УДК 537.52
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗРЯД ПО ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДОГО ДИЭЛЕКТРИКА. 2. ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛЬНОТОЧНОГО КОММУТАТОРА А.Н. Григорьев1,2, А.В. Павленко2, А.П. Ильин1, Е.И. Карнаухов2 НИИ высоких напряжений Томского политехнического университета E-mail:
[email protected] 2 РФЯЦ – Всероссийский НИИ технической физики им. акад. Е.И. Забабахина, г. Снежинск 1
Экспериментально исследовались влияние зарядного напряжения и индуктивности нагрузки на характеристики коммутатора, работающего на принципе пробоя по поверхности диэлектрика. Измерены импеданс, активное сопротивление и индуктивность при различных режимах работы коммутатора. Обнаружено, что для времени 5…18 мкс имеет место квазистационарная стадия разряда, когда индуктивность и активное сопротивление коммутатора постоянны.
Введение
При разработке современных электрофизических установок возникает необходимость проведения их предварительного исследования, учитывающего физические процессы, которые протекают в накопителе энергии, коммутаторе и нагрузке. Для этого нужны детальные сведения о количественных характеристиках этих процессов. Такие исследования становятся особенно актуальными в настоящее время, когда параметры установок приближаются к предельным, и требования к качественным и количественным характеристикам электрофизических установок резко возрастают. Коммутатор является ключевым элементом, в том плане, что обеспечивает возникновение и существование самого процесса ввода энергии в нагрузку. Повышение скорости ввода энергии в нагрузку вынуждает предпринимать попытки сведения к минимуму индуктивности и активного сопротивления всего разрядного контура. При этом вклад индуктивности коммутирующего разрядника в индуктивность контура может достигать 40 %, а энерговыделение в коммутаторе к моменту времени tT/4 (первому максимуму тока) – величины порядка 30 % от общего запаса конденсаторной батареи [1]. Таким образом, коммутатор, с одной стороны, уменьшает амплитуду тока в нагрузке, а, с другой, снижает КПД передачи энергии из емкостного накопителя в нагрузку. Первая и вторая проблемы тесно связаны между собой.
Любой коммутатор (разрядник) обладает характерным для него временем коммутации – зависимостью напряжения на коммутаторе Uk(t) или сопротивления коммутатора Rk(t) от времени [2]. Эту зависимость принято называть характеристикой коммутации. Как было показано [2], эта характеристика определяется как типом самого коммутатора, так и протекающим через коммутатор током I(t), т.е. Uk(t) зависит от зарядного напряжения накопителя U0 и импеданса Zн нагрузки. Низкоиндуктивные многоискровые разрядники, работающие на принципе пробоя по поверхности диэлектрика [3, 4], часто используются при построении сильноточных генераторов тока. В процессе включения их сопротивление заметно изменяется, проходя область интенсивного поглощения энергии из контура. На практике наиболее простыми способами регулирования скорости ввода энергии является изменение индуктивности контура и изменение зарядного напряжения конденсаторной батареи. При этом изменяются характеристики коммутатора, и наиболее надежные данные по энерговводу в нагрузку можно по