединения катушки пояса с осциллографом желательно использовать коаксиальный кабель с двойной оплеткой, внешняя оплетка должна быть припаяна к экрану катушки. Экран и внешняя оболочка по всей длине кабеля должны быть изолированы от остальных элементов измерительной цепи, чтобы не создались токи в оболочке кабеля ив заземленных петлях, связанных с оболочкой. Заземлять измерительную схему следует только водной точке у осциллографа.
Существенные трудности возникают при использовании пояса на высоких частотах / > 0 , 5 МГц и при измерении токов с большой скоростью нарастания фронта импульса di/dt > 1011 Ас. На высоких частотах начинают сказываться конструктивные емкости обмотки пояса. Поясом можно пользоваться, если собственная резонансная частота обмотки пояса сорез существенно выше частоты соизмеряемого тока. При большой скорости нарастания тока, когда длительность фронта импульса тока соизмерима с временем пробега волны тока по обмотке пояса, возникает ударное возбуждение. Для компенсации этого явления необходимы специальные меры. Задание на предварительную подготовку. Рассчитайте индуктивность, сопротивление и характерное время реакции плоского бифилярного шунта из нихромовой ленты с р = б Ом'М толщиной d0 = 0,1 мм, шириной Ъ = 100 мм и с расстоянием между прямыми обратным ходом d = 0,3 мм. Оцените влияние скин-эф ф екта на сопротивление шунта. Выберите параметры пояса Роговского с ДС-интегратором для измерения тока амплитудой т = 40 кА и частотой / = 40 кГц, если длина пояса определяется технологическими размерами и равна п = 1 м , диаметр пояса см , ан а пряже ни е , подаваемое на вход осциллографа, не должно превышать 60 В.
Для отдельных бригад численные данные для расчетов могут заменяться по усмотрению преподавателя. Требования к отчету
Отчет должен содержать:
а) схему экспериментальной установки с указанием параметров ее основных элементов;
б) схемы шунта и пояса Роговского с указанием их параметров и цепей подсоединения к осциллографу;
в) осциллограммы токов, снятые в п. г) результаты расшифровки осциллограмм с указанием для каждой осциллограммы амплитуды импульса тока и длительности осциллограммы, полученные при плохом интегрировании, необходимо откорректировать для колебательного разряда по осциллограмме тока необходимо определить период колебаний, затухание, индуктивность и сопротивление контура ГИТ;
д) расчет погрешности измерений для разных способов регистрации тока и разной формы токае) анализ соответствия использованного пояса Роговского изложенным в работе рекомендациям, выводы. Получение импульсных магнитных полей и их измерение магнитным зондом .7.1. Программа работы. Ознакомиться с экспериментальной установкой, инструкцией по технике безопасности и эксплуатации, записать паспортные данные оборудования
2. Рассчитать по геометрическим размерам индуктивности всех элементов контура ГИТ. Для заданного преподавателем зарядного напряжения ГИТ рассчитать максимальную индукцию магнитного поля в соленоиде при прямом разряде ГИТ на соленоид. Проверить правильность включениям агнитного зонда и интегрирующей ЛС-цепочки. Записать данные зонда (диаметр провода, диаметр и длину намотки, количество витков) и данные
ЛС-цепочки. Определить значение у. Произвести проверку измерительного тракта используемого в работе пояса Роговского. Записать его данные. В соответствии си н стр у кц и ей включить и настроить установку. Зарядное напряжение ГИТ указывает преподаватель. Настроить осциллограф , записать чувствительность его электронной трубки. Сняв несколько пробных осциллограмм индукции поля, произвести калибровку усилителя осциллографа. Снять осциллограммы тока и индукции магнитного поля в соленоиде. В подписях к ним указать зарядное напряжение ГИТ, скорость развертки и чувствительность осциллографа, если использовался делитель напряжения, записать его коэффициент деления. Пояснения к работе
Использование сильных и сверхсильных импульсных магнитных полей в технике, технологии и физическом эксперименте обусловливает интерес к способу их генерации, достижимым значениям амплитуды индукции и методам измерения.
Сильные магнитные поля можно получить при протекании больших импульсных токов через специальные магнитные системы, используя в качестве источника тока конденсаторную батарею — генератор импульсных токов (ГИТ. Рис. 3.15. Схема разряда ГИТ Нагрузкой ГИТ является индуктор- на индуктивную нагрузку соленоид (рис. 3.15). Без учета активного сопротивления контура связь между запасаемой энергией, максимальным током и скоростью его нарастания в таком ГИТ определяется через известные соотношения:
где С — емкость конденсаторов L — полная индуктивность контура U0 —- зарядное напряжение энергия, запасаемая в конденсаторной батарее.
М агнитное поле в соленоиде где Z — коэффициент, зависящий от геометрических размеров соленоида.
Если геометрия соленоида не изменяется в процессе протекания тока, коэффициент. При получении полей с индукцией В >60 Тл давлением агн и тн ого поляна стенки соленоида превышает предел прочности материала и индуктор деформируется. Это приводит к изменению коэффициента и уменьшению амплитуды индукции. В разрушающей катушке не всегда удается увеличить амплитуду индукции магнитного поля за счет увеличения тока. Она определяется не только током I, геометрическим фактором Z, но и скоростью нарастания тока. В разрушающемся соленоиде справедливо выражение для максимальной индукции поля [Тл, А/с]
Получение высокой скорости нарастания тока при прямом разряде конденсаторной батареи на соленоид возможно при использовании ГИТ с минимальной собственной индуктивностью. Уменьшение паразитной индуктивности достигается за счет использования параллельного включениям алоиндуктивны х элементов разрядного контура.
Для измерения импульсного магнитного поля используются волны, представляющие собой небольшую катушку, в обмотке = ]i0Z I ,
B = 2-\0A^ d i / d t .
которой индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости изменения индукции:
(3.29)
где w — число витков S — площадь сечения витка В — индукция магнитного поля S0 и В — единичные радиусы-векторы.
Если затухание невелико, то приближенно можно считать
£0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Сопротивление шунта должно быть много меньше сопротивления контура. Шунт включается в цепь так, что один его вывод находится вместе заземления контура.
На рис. 3.10 представлены эквивалентная схема шунта тока аи схема подсоединения к нему осциллографа (б).
Основная проблема использования шунтового метода возникает при измерении высокочастотных сигналов. В этом случае падение напряжения на шунте = Rliii + Lul{di/dt), где Ящ — сопротивление шунта Ьш — индуктивность шунта.
Появление индуктивной составляющей напряжения приводит к возникновению зависящей от частоты ошибки. Аналогичный эффект возникает ив случае, если толщина скин-слоя становится
б ) о
-о
Рис. 3.10. Измерение импульсных токов с помощью низкоомного шунта а — эквивалентная схема замещения шунта б — схема подключения осциллографа меньше толщины d0 ленты или диаметра проволочек шунта, те. активное сопротивление становится зависимым от частоты.
Дополнительные проблемы связаны с рассеиваемой шунтом мощностью и механическими эффектами, возникающими при протекании больших импульсных токов. Наконец, не всегда удобно иметь непосредственную электрическую связь измерительных приборов с основной силовой цепью, в которой действует высокое напряжение.
Очевидно, что некоторых из этих трудностей можно избежать или ограничить их влияние на точность измерений. Для правильной записи тока необходимо выполнить условия:
При измерении тока с частотой со условие (3.4) принимает вид
Для выполнения условия (3.3) глубина проникновения переменного электромагнитного поля А должна быть больше толщины
dQ ленты (проволочка) шунта = const,-
(3.3)
(3.4)
-о
Рис. 3.10. Измерение импульсных токов с помощью низкоомного шунта а — эквивалентная схема замещения шунта б — схема подключения осциллографа меньше толщины d0 ленты или диаметра проволочек шунта, те. активное сопротивление становится зависимым от частоты.
