Файл: Фогельсон, Т. Б. Импульсные водородные тиратроны.pdf

прохождении импульса тока, определяющего его защит­ ные свойства), являются малое время отпирания (при­ бор должен включаться в период нарастания выброса напряжения) и высокая электрическая прочность при отрицательном напряжении на аноде. Более тяжелым является режим в цепи снятия перезаряда, когда отрицательное напряжение анода нарастает посте­ пенно и приложено к аноду в течение длительного вре­ мени. В цепи, шунтирующей выброс напряжения им­ пульсного трансформатора, напряжение нарастает за доли микросекунды и существует лишь в течение дли­ тельности основного импульса.

Большинство импульсных тиратронов рассчитаны на достаточно высокое отрицательное напряжение, чему способствует низкая проницаемость сетки. Что же ка­ сается малого времени отпирания, то здесь существен­ ную роль играют условия поджига тиратрона. Обычно для тиратрона, используемого в режиме защитного дио­ да, не требуется специального генератора поджигающе­ го импульса. Поджиг может осуществляться, например, за счет энергии, запасенной в конденсаторе, включенном между анодом и сеткой (Сп и С'п на рис. XI.7), заряд которого происходит одновременно с зарядом формирую­ щей линии. Для уменьшения времени развития разряда я защитном диоде следует увеличить ток поджига, он должен значительно превышать сеточный ток в режиме коммутирующего прибора.

XI.2. ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ ТИ­ РАТРОНОВ

В ряде устройств увеличение импульсной мощности целесообразно осуществлять путем параллельного или последовательного включения группы тиратронов. В схе­ мах малой и средней мощности переход к более мощным тиратронам не всегда удобен из-за пониженных вибра­ ционных характеристик, необходимости принудительного охлаждения и других особенностей приборов большой мощности. Создание сверхмощных устройств вообще не­ осуществимо без группового соединения тиратронов, так как импульсная мощность в единице прибора огра­ ничена.

Параллельное соединение предпочтительнее последо­ вательного. Тиратроны в схемах параллельного включе­

ния работают более надежно, кроме того в схемах па­ раллельного включения удобно осуществить резервиро­ вание приборов.

Наиболее важно при параллельном включении полу­ чить равномерное распределение тока между приборами. Непосредственное соединение анодов тиратронов, как и других типов газоразрядных приборов, при параллель­ ной работе не применяется, поскольку отпирание одного из тиратронов приводит к снижению анодного напряже­ ния настолько, что остальные тиратроны вообще не от­ пираются.

Для равномерного распределения токов между ано­ дами тиратронов помещаются специальные трансформа­ торы или балансные дроссели, обмотки которых имеют равное число витков и включены в противофазе. На рис. XI. 8 дана схема включения двух тиратронов Л\

и Л 2. Принципиально число приборов, включаемых па­ раллельно, может быть больше. При отпирании одного из тиратронов и уменьшении напряжения на нем на ин­ дуктивности Le, включенной в анодную цепь, возникает ЭДС, препятствующая нарастанию тока и снижению на­ пряжения в общей точке А модулятора до отпирания второго тиратрона.

Отпиранию отстающего тиратрона способствует пере­ напряжение на его аноде, возникающее за счет связи встречных обмоток балансного дросселя La- Как упоми­ налось выше, в импульсных тиратронах промежуток

196

анод — сетка обладает значительной емкостью. При быстро растущем напряжении анода запаздывающего тиратрона на его сетке возникает положительный им­ пульс, амплитуда которого тем больше, чем больше сум­ марное сопротивление промежутка катод-сетка. Возни­ кающее перенапряжение на сетке ускоряет отпирание.

После отпирания тиратронов в обоих плечах дроссе­ ля устанавливаются равные токи, суммарный магнитный поток сердечника падает и сопротивление дросселя уменьшается. Балансный дроссель регулирует и распре­ деление тока между тиратронами. При увеличении тока через один из тиратронов повышается реактивное сопро­ тивление обмотки дросселя, включенного в его анодную цепь, и токи выравниваются.

Неравномерность в распределении тока при парал­ лельной работе тиратронов на коротких импульсах тока (доли микросекунды) определяется главным образом разностью во времени запаздывания ta, а при работе на длинном импульсе разностью в сопротивлении обмоток балансного дросселя.

