Исследование электрических характеристик высоковольтного разряда в жидкометаллических средах
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
ое удельное сопротивление. При очень высоких частотах () появляется эффект вытеснения тока на поверхность, при этом она сильно разогревается, а середина остается холодной. Этот эффект называется скин-эффектом.
.2.3 Пояс Роговского.
При измерении токов в несколько сот килоампер или больших значений энергия, вкладываемая в нагрузку в единицу времени, велика. Это приводит к термической и динамической неустойчивости шунта, он становится громоздким и может значительно увеличить затухание в разрядном контуре и его индуктивность. В этом случае целесообразно применение пояса Роговского. Но необходимо помнить, что его недостатком является погрешность, обусловленная погрешностью интегрирования ЭДС, индуцированной в обмотке пояса.
Конструктивно пояс Роговского представляет собой катушку, в витках которой по закону полного тока индуцируется напряжение,
пропорциональное производной тока . Чтобы получить сигнал, пропорциональный току, нужно проинтегрировать напряжение. Осуществляется это RL или RC-цепочкой. Кроме того, можно применять также присоединенный через емкость интегрирующий операционный усилитель, позволяющий достичь гораздо меньших нижних частот измерительного устройства.
В заключение отметим несколько различий, характерных для поясов Роговского с RC и RL интегрирующей цепочкой.
Последние могут охватывать более широкий диапазон частот в сравнении с RC -цепочкой, которая на высоких частотах приводит к так называемого "дребезгу". Объяснить его можно следующим образом: пояс Роговского по своей сути - катушка определенной индуктивности, включение к ней дополнительной емкости С приводит на высоких частотах к появлению значительных резонансных явлений за счет появления в цепочке пояса большой величины .
К поясу Роговского с RL - цепочкой предъявляются более жесткие требования к изготовлению, невыполнение которых приводит в результате к тому, что параметры преобразователя могут значительно "плавать".
.2.4 Измерение импульсных напряжений с помощью делителей и катодных осциллографов
Современные катодные осциллографы [35] разрешают с достаточной степенью точности воссоздавать амплитудно-временную характеристику сигнала, который подается на его вход. Естественно, использование делителей высокого напряжения позволит наблюдать на экране осциллографа кроме максимального значения измеренного напряжения его амплитудно-временную зависимость U = U(t).
Делитель напряжения - это измерительное устройство, предназначенное для уменьшения измеряемого напряжения в некоторое число раз, называемое коэффициентом деления.
Делитель напряжения (ДН) содержит низковольтное плечо, которое подсоединяется к осциллографу, и высоковольтное плечо.
ДН должен удовлетворять следующему основному требованию: напряжение на низковольтном плече ДН должно по форме в точности повторять измеряемое напряжение. Это значит, что коэффициент деления ДН не должен зависеть от частоты и уровня измеряемого напряжения, на него не должны влиять ни внешние электростатические и электромагнитные поля, ни корона, ни утечки изоляции и т.д.
Отметим, что в настоящее время существующие разработки ДН, позволяют измерять напряжения в несколько миллионов вольт длительностью фронта 0,5 мкс [2-5, 7, 8,13]. В целом задача создания ДН сводится к выбору параметров, при которых отклонение импульса, регистрируемого осциллографом, от импульса измеренного напряжения находится в допустимых пределах.
Традиционно импульсные напряжения измеряются с помощью четырех типов делителей (рис.4.1).
а)б)в)г)Рис. 4.1. Схема замещения омического (а), емкостного (б),
смешанного (в) и экранированного омического делителей (г)
2.2.5 Измерительный кабель
Влияние измерительного кабеля на сигнал может быть более значительным, чем осциллографа.
Для идеального кабеля его волновое сопротивление:
.
Для соединения делителя с осциллографом используют коаксиальный кабель типа РК, его индуктивность:
, Г,
где l - длина, м;1 - радиус сечения внутри электрода (жилы);2 - внутренний радиус оболочки.
Практически для кабелей с полиэтиленовой и фторопластовой изоляцией скорость распространения волны 200 м/мкс, задержка с/м; волновое сопротивление у таких кабелей разных марок:
; 150; 100; 75; 50 Ом, а погонная емкость, соответственно:
25; 34; 50; 68; 100 Ф/м.
Для емкостного делителя влияние входной емкости осциллографа на переходные процессы в кабеле отсутствует.
Для омического делителя вследствие параллельного соединения осциллографа Сосц и волнового сопротивления кабеля Zk могут наблюдаться отражения импульса.
Проще всего устраняются путем включения дополнительного резистора Rдоб на входе кабеля.
При этом должно выполняться условие:
.
Выводы
На сегодняшний день, как свидетельствуют научные публикации [], недостаточно изучены механизмы высоковольтной электроимпульсной обработки расплава, в первую очередь из-за недостаточного количества научной информации о связи параметров нагружения с помощью импульсного электрического поля и тока и структурой и свойствами обрабатываемого металла. К тому же недостаточное развитие методической и технической базы является серьезным препятствием для разработки эффективного технологического процесса.
Безусловно, что метод внепечной электроимпульсной обработки не универсален, однако некоторые его достоинства