Дополнительные проблемы связаны с рассеиваемой шунтом мощностью и механическими эффектами, возникающими при протекании больших импульсных токов. Наконец, не всегда удобно иметь непосредственную электрическую связь измерительных приборов с основной силовой цепью, в которой действует высокое напряжение.
Очевидно, что некоторых из этих трудностей можно избежать или ограничить их влияние на точность измерений. Для правильной записи тока необходимо выполнить условия:
При измерении тока с частотой со условие (3.4) принимает вид
Для выполнения условия (3.3) глубина проникновения переменного электромагнитного поля А должна быть больше толщины
dQ ленты (проволочка) шунта = const,-
(3.3)
(3.4)
где р — удельное сопротивление материал со — круговая частота.
Изменение значения Яш за счет нагрева можно ограничить, правильно выбрав сечение активной части шунта
5>/7^р/су9 где I — измеряемый ток Та — его длительность си у — удельные теплоемкость и плотность материала шунта 0 — допустимое повышение температуры за время импульса. Для выполнения условия (3.4) необходимо уменьшить индуктивность контура Использование бифилярной или коаксиальной конструкции шунта (см. рис. 3.9) с минимальным расстоянием между прямыми обратным проводами в ряде случаев позволяет уменьшить наводки и обеспечить достаточную точность измерений. Ток определяют по формуле (3.3) без учета индуктивной составляющей. Погрешность в определении тока уш = ы Ь ш/Я ш . Отношение
Ьщ/Ящ — характерное время реакции шунта.
Если выполнение условий (3.3) и (3.4) невозможно, например, при измерении импульсных токов с амплитудой более 100 кА и частотой более 104 Гц, а также если контур измеряемого тока не допускает разрыва или нежелательно увеличение сопротивления контура, для измерений можно использовать воздушный трансформатор тока (пояс Роговского).
Пояс представляет собой тороидальную катушку индуктивности, охватывающую токоведущую шину (рис. 3.11). Катушка обычно выполняется однослойной, имеет круглое или прямоугольное сечение. Один из выводов катушки пропускают по ее средней линии в направлении, обратном направлению намотки. Индуцированная эдс
e = - M ( d i/d t) , где М — коэффициент взаимоиндукции между поясом Роговского и первичным контуром тока
Изменение значения Яш за счет нагрева можно ограничить, правильно выбрав сечение активной части шунта
5>/7^р/су9 где I — измеряемый ток Та — его длительность си у — удельные теплоемкость и плотность материала шунта 0 — допустимое повышение температуры за время импульса. Для выполнения условия (3.4) необходимо уменьшить индуктивность контура Использование бифилярной или коаксиальной конструкции шунта (см. рис. 3.9) с минимальным расстоянием между прямыми обратным проводами в ряде случаев позволяет уменьшить наводки и обеспечить достаточную точность измерений. Ток определяют по формуле (3.3) без учета индуктивной составляющей. Погрешность в определении тока уш = ы Ь ш/Я ш . Отношение
Ьщ/Ящ — характерное время реакции шунта.
Если выполнение условий (3.3) и (3.4) невозможно, например, при измерении импульсных токов с амплитудой более 100 кА и частотой более 104 Гц, а также если контур измеряемого тока не допускает разрыва или нежелательно увеличение сопротивления контура, для измерений можно использовать воздушный трансформатор тока (пояс Роговского).
Пояс представляет собой тороидальную катушку индуктивности, охватывающую токоведущую шину (рис. 3.11). Катушка обычно выполняется однослойной, имеет круглое или прямоугольное сечение. Один из выводов катушки пропускают по ее средней линии в направлении, обратном направлению намотки. Индуцированная эдс
e = - M ( d i/d t) , где М — коэффициент взаимоиндукции между поясом Роговского и первичным контуром тока
Предположим, что пояс осесим
метричен (см. рис. 3.11). Магнитное поле в пределах сечения каркаса катушки однородно, число витков на единицу длины постоянно, сечение каркаса пояса постоянно по всей его длине ион замкнут, диаметр витка катушки мал пос равнению с характерным размером контура, намотка витков плотная. При этих условиях Ми индуктивность в катушке ЭДС е =
(3-7)
/ где S — сечение каркаса катушки / — длина средней линии пояса ш — число витков.
Для пояса, имеющего произвольную форму контура катушки и токоведущей шины, из-за неточного соблюдения принятых выше допущений использованная в (3.7) расчетная формула для М может давать погрешность. В этом случае для нахождения точного значения М его лучше измерить опытным путем.
Чтобы с выхода пояса подать на осциллограф напряжение, пропорциональное измеряемому току /, выражение (3.7) для ЭДС необходимо проинтегрировать. Известны два способа интегрирования. Первый заключается в том, что обмотку катушки пояса закорачивают практически накоротко (рис, 3.12), включая только небольшое сопротивление Rm, чтобы с него снять на осциллограф сигнал, пропорциональный току / вцепи пояса. Сопротивление обмотки пояса Rn и шунта Rm много меньше волнового сопротивления кабеля Z. С учетом этого дифференциальное уравнение для измерительной цепи (см. рис. 3.12) имеет вид
Рис. 3.11. Схема пояса
Роговского
метричен (см. рис. 3.11). Магнитное поле в пределах сечения каркаса катушки однородно, число витков на единицу длины постоянно, сечение каркаса пояса постоянно по всей его длине ион замкнут, диаметр витка катушки мал пос равнению с характерным размером контура, намотка витков плотная. При этих условиях Ми индуктивность в катушке ЭДС е =
(3-7)
/ где S — сечение каркаса катушки / — длина средней линии пояса ш — число витков.
Для пояса, имеющего произвольную форму контура катушки и токоведущей шины, из-за неточного соблюдения принятых выше допущений использованная в (3.7) расчетная формула для М может давать погрешность. В этом случае для нахождения точного значения М его лучше измерить опытным путем.
Чтобы с выхода пояса подать на осциллограф напряжение, пропорциональное измеряемому току /, выражение (3.7) для ЭДС необходимо проинтегрировать. Известны два способа интегрирования. Первый заключается в том, что обмотку катушки пояса закорачивают практически накоротко (рис, 3.12), включая только небольшое сопротивление Rm, чтобы с него снять на осциллограф сигнал, пропорциональный току / вцепи пояса. Сопротивление обмотки пояса Rn и шунта Rm много меньше волнового сопротивления кабеля Z. С учетом этого дифференциальное уравнение для измерительной цепи (см. рис. 3.12) имеет вид
Рис. 3.11. Схема пояса
Роговского
Рис. 3.12. Схема включения пояса с использованием шунта тока- М — = Ln — + Ri2 ,
dt n dt где /, — измеряемый ток /2 — ток в обмотке пояса Ln = p0.S ш / — индуктивность катушки пояса Л = Лп + Если вьшолняется условие
^ dt
» \ R l
2 тов результате интегрирования уравнения (3.8) при нулевых начальных условиях получим- Мили г = (M /L n)i] . Здесь и далее знак
” опущен. Падение напряжения на шунте, подаваемое на осциллограф, определим как = Rm{M /L n)il . Для нахождения по осциллограмме напряжения тока /, входящие в формулу (3.11) значения Мили отношение M /L J должны быть измерены с высокой точностью, особенно если они зависят от частоты. Если осесимметричный пояс выполнен в соответствии с указанными выше требованиями, отношение ( М Ь ^ и Г 1 малой, следовательно = m 2\ U = й ш ю .
