Билет 1. Генератор импульсных напряжений. Принцип действия. Схемы. Зарядные устройства.
Испытания изоляции электрооборудования импульсным напряжением проводятся с целью проверки её стойкости к грозовым и коммутационным перенапряжениям, возникающим в процессе эксплуатации.
В схемах ГИНов используется принцип сложения (умножения) напряжения на отдельных конденсаторах, предварительно заряженных до сравнительно небольшого напряжения(такие генераторы называют многоступенчатыми). В первых генераторах коммутация конденсаторов в последовательное соединение осуществлялась с помощью неуправляемых искровых разрядников с шаровыми электродами, которые срабатывали под действием «естественных» перенапряжений при запуске разрядника первой ступени.
Все ГИНы делятся на 2 группы: с односторонней и двусторонней зарядкой. Принцип работы на примере первого.
Конденсаторы ступеней Сс заряжаются от источника постоянного напряжения Uз через защитное сопротивление Rз’. Между собой конденсаторы соединены зарядными сопротивлениями Rз. При достижении требуемого напряжения на конденсаторах, несколько меньшего Uз, после прихода пускового импульса срабатывает разрядник 1й ступени P1, потенциал точки 1 быстро становится равным величине зарядного напряжения, потенциал точки 2 – двойному значению зарядного. Потенциал точки 3 остается равным 0, т.к. емкость конструктивных элементов относительно земли Сз, связанных с этой точкой, не может быстро зарядиться через сравнительно большое сопротивление Rз. Поэтому на разряднике второй ступени возникает перенапряжение (разность потенциалов между точками 2 и 3 равна двойному зарядному), и он пробивается.
Потенциал точки 3 равен двойному, а точки 4 – тройному значению зарядного напряжения. На разряднике следующей ступени будет возникать трехкратное перенапряжение и он пробивается. (и т.д.)
На выходе генератора имеется выходной разрядник, исключающий подачу напряжения на объект испытания в процессе зарядки. Он также пробивается под действием перенапряжений. Для получения импульса на объекте служат фронтовые сопротивления и емкость, а также разрядное сопротивление.
Схемы могут отличаться от представленной. В каждую ступень обычно вводят демпферное сопротивление, тогда фронт волны формируется суммой всех демп. резисторов и фронтового.
Полярность импульса совпадает с полярностью зарядного напряжения.
В настоящее время используются схемы ГИН с многозазорными разрядниками и вентилями.
Зарядные устройства.
Назначением ЗУ является зарядка накопительных конденсаторов до заданного напряжения, значение которого чаще всего должно регулироваться в широких пределах. Необходимая энергия чаще берется из сети, поэтому ЗУ, как правило, состоит из повышающего тр-ра, выпрямителя с токоогранич. элементами, переключателя полярности, устройств регулирования и автоматизации зарядки, измерительных и вспомогательных устройств ТБ.
При проектировании ЗУ проводится расчет с целью разработки экономичного и надежного устройства, обеспечивающего заданные параметры режима зарядки: уровень напряжения и время зарядки, диапазон регулирования напряжения и тока, точность стабилизации напряжения и тока на заданных уровнях, время цикла «заряд-разряд», время непрерывной работы и т.д. Важным энергетическим показателем ЗУ является КПД.
Эффективным способом является зарядка неизменным током, что достигается применением индуктивно-емкостных схем, преобразующих источник неизменного напряжения в источник неизменного же тока.
Схема замещения разрядного контура генератора импульсов напряжения.
Достаточно полная схема замещения разрядного контура ГПН представлена на рис.2. В этой схеме: С 1 - емкость генератора в разряде: R 1 - суммарное активное сопротивление разрядной цепи ГПН и успокоительных сопротивлений для подавления высокочастотных колебаний в разрядной цепи: R2 - разрядное сопротивление, предназначенное для регулирования длительности импульса: С 2 - сумма емкости объекта, паразитной емкости ГПН и специально включенной емкости для регулирования длительности фронта импульса: R ф- сопротивление, включаемое для регулирования длительности фронта импульса: L 1и L 2 - индуктивности элементов ГИН и петли подсоединения объекта к ГИН.
Наличие индуктивности в разрядной цепи ГИН приводит к возникновению колебаний и искажению фронта апериодического импульса и в то же время усложняет расчет генератора. В соответствии с требованиями на стандартный грозовой импульс напряжения допускается наложение колебательной составляющей не более 5 % от амплитуды импульса. Отсутствие колебаний достигается при условии
При выполнении условия влиянием индуктивности можно пренебречь и удовлетворительные результаты расчета могут быть получены при использовании более простых схем замещения (рис. 3), полученных из полной схемы замещения при условии R ф = 0 (рис. 3. а) и R 1 = О (рис. 3. б). Эти схемы отличаются друг от друга, в основном, коэффициентом использования разрядной схемы ГИН.
Для схем рис. 3 изменение напряжения на выходе U2дается дифференциальным уравнением второго порядка
где Н и 
- коэффициенты, зависящие от параметров схемы. Решение этого уравнения относительно U 2имеет вид
(1)
где P1 и P 2 - корни характеристического уравнения, а А - постоянная интегрирования, которая может быть определена из граничных условий при
t = 0.
Таким образом, напряжение на выходе ГИН описывается выражением:
(2)