Уменьшить неравномерность распределения тока, су­ ществующую за счет различия времени запаздывания Ьл, можно, используя в качестве индуктивности первого зве­ на формирующей линии дроссель с насыщающимся сердечником (подобно тому, как это описано в разд. XI. 1). В такой схеме процесс отпирания обоих ти­ ратронов и перераспределение тока между ними должны быть завершены до насыщения дросселя. После насыще­ ния амплитуда тока увеличивается, когда падение напря­ жения на обоих тиратронах мало.

Повышению равномерности распределения тока меж­ ду параллельно включенными тиратронами способствует питание сеток обоих тиратронов от общего мощного ге­ нератора поджигающих импульсов при соединении сеток через балансный дроссель. Такое включение значитель­ но уменьшает различие во времени момента отпирания тиратронов. Обеспечить одновременное отпирание тира­ тронов можно также при подключении поджигающих импульсов на сетку каждой из ламп через регулируемую линию задержки (JI3 на рис. XI.8 ).

Применяя параллельное включение тиратронов, сле­ дует помнить, что кратковременное перенапряжение су­ ществует на них во всех схемах включения. Поэтому при параллельной работе тиратроны должны работать при напряжении, меньше номинального.

197

жащий для равномерного распределения напряжения между тиратронами. Делитель следует делать компен­ сированным, учитывая, что параллельно R t включена емкость на землю накального трансформатора тиратро-

—делитель напряжения, JJ3 —регулируемая линия задержки сеточного импульса, ЛЛ—диод и цепи снятия перезаряда линии.

на Л2. Недостаток последовательного включения в том, что цепи накала катода и сеточного поджига тиратро­ на Ло должны иметь высоковольтную изоляцию.

Другой недостаток последовательного включения — существование кратовременного перенапряжения на од­ ном из тиратронов, равного двойному анодному напря­ жению. Для уменьшения амплитуды и длительности пе­ ренапряжения, возникающего на запаздывающем тира­ троне нужен синхронный поджиг тиратронов.

В [109] описана схема модулятора, в котором для увеличения коммутируемой мощности последовательно включается несколько формирующих линий с коммути­ рующими тиратронами (рис. XI. 10). Все линии заряжают­ ся параллельно через индуктивности £зар, служащие од­ новременно разделительными н зарядными дросселями для каждой линии. При отпирании тиратронов вдоль формирующей линии (плечо I) распространяется волна напряжения, и через некоторое время t — т/2 , где т — длительность импульса, импульс напряжения возникает на нагрузке.

Последовательно разряжающиеся на нагрузку фор­

198

мирующие линии позволяют увеличить напряжение на ней в п раз по сравнению с напряжением на одном тира­ троне (п — число линий).

Преимущество этой схемы перед обычной схемой по­ следовательного включения в том, что перенапряжение на отстающем тиратроне может возникнуть лишь в том

Рис. XI. 10. Схема умножения напряжения с двойными формирую­ щими линиями.

£-зар —зарядные и разделительные дроссели, В —выпрямитель, ГПИ —генератор

сеточных импульсов, —коммутирующие тиратроны, И —нагрузка, / —ком­

мутируемое плечо двойной формирующей линии; II —плечо двойной формирую­ щей линии.

случае, если разброс во времени запаздывания от тира­ трона к тиратрону превышает т/2. Так как для большин­ ства типов тиратронов нестабильность во времени запаз­ дывания не превышает нескольких десятых микросекун­ ды, то уже при длительности импульса свыше 1—2 мкс, перенапряжения на тиратронах в этой схеме не возни­ кают.

XI.3. ГЕНЕРАТОРЫ С УДАРНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО КОНТУРА

199

баний. Затухающие колебания высокой частоты, полу­ чаемые при ударном возбуждении контура, применяют­ ся в различных областях техники, где не требуется по­ стоянство амплитуды и стабильность частоты колебаний. Наиболее широко они используются для индукционного нагрева в электротермии. Высокий кпд преобразования энергии постоянного тока в высокочастотную энергию дает генераторам на тиратронах значительное преимуще­ ство по сравнению с обычными ламповыми генератора­ ми [119].

