Расчет высоковольтного генератора импульсных напряжений

     Определим , ,

     Рассчитаем  форму импульса по формуле:

  – (1),

,

    – (2),

. 

4.1 Определение уровня пульсаций и выбор величины R_к. 

     Для того, чтобы уровень пульсаций  не превышал заданный: , при построении графика напряжения на нагрузке методом подбора определяем сопротивление и емкость нагрузки .

     На  первом этапе расчета  , но так как уровень пульсаций превышает заданный, то значение выбираем из диапазона , где

,

 Ом.

     Методом подбора определяем значения Ом.

Поскольку фронт импульса и длина волны слишком велики, то увеличим                                                                                            Ф.

     Увеличение  начальных значений ведет к снижению напряжения на нагрузке , поэтому, возникает необходимость увеличения коэффициента до величины . Тогда, напряжение В.

     Также добавочное сопротивление влияет на емкость ГИН в ударе:

     

и количество ступеней ГИН: n=13.

     Таким образом, сопротивление будет распределяется по ступеням ГИН равномерно: Ом.

     Полная  индуктивность разрядного контура  ГИН: Lгин= 1,799 Гн.

     От  значения U зависит выбор напряжения источника заряда ГИН, которое должно иметь на выходе напряжение не менее  В.

С учетом В и Ом форма импульса будет определяться по формуле:

 

При В, при В, В, кВ.

     Определим уровень пульсаций по формуле  , 
 

     4.2 Определение фронта импульса и длины волны. 

     На  рисунках 1 и 2 представлены графики  напряжения на нагрузке.

     По  графику, представленном на рисунке  1, находим длительность спрямленного фронта волны с.

     Определим погрешность   ,

      

.

По графику  представленном на рисунке 2, находим  длину волны 

с.

     Определим погрешность   ,

      

.

Погрешности

и не превышают допустимые ГОСТом отклонения:

   
 

5.Конструкционный чертеж ГИН 

Конструкционный чертеж ГИН в 3-х проекциях представлен в Приложении 1. 

 

Рис. 1. Определение фронта волны.

 

Рис. 2. Определение  длины волны. 
 
 
 
 
 

II. Расчет зарядного  устройства ГИН. 

1. Расчет процесса заряда ГИН 

     Для определения процесса заряда конденсатора воспользуемся методом расчета  по углу отсечки за каждый полупериод. Приращение напряжения на конденсаторе за полупериод определяется уравнением:

,

где   – угол отсечки,

        – постоянная времени цепи заряда;

        – угловая частота сети  переменного тока 50 Гц.

     В первый полупериод и равно: .

     Для определения  (приращение напряжения на конденсаторе за второй полупериод) рассчитаем по формуле: . Затем определим :

.

Приращение напряжения за два полупериода составляет: . Рассчитываем :

     Определяем : ,

     Приращение  напряжения за три полупериода составляет: . Рассчитываем :

 и т. д.

     Расчет  будем вести до значения напряжения на конденсаторе, равном:

.

     Определим время заряда конденсаторов, емкость  которых составляет

 Ф,

 с.

     Найдем  число циклов заряда n, при котором  напряжение заряда конденсаторов ГИН  достигнет заданной величины.

     Для однополупериодной схемы заряда .

     Напряжение  , до которого будет заряжаться конденсатор, определим по формуле:

 кВ.

     Рассчитаем  напряжение источника питания по формуле: кВ.

     В расчете по программе Mathcad (приложение 2) задаем число  , значение напряжения источника питания , угловую частоту сети переменного тока Гц, емкость конденсаторов С и сопротивление зарядного резистора R, которое предварительно задается равным:

 Ом,

и производим расчет . Поскольку, полученное в расчете значение отличалось от заданного, то величину R методом подбора уменьшили до значения Ом. 

2. Расчет выпрямительного устройства. 

     Диоды для выпрямительного устройства выбираем по двум параметрам:

      – допустимое значение обратного напряжения диода :

 В

     Последовательное  включение диодов увеличивает обратное напряжение выпрямителя на число  последовательно включенных диодов. Поэтому, из-за некоторого разброса значения , выбираем число последовательно включенных диодов таким, чтобы суммарное на 20–25 % превышало 2Е:

 В

      – допустимая величина прямого тока диода :

     Выбор диодов по току производится из действующего значения зарядного тока, величина которого находится из выражения:

,

где   Вт,

 В.

     Тогда действующее значение зарядного  тока: А.

     По  выше приведенным параметрам из таблицы 1 выбираем 6 ветвей по 9 последовательно включенных диодов типа КЦ105В ( ). 

3.Выбор  повышающего трансформатора. 

     Выбор трансформатора производится исходя из требуемого уровня напряжения на высокой  стороне и потребляемой мощности.

     Средняя мощность повышающего трансформатора составляет:

,

     где к.п.д. заряда через резисторы составляет 50%, тогда мощность равна:

 Вт.

     Из  таблицы 2 выбираем трансформатор типа: ИОМ–100–40–2, у которого

 В,  кВ, кВт, количество изолированных выводов ВН:1. 

     4. Выбор регулятора напряжения. 

     Регулятор напряжения выбирается по значению мощности и заданной глубине регулирования  напряжения:

 А.

Поскольку из приведенных  регуляторов напряжения в таблице 3 ни один не подходит, то для данного  ГИН необходимо разработать свой регулятор напряжения. 
 

5. Выбор схемы управления зарядом и коммутацией ГИН. 

     Стандартная схема управления зарядом и коммутацией  ГИН приведена на           рис. 1 (двухполупериодная схема заряда)

Рис. 1.Схема управления зарядом и коммутацией ГИН ( двухполупериодная схема заряда). 

     Выберем для данной схемы, исходя из напряжения сети и передаваемой мощности, тип  контактора переменного тока. Он выбирается из максимального тока первичной  обмотки силового трансформатора, величину которого можно оценить из соотношения:

 А.

Поскольку из приведенных  контактов в таблице 4 ни один не подходит, то для данного ГИН необходимо разработать свой контактор. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

Приложение 1. 
 

 

Приложение 2. 

 
 

 

Список  литературы 

1. Конспект  лекций.
2. Методические указания по выполнению курсового проекта
3. Приложения и таблицы к методическому указанию