Е. Г. КРАСТЕЛЕВ
РНЦ “Курчатовский институт”, Москва
ОПТИМИЗАЦИЯ СХЕМ УПРАВЛЕНИЯ
СИЛЬНОТОЧНЫМИ ВАКУУМНЫМИ РАЗРЯДНИКАМИ
Суммированы требования, предъявляемые к параметрам импульсов управления вакуумными разрядниками, рассмотрены способы формирования импульсов с требуемыми параметрами, приведены примеры построения блоков управления, оптимизированных для различных применений.
Управляемые вакуумные разрядники (РВУ) широко используются в различных высоковольтных устройствах высокой мощности. Традиционной областью их применения является коммутация емкостных накопителей энергии в мощных электрофизических установках.
В зависимости от параметров установок и типа используемых разрядников к блокам управления («поджига») предъявляются различные требования. Общими требованиями для широко используемых РВУ стержневой конструкции разработки -АВИС» [1,2] являются следующие. Для надежного включения амплитуда импульса напряжения должна быть не менее 5-6 кВ, а длительность – не менее 1 мкс. После пробоя управляющего промежутка разрядника ток в цепи управления определяется схемой поджига и может составлять от десятков до тысяч ампер. Максимальный ресурс при высокой надежности включения разрядника обеспечивается при определенном выборе амплитуды и длительности тока поджига в зависимости от параметров импульса тока в коммутируемой цепи и конкретного типа разрядника. Изготовители разрядников рекомендуют формировать импульсы тока поджига в виде быстро затухающей синусоиды. Период колебаний и амплитуда тока должны выбираться таким образом, чтобы максимальная скорость нарастания тока на первой полуволне была сравнима с максимальной скоростью нарастания основного тока в момент включения разрядника, а длительность тока поджига не должна превышать ½ длительности фронта основного тока.
В зависимости условий конкретного использования РВУ изложенные выше требования могут быть реализованы различными схемными и техническими решениями.
Для управления РВУ, коммутирующих относительно медленные конденсаторные батареи с длительностью полуволны разрядного тока Т/2 ³ 100 мкс, были разработаны блоки поджига с разрядом через тиристор низковольтного накопительного конденсатора на первичную обмотку повышающего импульсного трансформатора (ИТ), вторичная обмотка которого подключена к управляющему промежутку РВУ. От аналогичных по построению известных схем они отличаются наличием на выходе ИТ дополнительной емкости, которая за счет «резонансной» зарядки обеспечивает почти двукратное увеличение амплитуды импульса напряжения. Это позволяет во столько же раз уменьшить коэффициент трансформации ИТ, и, соответственно, уменьшить ток, а также, что наиболее важно, скорость нарастания тока через тиристор при тех же параметрах тока в цепи поджигающего промежутка РВУ. В результате такой оптимизации схемы были созданы блоки поджига на токи до 1 кА с использованием широко распространенных и недорогих серийных тиристоров (типа ТЧИ-100).
Для формирования коротких (Т/2 »1 мкс) импульсов управления РВУ, коммутирующих быстрые батареи (характерное время разряда ~10 мкс и менее), обычно используется разряд конденсатора, заряжаемого до полного напряжения поджига, на управляющий промежуток РВУ через вспомогательный управляемый разрядник. Такой подход требует применения высоковольтного источника зарядки конденсатора с гальванической развязкой на полное напряжение коммутируемой цепи и высоковольтной развязки цепи управления вспомогательного разрядника. Конструкция блока существенно упрощается при использовании схемы быстрой импульсной зарядки конденсатора и неуправляемого искрового разрядника. Гальваническая развязка в этом случае осуществляется с помощью сравнительно простого по конструкции ИТ с небольшим числом витков, изолированных на полное напряжение батареи. Стабильность временных и амплитудных параметров выходных импульсов поджига достигается применением специально разработанных неуправляемых искровых разрядников, стабилизированных дополнительным искровым или коронным разрядом.
Список литературы
1. , . // ПТЭ. 1996. №3. С. 80-86.
2. , , . // ЭЛЕКТРО. 2002. №2. С.31.