(3.12)
dt n dt где /, — измеряемый ток /2 — ток в обмотке пояса Ln = p0.S ш / — индуктивность катушки пояса Л = Лп + Если вьшолняется условие
^ dt
» \ R l
2 тов результате интегрирования уравнения (3.8) при нулевых начальных условиях получим- Мили г = (M /L n)i] . Здесь и далее знак
” опущен. Падение напряжения на шунте, подаваемое на осциллограф, определим как = Rm{M /L n)il . Для нахождения по осциллограмме напряжения тока /, входящие в формулу (3.11) значения Мили отношение M /L J должны быть измерены с высокой точностью, особенно если они зависят от частоты. Если осесимметричный пояс выполнен в соответствии с указанными выше требованиями, отношение ( М Ь ^ и Г 1 малой, следовательно = m 2\ U = й ш ю .
(3.12)
Таким образом, пояс Роговского, замкнутый на малое сопротивление, при выполнении условия (3.9) является интегрирующими форма напряжения на сопротивление шунта повторяет форму измеряемого тока.
Если условие (3.9) не выполняется, погрешность измерений можно определить при детальном рассмотрении переходного процесса в измерительной цепи. Для часто встречающегося измерения затухающего синусоидального тока = h exp(-5l)sinco? уравнение (3.8) при условии постоянства во времени коэффициентов дает выражение для тока, наведенного в поясе. _ М
_ ( 4 / “ )(®2 + 5 2) - Д 5 ю °
.^o)+(.K + .Ln5)/Znco х [exp (-5 /) sin(col + cp) - sin cp exp {-R t/L где = arc tg
Rm
/^ (со+ 5 2) -Л Сравнивая выражения для /2 и ф видим, что осциллограмма напряжения повторяет форму регистрируемого тока, если ф —> 0 Для импульса тока колебательной формы с небольшим затуханием 5 « сои при выполнении условия (3.9) R « a > L n можно записать = (M /L n ) l 0 [exp (-51) sin (col + cp) - sin cp exp (-R t/L n)'] ;
(3.15)
sin tp « tg cp = cp =
R
= где Yj относительная погрешность в определении первой амплитуды тока. Если значение Yj велико ( Yj > 0,05), осциллограмму напряжения U2 =Rmi2 , снятую с шунта, необходимо откорректировать
Если условие (3.9) не выполняется, погрешность измерений можно определить при детальном рассмотрении переходного процесса в измерительной цепи. Для часто встречающегося измерения затухающего синусоидального тока = h exp(-5l)sinco? уравнение (3.8) при условии постоянства во времени коэффициентов дает выражение для тока, наведенного в поясе. _ М
_ ( 4 / “ )(®2 + 5 2) - Д 5 ю °
.^o)+(.K + .Ln5)/Znco х [exp (-5 /) sin(col + cp) - sin cp exp {-R t/L где = arc tg
Rm
/^ (со+ 5 2) -Л Сравнивая выражения для /2 и ф видим, что осциллограмма напряжения повторяет форму регистрируемого тока, если ф —> 0 Для импульса тока колебательной формы с небольшим затуханием 5 « сои при выполнении условия (3.9) R « a > L n можно записать = (M /L n ) l 0 [exp (-51) sin (col + cp) - sin cp exp (-R t/L n)'] ;
(3.15)
sin tp « tg cp = cp =
R
= где Yj относительная погрешность в определении первой амплитуды тока. Если значение Yj велико ( Yj > 0,05), осциллограмму напряжения U2 =Rmi2 , снятую с шунта, необходимо откорректировать
Рис. 3.13. Переходные процессы вцепи пояса Роговского
Согласно (3.16), i2 имеет две составляющие — вынужденную в и свободную гс рис. Вынужденная составляющая в = М Ь ай exp(-50sin(cof + ср) по форме соответствует измеряемому току /[ (3.13) и сдвинута по фазе на угол ср. Для момента первого максимума тока, когда sin (cotm + р) = 1, можно записать
h т
> где h r n = h ехр(-5 t j . Получим
1\т = {1 п / М ) 1 2т/(1У\) где Г2т/{ 1 — Yi) — амплитуда вынужденной составляющей Свободная составляющая, согласно (3.15),
4 = - ^ mY i= -7 2m Yi/(1-Yi) Таким образом, для расшифровки осциллограммы, полученной с пояса Роговского, необходимо построить зависимость /2 = U7/R m и свободную составляющую o = h m b (Г 1 exp(-R t/J ^ Вынужденная составляющая в = /2 + с строится графически. Смещенная вправо на угол ср = y v она соответствует истинной кривой тока z'j (3.16). Первую амплитуду тока Ы находим по формуле (3.17), где т = U2m/R ш
Согласно (3.16), i2 имеет две составляющие — вынужденную в и свободную гс рис. Вынужденная составляющая в = М Ь ай exp(-50sin(cof + ср) по форме соответствует измеряемому току /[ (3.13) и сдвинута по фазе на угол ср. Для момента первого максимума тока, когда sin (cotm + р) = 1, можно записать
h т
> где h r n = h ехр(-5 t j . Получим
1\т = {1 п / М ) 1 2т/(1У\) где Г2т/{ 1 — Yi) — амплитуда вынужденной составляющей Свободная составляющая, согласно (3.15),
4 = - ^ mY i= -7 2m Yi/(1-Yi) Таким образом, для расшифровки осциллограммы, полученной с пояса Роговского, необходимо построить зависимость /2 = U7/R m и свободную составляющую o = h m b (Г 1 exp(-R t/J ^ Вынужденная составляющая в = /2 + с строится графически. Смещенная вправо на угол ср = y v она соответствует истинной кривой тока z'j (3.16). Первую амплитуду тока Ы находим по формуле (3.17), где т = U2m/R ш
Параметры пояса для измерения тока сам плитудой Хи круговой частотой со можно определить, задаваясь допустимой погрешностью измерения уг Если напряжение на осциллографе, необходимое для отклонения луча в пределах экрана, то = U 0/l2mU0a / I lm. Активное сопротивление пояса без учета поверхностного эффекта где R x — радиус витка d — диаметр сечения провода р — удельное сопротивление материала провода.
Диаметр провода должен быть не больше толщины скин-слоя спр < ^ 2 р/ю р. Провод должен быть не слишком тонким, чтобы иметь достаточную механическую прочность и небольшое сопротивление Дп. Длину пояса выбирают исходя из геометрических размеров шины, в которой измеряется ток. Пояс должен охватывать шину так, чтобы радиус кривизны его контура был существенно больше радиуса витка Дг Для пояса, имеющего вид тороида, это условие выполняется, если диаметр витков меньше
0,1 диаметра тора. При измерении тока в плоской шине шириной
b длина пояса п > 2 b (примерно п 3 Ь Соотношение между длиной пояса и диаметром провода:
/п = ^ пр ю , где К — коэффициент, учитывающий плотность и число слоев намотки.
Используя выражения (3.18)—(3.20), получим соотношение между значениями Д, и dnp:
-HoTO)(Yi/ З Д Ч р + 8P*! = 0 • Практически не всегда удается обеспечить приемлемую погрешность измерения при Z/Д-интегрировании. Поэтому часто применяют второй способ интегрирования — пояс Роговского включают на ДС-цепочку. С учетом необходимости использования
Диаметр провода должен быть не больше толщины скин-слоя спр < ^ 2 р/ю р. Провод должен быть не слишком тонким, чтобы иметь достаточную механическую прочность и небольшое сопротивление Дп. Длину пояса выбирают исходя из геометрических размеров шины, в которой измеряется ток. Пояс должен охватывать шину так, чтобы радиус кривизны его контура был существенно больше радиуса витка Дг Для пояса, имеющего вид тороида, это условие выполняется, если диаметр витков меньше
0,1 диаметра тора. При измерении тока в плоской шине шириной
b длина пояса п > 2 b (примерно п 3 Ь Соотношение между длиной пояса и диаметром провода:
/п = ^ пр ю , где К — коэффициент, учитывающий плотность и число слоев намотки.