Первое упоминание о генераторах затухающих коле­ баний на импульсных тиратронах приводится в [1 1 1 ]. Анализ затухающих колебаний в схемах с тиратронами, время восстановления которых больше периода колеба­ ний, приведен в [112, 113]. В этих работах изучаются условия, при которых после прохождения импульса тока через тиратрон напряжение на нем остается отрицатель­ ным на время, достаточное для восстановления электри­ ческой прочности, независимо от частоты колебаний в контуре.

На рис. XI.11, а, приведена типовая схема возбужде­ ния затухающих колебаний. Зарядная цепь в этой схеме

Рис. XI. П. Схема и форма напряжения устройства возбуждения затухающих колебаний:

а —типовая схема, б — форма тока i и напряжения uQна колебательном кон­ туре.

200

не отличается от зарядной цепи в линейном модуляторе. При отпирании тиратрона емкость Ct разряжается на L x и колебательный контур С2Ь2. За время импульса тока емкость перезаряжается до отрицательного напряжения, а в контуре L2C2 возбуждаются колебания.

Расчет процесса, происходящего в цепи после про­ хождения импульса тока через тиратрон, основан на на­ ложении свободных колебании контура L2C2 на медлен­ ный заряд емкости С\ через L3ap (рис. XI. 11, б) . При опти­ мальных соотношениях параметров Ch С2, Lt, L2 и L3ap напряжение на емкости Сj после прохождения импульса тока Uс1 = — 0 , 6 Uа, где Ua напряжение на аноде тира­ трона.

В контуре Ь2С2 развиваются свободные колебания с начальной амплитудой 0,6 £/а. Обратное напряжение на

Снижение амплитуды колебаний за счет потерь в кон­ туре должно было бы привести к уменьшению напряже­ ния на аноде до U0gp = —0,6 Ua. Однако в силу того, что в этот же период Сi заряжается через L3ap, абсолютная величина U0ср уменьшается. Если скорость заряда не превышает скорости уменьшения амплитуды колебаний контура, напряжение на аноде тиратрона остается отри­ цательным до тех пор, пока зарядная кривая не перей­ дет в положительную область. Выбирая параметры за­ рядной цепи и частоту повторения, можно поддерживать напряжение на тиратроне отрицательным до восстанов­ ления его электрической прочности.

Предельное напряжение анода Ua в схеме генератора затухающих колебаний ограничивается величиной допу­ стимого обратного напряжения на тиратроне после про­ хождения импульса тока.

тиратрон dijdt = 0. Тогда рост обратного напряжения на тиратроне происходит постепенно в зависимости от периода свободных колебаний контура (рис. XI.11, б). При конечной добротности контура в момент прекраще­ ния тока через тиратрон dijdt^= 0 (рис. XI.12). Напря­ жение на контуре не равно напряжению на емкости Ucь

201

и происходит мгновенный скачок обратного напряжения, особенно опасный для тиратрона.

Скачок обратного напряжения U0ср при добротности колебательного контура Q = 5 составляет 0,3 Да, при

Q = 10—0,23 Uа и при Q = 50—0,08 Ua. Амплитуда скач­ ка обратного напряжения и скорость роста £/0оР влияют на электрическую прочность тиратрона в послеразрядный период. При высокой добротности контура, когда скачок обратного напряжения отсутствует, время нара-

о t+О ВО 120 160 180

зл. градусы

Рис. XI. 12. Форма тока при различных добротностях резонанс­ ного контура.

станин обратного напряжения составляет от нескольких десятых долей до нескольких микросекунд (определяет­ ся периодом колебаний контура LoCo).

Известно, что приложение высокого обратного напря­ жения к тиратрону после прохождения импульса вызы­ вает повышение потерь на аноде п сетке и может приве­ сти к обратным зажиганиям.

Исследование тиратрона ТГИ2—260/12, приведенное в [114], показало, что предельная частота колебаний, которую можно получить в контуре с ударным возбуж­ дением при номинальных параметрах тиратрона, состав­ ляет 880 кГц. Для увеличения частоты колебаний нужноснижать средний ток тиратрона.

Большой экспериментальный материал получен по эксплуатации импульсных тиратронов в установках ин­

ность 2000 ч [115, 116].

202