Файл: Медников, В. А. Высоковольтные модулированные униполярные генераторы.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.10.2024
Просмотров: 81
Скачиваний: 0
Рис. 4.22. Структурная схема решения на ЭМУ-10
дифференциальных уравнений, описывающих динами ческие свойства модулированного генератора высоко го напряжения
водить решение в замедленном масштабе, который выбирается та ким, чтобы удобно было снимать решения по отдельным точкам процесса иди просмотром его визуально по осциллографу.
Масштабный коэффициент времени пи ориентировочно выби рается из следующего условия m t~o)c= 1 0 5.
Схему набора на моделирующей машине ЭМУ-10 составляем по структурной схеме рис. 4.14 и рис. 4.18. Такое моделирование да ет ясное представление о соответствии параметров в САУ, что удобно для подбора-корректирующих цепей. Составление струк турной схемы обычно ведется с использованием готовых схем, из
которых состоит САУ.
Полная структурная схема набора 'представлена на рис. 4.22. Расчет коэффициентов схемы набора производится по форму
лам:
|
1 = |
1 |
= 1; |
|
|
К* = mtT 1 |
10М0-10-6 |
|
|
К2К 3К, = |
__1_ |
1 |
|
1 = 3,9. |
т{Т г К ь = |
105-2,04-10—6 |
|||
121
и й ы х
Рис. 4.23. Переходные характеристики скорректированной и
нескорректированной системы для различных коэффициен тов усиления в цепи обратной связи
Приняв К 2= Кз = 1, имеем К а = 3,9. Для /С6 получаем
/сП = __L_—____ 1 |
4 9 |
|
mtTb |
105-2,04-106 ~ |
’ |
Аналогично находим |
|
|
К 7 = 4,9; К8 = 3,57; |
К, = 0,0715; |
/С10 = К п — 0,3. |
Необходимые коэффициенты выставляются с помощью специ альных потенциометров, имеющих отсчетный лимб. В качестве единичного воздействия используется сигнал постоянного напря жения величиной 10 в. Моделирующая установка снабжена
122
цифровым вольтметром, что позволяет быстро и с высокой точно стью производить вывод информации.
Врезультате исследований динамических свойств модулирован ного источника высокого напряжения на электронной моделиру ющей установке ЭМУ-10 были получены характеристики переход ного процесса при различных коэффициентах усиления в системе
скоррекцией и без нее.
Врезультате анализа переходных процессов (рис. 4.23) был определен оптимальный коэффициент усиления в цепи коррекции,
обеспечивающий достаточное быстродействие при незначительном перерегулировании (не более 7%), что весьма важно при проведе нии различных измерений с модулированным генератором высо кого напряжения.
Анализ динамического режима позволил произвести соответст вующий выбор корректирующих элементов с тем, чтобы получить достаточное быстродействие при высоком качестве регулирования. При этом запас устойчивости по амплитуде составил 15,8 дб и по фазе — 36°. Переходный процесс при единичном возмущении за канчивается через 110 мксек с незначительным перерегулирова нием (не более 7%). Эти параметры достигаются при общем ко эффициенте усиления системы /<уС= 45.
Г лава п я т а я
КОНСТРУИРОВАНИЕ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ МАЛОГАБАРИТНЫХ УНИПОЛЯРНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
$ 1. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУКЦИИ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ГЕНЕРАТОРА *
Требования к конструкции генератора обусловливаются дина мическими, статическими и эксплуатационными параметрами. Вы полнение этих требований снижает потери энергии как по посто янному току, так и по высокой частоте.
В высоковольтных и высокочастотных блоках прибора качество' изоляции является определяющим. Изолирующий материал дол жен обладать высокой пробивной прочностью, малым тангенсом угла диэлектрических потерь на высоких частотах. К ним относят ся диэлектрики типа фторопласт, полистирол, полиэтилен, неко торые типы эпоксидных компаундов [6].
Для предотвращения излучения высокочастотных колебаний в окружающее пространство провода питающей сети снабжаются защитными фильтрами. Изгибы монтажных проводов следует вы полнять плавными, а детали, работающие под высоким напряжени ем, должны быть полированными и иметь округленную форму.