Используя выражения (3.18)—(3.20), получим соотношение между значениями Д, и dnp:
-HoTO)(Yi/ З Д Ч р + 8P*! = 0 • Практически не всегда удается обеспечить приемлемую погрешность измерения при Z/Д-интегрировании. Поэтому часто применяют второй способ интегрирования — пояс Роговского включают на ДС-цепочку. С учетом необходимости использования
Рис. 3.14. Схема замещения пояса Р оговского с
R - C - интегратором кабеля для подключения осциллографа на рис. 3.14 показаны два варианта включения ЛС-цепочки. Здесь Rz - Z — согласующее сопротивление, R » Rz . Ток вцепи пояса на риса ограничен сопротивлением R + Rz, а на рис. 3.14, б только сопротивлением Дифференциальное уравнение переходного процесса для схемы риса имеет вид M —
j - - R i i +Ln — -+СА .
(3.22)
dt п Для получения хорошей точности измерений должны соблюдаться условия R » соД, и со » 1. Учитывая также, что
5 « со, для напряжения на интегрирующей емкости получим = - ( M /R C ) l 0 |exp(-5/)sinco? + (сот) -coxj ехр(-5с)х х cos ш + сот) ехр (с / Tj) - (сох )-1 ехр ( - / / х) J где xt = 2 ^ Л ; х =RC.
R - C - интегратором кабеля для подключения осциллографа на рис. 3.14 показаны два варианта включения ЛС-цепочки. Здесь Rz - Z — согласующее сопротивление, R » Rz . Ток вцепи пояса на риса ограничен сопротивлением R + Rz, а на рис. 3.14, б только сопротивлением Дифференциальное уравнение переходного процесса для схемы риса имеет вид M —
j - - R i i +Ln — -+СА .
(3.22)
dt п Для получения хорошей точности измерений должны соблюдаться условия R » соД, и со » 1. Учитывая также, что
5 « со, для напряжения на интегрирующей емкости получим = - ( M /R C ) l 0 |exp(-5/)sinco? + (сот) -coxj ехр(-5с)х х cos ш + сот) ехр (с / Tj) - (сох )-1 ехр ( - / / х) J где xt = 2 ^ Л ; х =RC.
Если (сот) 1 - сот или с =1/соС,
Uc = - ( M /R C ) I 0 Для первой амплитуды тока - { M /R C ) llm. Погрешность в определении первой амплитуды тока у со RC. Выражения (3.24) и (3.25) применимы и дая схемы, показанной на рис. 3.14, б Она имеет верхнюю предельную частоту несколько ниже первой схемы в связи стем, что катушка нагружена на сопротивление Л, < Д , Для верхней предельной частоты в данном случае справедливо неравенство соД, « Rz Для нижней предельной частоты, при которой емкость С еще интегрирует, остается прежнее условие:
(1/со C ) « R Максимальное значение ЭДС на зажимах пояса = ^ ( М т лД2/ ^ пр обычно выбирается не больше 2—3 кВ. Максимальное напряжение на осциллографе = I 2J a C = Em/RcoC = Ет Ь . Используя (3.26) и (3.27), получаем связь между R^ и dnp:
Ucmdnp = tiQnR?rnI]m (у2/К ). Диаметр провода здесь может быть меньше, чем при L R - интегрировании, так как ток вцепи пояса ограничен сопротивлениями R и R . При выборе радиуса намотки пояса R { необходимо также учитывать возможность его размещения наш ине, через которую протекает ток. При плоской малоиндуктивной ошиновке для его размещения одну из шин выгибают в виде соленоида. Чтобы
Uc = - ( M /R C ) I 0 Для первой амплитуды тока - { M /R C ) llm. Погрешность в определении первой амплитуды тока у со RC. Выражения (3.24) и (3.25) применимы и дая схемы, показанной на рис. 3.14, б Она имеет верхнюю предельную частоту несколько ниже первой схемы в связи стем, что катушка нагружена на сопротивление Л, < Д , Для верхней предельной частоты в данном случае справедливо неравенство соД, « Rz Для нижней предельной частоты, при которой емкость С еще интегрирует, остается прежнее условие:
(1/со C ) « R Максимальное значение ЭДС на зажимах пояса = ^ ( М т лД2/ ^ пр обычно выбирается не больше 2—3 кВ. Максимальное напряжение на осциллографе = I 2J a C = Em/RcoC = Ет Ь . Используя (3.26) и (3.27), получаем связь между R^ и dnp:
Ucmdnp = tiQnR?rnI]m (у2/К ). Диаметр провода здесь может быть меньше, чем при L R - интегрировании, так как ток вцепи пояса ограничен сопротивлениями R и R . При выборе радиуса намотки пояса R { необходимо также учитывать возможность его размещения наш ине, через которую протекает ток. При плоской малоиндуктивной ошиновке для его размещения одну из шин выгибают в виде соленоида. Чтобы
индуктивность, вносимая этим соленоидом в основной контур, была небольшой, надо ограничить значения R В рамках выполнения данной лабораторной работы экспериментальная установка представляет собой генератор импульсных токов с параметрами С = 12 мкФ, L = 2-1СГ6 Гн, U0 < 30 кВ.
Осциллограммы тока снимают при помощи шунта и пояса
Роговского. В работе используется коаксиальный токовый шунт, включенный непосредственно в контур ГИТ и рассчитанный на пропускание импульсов тока с амплитудой до 20 кА, длительностью
30—50 мкс. В этот же контур включен пояс Роговского, вторичная обмотка которого замкнута на свой шунт. Этот шунт рассчитан только на ток обмотки пояса. Если сопротивление шунта увеличить до нескольких Ом, то пояс будет иметь плохое интегрирование у = 0 ,2 - 0 ,3 ). При этом увеличивается напряжение, снимаемое с шунта. Чтобы луч осциллографа не отклонялся за экран, сигнал с шунта можно ослабить с помощью делителя, установленного на выходе осциллографа.
Д ля увеличения затухания контура в цепь разряда вводят дополнительное сопротивление Дд = 1 ,5 -4 Ом. Апериодическая форма разрядного тока может быть также получена при включении в цепь нелинейного сопротивления.
И ндуктивность и эквивалентное сопротивление разрядного контура определяют из осциллограмм по выражениям где Д = / т / т — декремент колебаний б = 571 = 1пД — логарифмический декремент колебаний Т — период колебаний.
П о грешность измерения тока с помощью каждой из рассмотренных схем складывается из погрешности метода у (для шунта у
, для пояса
Yj
и
у2), погрешности измерения напряжения с помощью осциллографа, а также из погрешностей определения параметров элементов соответствующих измерительных схем. Так,
^
кв
= 2 Д
г
/
с
0 [(2
тг
)2 + Э 2] ,
Осциллограммы тока снимают при помощи шунта и пояса
Роговского. В работе используется коаксиальный токовый шунт, включенный непосредственно в контур ГИТ и рассчитанный на пропускание импульсов тока с амплитудой до 20 кА, длительностью
30—50 мкс. В этот же контур включен пояс Роговского, вторичная обмотка которого замкнута на свой шунт. Этот шунт рассчитан только на ток обмотки пояса. Если сопротивление шунта увеличить до нескольких Ом, то пояс будет иметь плохое интегрирование у = 0 ,2 - 0 ,3 ). При этом увеличивается напряжение, снимаемое с шунта. Чтобы луч осциллографа не отклонялся за экран, сигнал с шунта можно ослабить с помощью делителя, установленного на выходе осциллографа.
Д ля увеличения затухания контура в цепь разряда вводят дополнительное сопротивление Дд = 1 ,5 -4 Ом. Апериодическая форма разрядного тока может быть также получена при включении в цепь нелинейного сопротивления.
И ндуктивность и эквивалентное сопротивление разрядного контура определяют из осциллограмм по выражениям где Д = / т / т — декремент колебаний б = 571 = 1пД — логарифмический декремент колебаний Т — период колебаний.
П о грешность измерения тока с помощью каждой из рассмотренных схем складывается из погрешности метода у (для шунта у
, для пояса
Yj
и
у2), погрешности измерения напряжения с помощью осциллографа, а также из погрешностей определения параметров элементов соответствующих измерительных схем. Так,
^
кв
= 2 Д
г
/
с
0 [(2
тг
)2 + Э 2] ,
для шунта необходимо учесть погрешность определения сопротивления шунта ш, для пояса Роговского с интегрированием на индуктивности (см. рис. 3.12) — погрешность определения Rm пояса, со, М, Ьп и для пояса с интегрирующей /?С-цепочкой (см. рис. 3.14) — погрешность определения Ми С Эти параметры входят в соответствующие формулы (3.11), (3.12), (3.17), (3.24), используемые для расшифровки осциллограмм тока. Для каждой измерительной схемы необходимо оценить все погрешности и сложить их, как указано в разд. Погрешность в измерении тока может также возникать за счет электромагнитных наводок на измерительные цепи. Чтобы ослабить нежелательные емкостные связи, катушку пояса помещают в экран. Экран должен иметь разрез, чтобы он не представлял собой короткозамкнутый виток. Для соединения катушки пояса с осциллографом желательно использовать коаксиальный кабель с двойной оплеткой, внешняя оплетка должна быть припаяна к экрану катушки. Экран и внешняя оболочка по всей длине кабеля должны быть изолированы от остальных элементов измерительной цепи, чтобы не создались токи в оболочке кабеля ив заземленных петлях, связанных с оболочкой. Заземлять измерительную схему следует только водной точке у осциллографа.
Существенные трудности возникают при использовании пояса на высоких частотах / > 0 , 5 МГц и при измерении токов с большой скоростью нарастания фронта импульса di/dt > 1011 Ас. На высоких частотах начинают сказываться конструктивные емкости обмотки пояса. Поясом можно пользоваться, если собственная резонансная частота обмотки пояса сорез существенно выше частоты соизмеряемого тока. При большой скорости нарастания тока, когда длительность фронта импульса тока соизмерима с временем пробега волны тока по обмотке пояса, возникает ударное возбуждение. Для компенсации этого явления необходимы специальные меры. Задание на предварительную подготовку. Рассчитайте индуктивность, сопротивление и характерное время реакции плоского бифилярного шунта из нихромовой ленты с р = б Ом'М толщиной d0 = 0,1 мм, шириной Ъ = 100 мм и с расстоянием между прямыми обратным ходом d = 0,3 мм. Оцените влияние скин-эф ф екта на сопротивление шунта. Выберите параметры пояса Роговского с ДС-интегратором для измерения тока амплитудой т = 40 кА и частотой / = 40 кГц, если длина пояса определяется технологическими размерами и равна п = 1 м , диаметр пояса см , ан а пряже ни е , подаваемое на вход осциллографа, не должно превышать 60 В.
Для отдельных бригад численные данные для расчетов могут заменяться по усмотрению преподавателя. Требования к отчету
Отчет должен содержать:
а) схему экспериментальной установки с указанием параметров ее основных элементов;
б) схемы шунта и пояса Роговского с указанием их параметров и цепей подсоединения к осциллографу;
в) осциллограммы токов, снятые в п. г) результаты расшифровки осциллограмм с указанием для каждой осциллограммы амплитуды импульса тока и длительности осциллограммы, полученные при плохом интегрировании, необходимо откорректировать для колебательного разряда по осциллограмме тока необходимо определить период колебаний, затухание, индуктивность и сопротивление контура ГИТ;
д) расчет погрешности измерений для разных способов регистрации тока и разной формы токае) анализ соответствия использованного пояса Роговского изложенным в работе рекомендациям, выводы. Получение импульсных магнитных полей и их измерение магнитным зондом .7.1. Программа работы. Ознакомиться с экспериментальной установкой, инструкцией по технике безопасности и эксплуатации, записать паспортные данные оборудования
2. Рассчитать по геометрическим размерам индуктивности всех элементов контура ГИТ. Для заданного преподавателем зарядного напряжения ГИТ рассчитать максимальную индукцию магнитного поля в соленоиде при прямом разряде ГИТ на соленоид. Проверить правильность включениям агнитного зонда и интегрирующей ЛС-цепочки. Записать данные зонда (диаметр провода, диаметр и длину намотки, количество витков) и данные
ЛС-цепочки. Определить значение у. Произвести проверку измерительного тракта используемого в работе пояса Роговского. Записать его данные. В соответствии си н стр у кц и ей включить и настроить установку. Зарядное напряжение ГИТ указывает преподаватель. Настроить осциллограф , записать чувствительность его электронной трубки. Сняв несколько пробных осциллограмм индукции поля, произвести калибровку усилителя осциллографа. Снять осциллограммы тока и индукции магнитного поля в соленоиде. В подписях к ним указать зарядное напряжение ГИТ, скорость развертки и чувствительность осциллографа, если использовался делитель напряжения, записать его коэффициент деления. Пояснения к работе
Использование сильных и сверхсильных импульсных магнитных полей в технике, технологии и физическом эксперименте обусловливает интерес к способу их генерации, достижимым значениям амплитуды индукции и методам измерения.
Сильные магнитные поля можно получить при протекании больших импульсных токов через специальные магнитные системы, используя в качестве источника тока конденсаторную батарею — генератор импульсных токов (ГИТ. Рис. 3.15. Схема разряда ГИТ Нагрузкой ГИТ является индуктор- на индуктивную нагрузку соленоид (рис. 3.15). Без учета активного сопротивления контура связь между запасаемой энергией, максимальным током и скоростью его нарастания в таком ГИТ определяется через известные соотношения:
где С — емкость конденсаторов L — полная индуктивность контура U0 —- зарядное напряжение энергия, запасаемая в конденсаторной батарее.
М агнитное поле в соленоиде где Z — коэффициент, зависящий от геометрических размеров соленоида.
Если геометрия соленоида не изменяется в процессе протекания тока, коэффициент. При получении полей с индукцией В >60 Тл давлением агн и тн ого поляна стенки соленоида превышает предел прочности материала и индуктор деформируется. Это приводит к изменению коэффициента и уменьшению амплитуды индукции. В разрушающей катушке не всегда удается увеличить амплитуду индукции магнитного поля за счет увеличения тока. Она определяется не только током I, геометрическим фактором Z, но и скоростью нарастания тока. В разрушающемся соленоиде справедливо выражение для максимальной индукции поля [Тл, А/с]
Получение высокой скорости нарастания тока при прямом разряде конденсаторной батареи на соленоид возможно при использовании ГИТ с минимальной собственной индуктивностью. Уменьшение паразитной индуктивности достигается за счет использования параллельного включениям алоиндуктивны х элементов разрядного контура.
Для измерения импульсного магнитного поля используются волны, представляющие собой небольшую катушку, в обмотке = ]i0Z I ,
B = 2-\0A^ d i / d t .
Существенные трудности возникают при использовании пояса на высоких частотах / > 0 , 5 МГц и при измерении токов с большой скоростью нарастания фронта импульса di/dt > 1011 Ас. На высоких частотах начинают сказываться конструктивные емкости обмотки пояса. Поясом можно пользоваться, если собственная резонансная частота обмотки пояса сорез существенно выше частоты соизмеряемого тока. При большой скорости нарастания тока, когда длительность фронта импульса тока соизмерима с временем пробега волны тока по обмотке пояса, возникает ударное возбуждение. Для компенсации этого явления необходимы специальные меры. Задание на предварительную подготовку. Рассчитайте индуктивность, сопротивление и характерное время реакции плоского бифилярного шунта из нихромовой ленты с р = б Ом'М толщиной d0 = 0,1 мм, шириной Ъ = 100 мм и с расстоянием между прямыми обратным ходом d = 0,3 мм. Оцените влияние скин-эф ф екта на сопротивление шунта. Выберите параметры пояса Роговского с ДС-интегратором для измерения тока амплитудой т = 40 кА и частотой / = 40 кГц, если длина пояса определяется технологическими размерами и равна п = 1 м , диаметр пояса см , ан а пряже ни е , подаваемое на вход осциллографа, не должно превышать 60 В.