Вблизи высокочастотных высоковольтных трансформаторов и проводов возникает электромагнитное поле, поэтому для уменьше ния дополнительных потерь энергии, должно 'быть по возможно сти меньше изоляционных материалов и массивных металличе ских деталей [4].
Мощный импульсный усилитель требуется установить так, чтобы обеспечить свободный приток воздуха для охлаждения ба тарей транзисторов. Высоковольтные и высокочастотные блоки не обходимо заключать в индивидуальные экраны. Особенно тщатель ной экранировки требует схема измерения высокого напряжения и широтно-импульсного модулятора. Ферритовые сердечники ши ротно-импульсного модулятора, схемы задающего генератора, бу ферных усилителей снабжаются также индивидуальными экрана ми из магнитопроводящих материалов, которые надежно заземля ются.
124
§ 2. КОМПОНОВКА БЛОКОВ
Модулированный генератор высокото напряжения конструк тивно можно оформить в виде двух-трех блоков. Целесообразно высоковольтный выпрямитель и выходной трансформатор выпол нить в отдельном корпусе в виде самостоятельного блока, соеди ненного с основной схемой при помощи высокочастотного кабеля. Такая компоновка позволяет осуществить дистанционное управ ление 'высоким напряжением, что в ряде случаев может быть ре шающим фактором в применении генератора.
Блок питания от сети переменного тока можно совмещать с прибором или оформить отдельно. В последнем случае прибор бо лее удобен в эксплуатации и портативен [49].
Приведенный вариант модулированного генератора высокого напряжения разделен на три самостоятельных блока:
а) блок управления; б) блок высоковольтного выпрямителя;
в) блок питания от сети переменного тока.
Блок управления состоит из широтно-импульсного модулято ра, мощного импульсного усилителя, импульсного трансформатора, схемы измерения высокого напряжения, схемы сравнения и усилителя постоянного тока. Здесь же размещен блок УБС (уп равления, блокировки и сигнализации) и схема защиты от пере грузок. Предусмотрены и серебряно-цинковые аккумуляторы, пред назначенные для значительного уменьшения пульсаций напряже ний при питании прибора от сети переменного тока, а также в, портативной модификации.
Конструктивно блок разбит на три функциональные схемы,, включающие четыре монтажных платы с радиоэлементами схемы и выходного импульсного трансформатора. Две из них — платы каскада мощного усиления широтно-модулированных сигналов.. Этот, каскад расположен в верхней части шасси вместе с импульс ным трансформатором (рис. 5.1) [50].
Шасси играет роль экрана, препятствующего электромагнитной* связи между каскадом усиления мощности и широтно-импульсным: модулятором. Кроме того, такое размещение шасси улучшает кон вективный отвод тепла от батарей трацзисторов. В нижней поло вине шасси расположены две монтажные платы. На одной собран
генератор |
прямоугольных импульсов, |
на другой — схемы |
из |
||
мерения |
выходного напряжения |
и |
усилитель |
постоянного |
|
тока. |
|
модулятора с |
блоком |
вы |
|
Связь блока широтно-импульсного |
|||||
ходного напряжения осуществляется по кабелю РК-Ю6 с помощью разъема, расположенного на лицевой панели блока усилителя ши- ротно-модулировэнных импульсов. Длина кабеля (25 м) позво ляет производить дистанционное управление высоким напряже нием.
Рис. 5.1. Конструкция модулированного высоковольтного уни полярного генератора:
/ — ручка; |
2 — переключатель; |
3 — выключатель питания; |
4 — колодка |
||||||
питания; |
5 — предохранитель |
плавкий; |
6 — ручка |
потенциометра; 7 — |
|||||
колодка разъема; |
8 — переключатель; |
9, |
10, |
11 — клеммы модулятора; |
|||||
12 — замок; |
13 |
— корпус |
прибора; |
|
14 — |
дроссель фильтра; |
|||
15 — конденсатор |
электролитический; |
|
16 — транзисторы; |
17 — транс |
|||||
форматор |
силовой; |
18 — аккумуляторы; |
19 — потенциометр; |
20 — реле; |
|||||
21 — реле |
РЭН-20; |
22 — батарея транзисторов; |
23 — трансформатор им |
||||||
пульсный; |
24 — разъем межблочный; |
|
|
|
|
|
|||
На лицевой панели блока установлены приборы для измерения тока и напряжения на выходе высоковольтного выпрямителя, пе реключатель модуляции тока или напряжения, клеммы подключе ния модулирующего напряжения как с постоянной составляющей сигнала, так и без нее. Постоянную составляющую можно регули ровать ручкой переменного резистора «Установка уровня».