Для отдельных бригад численные данные для расчетов могут заменяться по усмотрению преподавателя. Требования к отчету
Отчет должен содержать:
а) схему экспериментальной установки с указанием параметров ее основных элементов;
б) схемы шунта и пояса Роговского с указанием их параметров и цепей подсоединения к осциллографу;
в) осциллограммы токов, снятые в п. г) результаты расшифровки осциллограмм с указанием для каждой осциллограммы амплитуды импульса тока и длительности осциллограммы, полученные при плохом интегрировании, необходимо откорректировать для колебательного разряда по осциллограмме тока необходимо определить период колебаний, затухание, индуктивность и сопротивление контура ГИТ;
д) расчет погрешности измерений для разных способов регистрации тока и разной формы токае) анализ соответствия использованного пояса Роговского изложенным в работе рекомендациям, выводы. Получение импульсных магнитных полей и их измерение магнитным зондом .7.1. Программа работы. Ознакомиться с экспериментальной установкой, инструкцией по технике безопасности и эксплуатации, записать паспортные данные оборудования
2. Рассчитать по геометрическим размерам индуктивности всех элементов контура ГИТ. Для заданного преподавателем зарядного напряжения ГИТ рассчитать максимальную индукцию магнитного поля в соленоиде при прямом разряде ГИТ на соленоид. Проверить правильность включениям агнитного зонда и интегрирующей ЛС-цепочки. Записать данные зонда (диаметр провода, диаметр и длину намотки, количество витков) и данные
ЛС-цепочки. Определить значение у. Произвести проверку измерительного тракта используемого в работе пояса Роговского. Записать его данные. В соответствии си н стр у кц и ей включить и настроить установку. Зарядное напряжение ГИТ указывает преподаватель. Настроить осциллограф , записать чувствительность его электронной трубки. Сняв несколько пробных осциллограмм индукции поля, произвести калибровку усилителя осциллографа. Снять осциллограммы тока и индукции магнитного поля в соленоиде. В подписях к ним указать зарядное напряжение ГИТ, скорость развертки и чувствительность осциллографа, если использовался делитель напряжения, записать его коэффициент деления. Пояснения к работе
Использование сильных и сверхсильных импульсных магнитных полей в технике, технологии и физическом эксперименте обусловливает интерес к способу их генерации, достижимым значениям амплитуды индукции и методам измерения.
Сильные магнитные поля можно получить при протекании больших импульсных токов через специальные магнитные системы, используя в качестве источника тока конденсаторную батарею — генератор импульсных токов (ГИТ. Рис. 3.15. Схема разряда ГИТ Нагрузкой ГИТ является индуктор- на индуктивную нагрузку соленоид (рис. 3.15). Без учета активного сопротивления контура связь между запасаемой энергией, максимальным током и скоростью его нарастания в таком ГИТ определяется через известные соотношения:
где С — емкость конденсаторов L — полная индуктивность контура U0 —- зарядное напряжение энергия, запасаемая в конденсаторной батарее.
М агнитное поле в соленоиде где Z — коэффициент, зависящий от геометрических размеров соленоида.
Если геометрия соленоида не изменяется в процессе протекания тока, коэффициент. При получении полей с индукцией В >60 Тл давлением агн и тн ого поляна стенки соленоида превышает предел прочности материала и индуктор деформируется. Это приводит к изменению коэффициента и уменьшению амплитуды индукции. В разрушающей катушке не всегда удается увеличить амплитуду индукции магнитного поля за счет увеличения тока. Она определяется не только током I, геометрическим фактором Z, но и скоростью нарастания тока. В разрушающемся соленоиде справедливо выражение для максимальной индукции поля [Тл, А/с]
Получение высокой скорости нарастания тока при прямом разряде конденсаторной батареи на соленоид возможно при использовании ГИТ с минимальной собственной индуктивностью. Уменьшение паразитной индуктивности достигается за счет использования параллельного включениям алоиндуктивны х элементов разрядного контура.
Для измерения импульсного магнитного поля используются волны, представляющие собой небольшую катушку, в обмотке = ]i0Z I ,
B = 2-\0A^ d i / d t .
которой индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости изменения индукции:
(3.29)
где w — число витков S — площадь сечения витка В — индукция магнитного поля S0 и В — единичные радиусы-векторы.
Если затухание невелико, то приближенно можно считать
£0
(3.29)
где w — число витков S — площадь сечения витка В — индукция магнитного поля S0 и В — единичные радиусы-векторы.
Если затухание невелико, то приближенно можно считать
£0
Вп
1=0
где со — угловая частота Вт — первая амплитуда индукции магнитного поля.
Таким образом, по ЭДС в момент времени t = 0, наведенной в магнитном зонде и измеренной с помощью осциллографа, возможно определить значение Вт или Н т = Для определения изменения индукции магнитного поля во времени удобно использовать интегрирование сигнала при помощи
ДС-цепочки.
На рис. 3.1 6 изображена схема подключения зонда к осциллографу. Учитывая, что сигнал с зонда сначала подается на интегратор сочень высоким импедансом, дифференциальное уравнение переходного процесса в измерительной цепи можно представить в виде — = Ri+Uc.
dt с
-нЭ-
R
Рис. 3.16. Схема подключения измерительного зонда к осциллографу
Если В = В exp(-5/)sinco/, то уравнение переходного процесса в операторной форме примет вид
B
q
S
w
рш
(р + д + со Ri(p) + Принимая во внимание, что i(p) = pCUc(p) и переходя кори гиналу, получаем = B0Sw
V a2 + сое где a =
RC((o2 +
52
) -
5
; cp = arc Если затухание в контуре мало (
5
« ш ), то cp = arc tg(l/caRC), и для точного интегрирования необходимо выполнение условия ср = 0 или ф —> 0 , что в свою очередь возможно при ус В данном случае у является погрешностью интегрирования. С указанной погрешностью индукцию магнитного поля можно найти по осциллограмме напряжения на интегрирующей емкости. При этом уравнение (3.31) принимает вид
и с = В (эф / i?C Следует отметить, что ошибка в измерении индуктивного магнитного поля зависит также от точности определения эффективной площади зонда эф = Sw , от степени однородности поля вместе, где расположен зонд, и от его ориентировки (SQ В тех случаях, когда поле однородно и значение б’дф зонда достаточно велико, а следовательно, и определено с большой точностью, ошибка измерений определяется во снов ном погрешностью интегрирования у В других случаях значение находят посредством калибровки зонда. Для этого зонд помещают водно родное магнитное поле, например в поле длинного одновиткового соленоида. Индукция в центре такой системы = \x0 (i/h )f{ h /d где h — длина соленоида d — диаметр. Значения f ( h / d ) известны, при h / d » 1 f ( h / d ) стремится к единице
B
q
S
w
рш
(р + д + со Ri(p) + Принимая во внимание, что i(p) = pCUc(p) и переходя кори гиналу, получаем = B0Sw
V a2 + сое где a =
RC((o2 +
52
) -
5
; cp = arc Если затухание в контуре мало (
5
« ш ), то cp = arc tg(l/caRC), и для точного интегрирования необходимо выполнение условия ср = 0 или ф —> 0 , что в свою очередь возможно при ус В данном случае у является погрешностью интегрирования. С указанной погрешностью индукцию магнитного поля можно найти по осциллограмме напряжения на интегрирующей емкости. При этом уравнение (3.31) принимает вид
и с = В (эф / i?C Следует отметить, что ошибка в измерении индуктивного магнитного поля зависит также от точности определения эффективной площади зонда эф = Sw , от степени однородности поля вместе, где расположен зонд, и от его ориентировки (SQ В тех случаях, когда поле однородно и значение б’дф зонда достаточно велико, а следовательно, и определено с большой точностью, ошибка измерений определяется во снов ном погрешностью интегрирования у В других случаях значение находят посредством калибровки зонда. Для этого зонд помещают водно родное магнитное поле, например в поле длинного одновиткового соленоида. Индукция в центре такой системы = \x0 (i/h )f{ h /d где h — длина соленоида d — диаметр. Значения f ( h / d ) известны, при h / d » 1 f ( h / d ) стремится к единице
Для определения индукции необходимо измерить ток в соленоиде. Зарегистрировав одновременно напряжение с зонда и ток в соленоиде (например, с помощью пояса Роговского или шунта, можно вычислить Эф. Задание на предварительную подготовку. Рассчитайте максимальное увеличение тока при использовании кабельного трансформатора, если емкость ГИТ С Ю “6 Ф, собственная индуктивность / , = КГ Гн, индуктивность нагрузки Г = 10-8 Гн, число витков трансформатора w = 4 , индуктивность
— Яра с сеяния трансформатора
Гн. Найдите частоту собственных колебаний в контуре ГИТ с трансформатором. Определите размеры и рассчитайте число витков зонда для измерения магнитного поля с индукцией 5 = 100 Тл в соленоиде диаметром см и длиной 2,5 см, если частота / = 250 кГц, а напряжение на осциллографе не должно превышать В. Определите погрешность, вносимую Л Си нте гр атор о м.
Численные данные для расчета могут изменяться по усмотрению преподавателя.
В рамках выполнения данной лабораторной работы эксперименты по получению импульсного магнитного поля в разрушающемся соленоиде при прямом разряде конденсаторной батареи проводят на ГИТ, состоящем из восьми конденсаторов с зарядным напряжением до 50 кВ и суммарной емкостью 38 мкФ. Индуктивность контура вместе с нагрузкой составляет 12Т09Гн, Нагрузка представляет собой одновитковый соленоид диаметром 2 мм, длиной от до 2,5ммстолщ инойстенки мм. Геометрический фактор таких соленоидов определяют экспериментально, он составляет 250-300 м в зависимости отразмеров. Измерения тока производят с помощью пояса Роговского с 5С-интегратором , индукции магнитного поля зондом — тоже с 5С-интегратором. Для регистрации сигналов используется осциллограф ОВ-3.
Зонды для измерения магнитного поля предварительно калибруют
— Яра с сеяния трансформатора
Гн. Найдите частоту собственных колебаний в контуре ГИТ с трансформатором. Определите размеры и рассчитайте число витков зонда для измерения магнитного поля с индукцией 5 = 100 Тл в соленоиде диаметром см и длиной 2,5 см, если частота / = 250 кГц, а напряжение на осциллографе не должно превышать В. Определите погрешность, вносимую Л Си нте гр атор о м.
Численные данные для расчета могут изменяться по усмотрению преподавателя.
В рамках выполнения данной лабораторной работы эксперименты по получению импульсного магнитного поля в разрушающемся соленоиде при прямом разряде конденсаторной батареи проводят на ГИТ, состоящем из восьми конденсаторов с зарядным напряжением до 50 кВ и суммарной емкостью 38 мкФ. Индуктивность контура вместе с нагрузкой составляет 12Т09Гн, Нагрузка представляет собой одновитковый соленоид диаметром 2 мм, длиной от до 2,5ммстолщ инойстенки мм. Геометрический фактор таких соленоидов определяют экспериментально, он составляет 250-300 м в зависимости отразмеров. Измерения тока производят с помощью пояса Роговского с 5С-интегратором , индукции магнитного поля зондом — тоже с 5С-интегратором. Для регистрации сигналов используется осциллограф ОВ-3.
Зонды для измерения магнитного поля предварительно калибруют
Накопители включаются специальным коммутатором, запуск которого производится импульсом напряжения отд войной формирующей линии (ДФЛ).
Схема установки приведена в инструкции по эксплуатации.
К а бел ьн ы й трансформатор имеет семь витков. На него разряжается ГИТ из четырех конденсаторов ИК с общей емкостью 12 мкФ. Для расчета индуктивности весь контур ГИТ необходимо разбить на участки собственно конденсаторы подводы конденсаторов к сборным шинам плоские сборные шины разрядник участок подвода тока от ГИТ к кабельному трансформатору собственно трансформатор разделки оплеток кабелей и плоские шины, к которым они подсоединяются нагрузка — соленоид. Индуктивности конденсаторов указаны на их корпусе. Индуктивности остальных участков контура необходимо рассчитать по их геометрическим размерам, используя формулы, приведенные в [17]. Все полученные индуктивности, емкость батареи и зарядное напряжение приводят к вторичной стороне трансформатора.
И зм ерение тока производят поясом Роговского, к обмотке которого подключен шунт. Напряжение с шунта кабелем подают на осциллограф. Магнитный зонд установлен по центру соленоида- индуктора. Зонд отрезком кабеля соединен с 3?С-интегратором, расположенным на пульте установки, проинтегрированный сигнал подают на вход усилителя осциллографа. Для определения чувствительности осциллографа используют калибратор. Погрешность определения индукции магнитного поля с помощью зонда складывается из погрешности определения эффективного сечения зонда эф = Sw, погрешности определения значений R
vl
C интегратора, погрешности интегрирования у и погрешности измерения напряжения с помощью осциллографа. Измерительные цепи и особенно вход усилителя осциллографа должны быть защищены от электромагнитных наводок. Требования к отчету
Отчет должен содержать;
а) принципиальную схему установки им агнитного зонда, паспортные данные оборудования и всех измерительных схем см. п. 1, 3, 4, 6);
Схема установки приведена в инструкции по эксплуатации.
К а бел ьн ы й трансформатор имеет семь витков. На него разряжается ГИТ из четырех конденсаторов ИК с общей емкостью 12 мкФ. Для расчета индуктивности весь контур ГИТ необходимо разбить на участки собственно конденсаторы подводы конденсаторов к сборным шинам плоские сборные шины разрядник участок подвода тока от ГИТ к кабельному трансформатору собственно трансформатор разделки оплеток кабелей и плоские шины, к которым они подсоединяются нагрузка — соленоид. Индуктивности конденсаторов указаны на их корпусе. Индуктивности остальных участков контура необходимо рассчитать по их геометрическим размерам, используя формулы, приведенные в [17]. Все полученные индуктивности, емкость батареи и зарядное напряжение приводят к вторичной стороне трансформатора.
И зм ерение тока производят поясом Роговского, к обмотке которого подключен шунт. Напряжение с шунта кабелем подают на осциллограф. Магнитный зонд установлен по центру соленоида- индуктора. Зонд отрезком кабеля соединен с 3?С-интегратором, расположенным на пульте установки, проинтегрированный сигнал подают на вход усилителя осциллографа. Для определения чувствительности осциллографа используют калибратор. Погрешность определения индукции магнитного поля с помощью зонда складывается из погрешности определения эффективного сечения зонда эф = Sw, погрешности определения значений R
vl
C интегратора, погрешности интегрирования у и погрешности измерения напряжения с помощью осциллографа. Измерительные цепи и особенно вход усилителя осциллографа должны быть защищены от электромагнитных наводок. Требования к отчету
Отчет должен содержать;
а) принципиальную схему установки им агнитного зонда, паспортные данные оборудования и всех измерительных схем см. п. 1, 3, 4, 6);
б) расчет индуктивности контура ГИТ, согласно п. 2, расчет амплитуды и формы импульса тока в соленоиде, расчет максимальной индукции поля;
в) осциллограммы тока в контуре ГИТ и осциллограммы индукции магнитного поля в соленоиде;
г) результаты расшифровки осциллограмм и сравнение полученных данных с расчетными;
д) анализ полученных данных, расчет погрешности измерения индукции магнитного поля, выводы.