На панели предусмотрены гнезда для подключения осцилло графа, контролирующего выходные импульсы. Эти гнезда при необ ходимости можно использовать для включения какой-либо нагруз ки (например, пластины из пьезокерамики, дающие ультразвуко вые колебания частотой 100 кгц).
В левой половине шасси и лицевой панели расположены блок управления, блокировки и сигнализации; прибор для контроля то ка и напряжения питания (12 в); переключатель измерения тока и напряжения; предохранители; сигнальные устройства с выклю чателем сети; колодка для подключения источника к сети перемен ного тока. Внутри блока сверху шасси размещены электромагнит ные реле, внизу — электрический монтаж схемы блока.
Соединение внешних источников питания осуществляется при помощи штепсельного разъема, расположенного на задней панели: блока.
J2 6 |
12Г |
Рис. 5.2. Функциональная схема стабилизированного блока выпрямителя
Блок высоковольтного выпрямителя конструктивно выполнен отдельно, это позволяет управлять им дистанционно. Внутри бло ка расположен высоковольтный трансформатор, выпрямитель на вакуумных диодах 1Ц7С, зарядные высоковольтные конденсаторы, высокоомный делитель высокого напряжения и сопротивления для измерения тока в нагрузке. Связь блока с нагрузкой осуществля ется при помощи высоковольтного разъема, а с генератором им пульсов — низковольтным разъемом.
Блок питания прибора состоит из силового трансформатора, дросселя, схемы выпрямления и стабилизации (рис. 5.2).
Конструктивно трансформатор и дроссель размещены по кра ям блока так, чтобы центр тяжести находился примерно в середи не. Крепление блока к генератору импульсов осуществляется при помощи замков, расположенных с боку прибора по два 'с каждой стороны. Такое крепление блока не увеличивает габариты лицевой панели, что важно для лабораторных условий [51—52].
§ 3. КОНСТРУКЦИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО И ИМПУЛЬСНОГО ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Для обеспечения минимальных индуктивностей рассеивания
.и увеличения к. п. д. импульсного выходного трансформатора Трб обмотки распределены равномерно по сердечнику. Схема распреде ления и соединения обмоток трансформатора представлена на рис. 5.3. Все коллекторные и эмиттерные обмотки трансформатора разделены на две части," каждая из которых намотана на катушку в один слой. Катушки надеваются на противоположные стержни ферритового сердечника, а повышающая обмотка разбита на че тыре секции и намотана поверх первичных. Сердечник трансфор матора представляет две Г-образные стыкующиеся половины с тщательно подогнанными отшлифованными поверхностями (рис. 3.16), склеенными ферроклеем, который приготовляют из клея БФ-2 и тонко измельченного-ферритового порошка.
128
Рис. 5.3. Схема распределения и расположения обмоток
импульсного трансформатора
Внутриобмоточное соединение трансформатора выполняется по кратчайшему расстоянию. Выводы обмоток крепятся к расшивочным панелям.
При конструировании высоковольтных трансформаторов осо бенно высокие требования предъявляют к качеству изоляции, ее пробивной способности и диэлектрическим потерям на высоких частотах. Эти требования определяют расположение обмоток на сердечнике. Форма сердечника высоковольтного трансформатора отличается от сердечника импульсного размерами окна. Трансфор матор включает четыре обмотки. Первичная намотана на нижнюю часть сердечника в один слой. Каждая из трех высоковольтных обмоток содержит по две секции. Секции намотаны на полистиро ловые каркасы и расположены на верхней и боковых частях сер дечника.
Для увеличения надежности работы, снижения влияния внеш них условий трансформатор заливают эпоксидным ком паундом.
Высоковольтные выводы следует выполнять так, чтобы исклю чить электрический пробой и коронирование с них. Для предотвра щения явлений короны и разряда между изолированной катушкой [53] или металлической конструкцией генератора на поверхность залитого трансформатора наносится противокоронирующее покры тие, соединяемое с землей или корпусом прибора.
129