Б И Б ЛИ О ГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК. Богатенков ИМ. Высоковольтные испытательные установки : учеб, пособие / ИМ. Б огатенков, Э. И . Янчус / Л ПИЛ с. Богатенков ИМИ зм ерение напряжений и токов в высоковольтных установках : учеб, пособие / ИМ. Б огатенков, Э. И . Янчус / Л ПИЛ с. Грозозащита подстанций и электрических машин высокого напряжения учеб, пособие / МВ. Костенко и др / Л ПИЛ с. Гриель Э. Статистика экстремальных значений Э. Гумель. — ММ ир, 1 9 6 5 .-4 5 0 с. Коммутационные перенапряжения в электрических сетях высокого напряжения учеб, пособие МВ. К остенко и др / Л ПИЛ с. Техника высоких напряжений учеб, пособие ИМ, Богатенков и др под общ. ред. ГС. Кучинского / С П б П Э И П К . - СП б, 1998. - 700 с. Физика грозового разряда и грозозащита линий электропередачи : учеб, пособие / МВ. К остенко и др / Л ПИЛ с. Техника больших импульсных токов и магнитных полей / П. Н . Даш ук и др. — М . : Атомиздат, 1970. — 472 с. Блечерг Г. Упрощенный анализ работы генератора импульсных токов с шунтирующим замы кателем / Г. Б лечерг / / Экспресс информация. Электрические станции, сети и системы. - МВ И НИТИ. Кучинский ГС. Высоковольтные импульсные конденсаторы ГС. К учинский. — Л. : Энергия с.
И. К аланатров ПЛ, Расчет индуктивностей ПЛ. Калана тр о в , А. А. Ц ейтлин. — М . : Энергия с
12. Расчеты параметров цепей разряда емкостных накопителей энергии методу казан и як курсовому иди п лом ному проектированию сост. ГА. Ш неерсон / Л ПИЛ с. Техническое описание, инструкция по эксплуатации прибора Е 1 2 -1 АТ ехника высоких напряжений под ред. МВ. К остенко. - М. :
Высш. шк с. Бумажном асляная изоляция в высоковольтных конструкциях под ред. ГС. К учинского. — МЛ Госэнергоиздат, 1963. — 300 с. Высоковольтные установки, испытания и измерения методу казан и я пола борат о р н ы м работам сост. Е. П. Бель ко в и др .] / Л ПИЛ с. Высоковольтная импульсная техника методу казан и я пол аб ораторным работам / сост. : Е. П . Бельков, ПИ. Шкур оп ат / Л ПИЛ с. Шваб АИ з мерен и я на высоком напряжении измерительные приборы и способы измерения А . Шваб -еи зд . — М . : Э нергоатом из- дат, 1983. — 264 с
в) осциллограммы тока в контуре ГИТ и осциллограммы индукции магнитного поля в соленоиде;
г) результаты расшифровки осциллограмм и сравнение полученных данных с расчетными;
д) анализ полученных данных, расчет погрешности измерения индукции магнитного поля, выводы.
Б И Б ЛИ О ГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК. Богатенков ИМ. Высоковольтные испытательные установки : учеб, пособие / ИМ. Б огатенков, Э. И . Янчус / Л ПИЛ с. Богатенков ИМИ зм ерение напряжений и токов в высоковольтных установках : учеб, пособие / ИМ. Б огатенков, Э. И . Янчус / Л ПИЛ с. Грозозащита подстанций и электрических машин высокого напряжения учеб, пособие / МВ. Костенко и др / Л ПИЛ с. Гриель Э. Статистика экстремальных значений Э. Гумель. — ММ ир, 1 9 6 5 .-4 5 0 с. Коммутационные перенапряжения в электрических сетях высокого напряжения учеб, пособие МВ. К остенко и др / Л ПИЛ с. Техника высоких напряжений учеб, пособие ИМ, Богатенков и др под общ. ред. ГС. Кучинского / С П б П Э И П К . - СП б, 1998. - 700 с. Физика грозового разряда и грозозащита линий электропередачи : учеб, пособие / МВ. К остенко и др / Л ПИЛ с. Техника больших импульсных токов и магнитных полей / П. Н . Даш ук и др. — М . : Атомиздат, 1970. — 472 с. Блечерг Г. Упрощенный анализ работы генератора импульсных токов с шунтирующим замы кателем / Г. Б лечерг / / Экспресс информация. Электрические станции, сети и системы. - МВ И НИТИ. Кучинский ГС. Высоковольтные импульсные конденсаторы ГС. К учинский. — Л. : Энергия с.
И. К аланатров ПЛ, Расчет индуктивностей ПЛ. Калана тр о в , А. А. Ц ейтлин. — М . : Энергия с
12. Расчеты параметров цепей разряда емкостных накопителей энергии методу казан и як курсовому иди п лом ному проектированию сост. ГА. Ш неерсон / Л ПИЛ с. Техническое описание, инструкция по эксплуатации прибора Е 1 2 -1 АТ ехника высоких напряжений под ред. МВ. К остенко. - М. :
Высш. шк с. Бумажном асляная изоляция в высоковольтных конструкциях под ред. ГС. К учинского. — МЛ Госэнергоиздат, 1963. — 300 с. Высоковольтные установки, испытания и измерения методу казан и я пола борат о р н ы м работам сост. Е. П. Бель ко в и др .] / Л ПИЛ с. Высоковольтная импульсная техника методу казан и я пол аб ораторным работам / сост. : Е. П . Бельков, ПИ. Шкур оп ат / Л ПИЛ с. Шваб АИ з мерен и я на высоком напряжении измерительные приборы и способы измерения А . Шваб -еи зд . — М . : Э нергоатом из- дат, 1983. — 264 с
Бочаров Юрий Николаевич Д удкин Сергей Михайлович
Битков Василий Васильевич
ТЕХНИКА ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ
ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ
У ч еб н ое пособие Р еда кто р а. В. Явственная Технический редактор ЛИ. Колодяжная Корректор МЛ. Водолазова Компьютерная верстка Г. Н. Кинзябулатовой
Свод, тем план 2013 г.
С анитарно-эпидем иологическое заключение Пот г.
Н алоговая льгота — Общероссийский классификатор продукции О К 005-93, т. 2; 95 3005 — учебная литература
П одписано в печать 04.02.2013. Формат к Уел. печ. л. 12,25. Тираж. Заказ С анкт-П етербургский государственный политехнический университет.
Издательство Политехнического университета, член И здательско-полиграф ической ассоциации университетов России. Адрес университета и издательства, Санкт-Петербург, Политехническая ул, 29.
Битков Василий Васильевич
ТЕХНИКА ВЫСОКИХ НАПРЯЖЕНИЙ
ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ
У ч еб н ое пособие Р еда кто р а. В. Явственная Технический редактор ЛИ. Колодяжная Корректор МЛ. Водолазова Компьютерная верстка Г. Н. Кинзябулатовой
Свод, тем план 2013 г.
С анитарно-эпидем иологическое заключение Пот г.
Н алоговая льгота — Общероссийский классификатор продукции О К 005-93, т. 2; 95 3005 — учебная литература
П одписано в печать 04.02.2013. Формат к Уел. печ. л. 12,25. Тираж. Заказ С анкт-П етербургский государственный политехнический университет.
Издательство Политехнического университета, член И здательско-полиграф ической ассоциации университетов России. Адрес университета и издательства, Санкт-Петербург, Политехническая ул, 29.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
