1.2. ГЕНЕРАТОРЫ МОЩНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ

Мощные ИТ входят в состав генераторов электрических импульсов, в которых эти трансформаторы выполняют функции согласующего звена между первичным генератором и потребителем импульсной электроэнергии — нагрузкой. В качестве первичных генераторов применяются генераторы с полным или частичным разрядом накопителя энергии емкостного типа. Схема такого генератора с ИТ имеет вид, приведенный на рис. 1.2, где Н — накопитель энергии в виде формирующей линии или накопительного конденсатора; К — коммутатор накопленной энергии; — сопротивление нагрузки, в общем случае нелинейное; та — амплитуда импульсов на первичной и вторичной обмотках — напряжение источника питания генератора; зарядное сопротивление накопителя энергии. Мощность таких генераторов ограничена мощностью выпускаемых промышленностью коммутаторов. В мощных импульсных генераторах с полным разрядом накопителя

в качестве коммутаторов используются водородные тиратроны, игнитроны, тиристоры и динисторы, в генераторах с частичным разрядом накопительной емкости — специальные импульсные модуляторные лампы. Особенности коммутаторов приводят к тому, что КПД генераторов с полным разрядом накопителя обычно значительно выше, чем у генераторов с частичным разрядом. Этим определяется преимущественное применение генераторов с полным разрядом накопителя в мощных генераторах электрических импульсов.

Рис. 1.2. Схема генератора с импульсным трансформатором

Максимальные достигнутые к настоящему времени мощности коммутаторов не превышают 100 МВт, что значительно меньше требуемых в импульсной электроэнергетике. Эффективный способ увеличения мощности состоит в суммировании мощности многих автономных генераторов посредством импульсного трансформатора (рис. 1.3). Суммирование мощности позволяет применять в мощных генераторах автономные генераторы с коммутаторами в виде тиристоров и динисто-ров, обладающих известными преимуществами полупроводниковых приборов по сравнению с электронными лампами и газоразрядными приборами. Это делает метод суммирования мощности особенно перспективным.

Рис. 1.3. Схема суммирования мощности импульсных генераторов

Применение ИТ в составе мощного импульсного генератора неизбежно связано с потерей части мощности и искажениями формы трансформированных импульсов, а также усложнением генератора. Однако преимущества столь значительны, что в целом применение ИТ обычно технически оправданно. Так, оно избавляет от необходимости строить

высоковольтные импульсные генераторы по сложным и малонадежным схемам умножения напряжения, позволяет легко создавать наиболее благоприятные условия для передачи максимальной мощности от генератора к нагрузке, изменять полярность импульсов, осуществлять гальваническую развязку генератора с нагрузкой и решать многие другие технические задачи. Коэффициент полезного действия мощного ИТ может достигать 99%, поэтому потерями мощности как таковыми не определяется принципиальная возможность применения ИТ. Но абсолютная величина потерь пропорциональна частоте повторения импульсов, и при увеличении частоты увеличивается тепловыделение и температура активных частей трансформатора. В связи с этим применение ИТ возможно только при частотах повторения, не превышающих 10 кГц. Масса и стоимость ИТ обычно на один-два порядка меньше массы и стоимости генератора импульсов, и они не определяют возможности применения ИТ в импульсных установках.

В целом, так же как и силовой трансформатор в промышленной электроэнергетике, ИТ оказывается практически незаменимым элементом в импульсной электроэнергетике, чем и обусловлено его широкое применение в импульсных установках.

Рис. 1.4. Схема замещения трансформаторной цепи

Принципиальным фактором, определяющим возможность применения ИТ, являются вносимые им искажения формы импульсов. Эти искажения возникают как следствие процессов накопления и рассеяния электрической и магнитной энергии в принципиально неустранимых из системы генератор — ИТ — нагрузка (трансформаторной цепи) элементах. Такими элементами являются показанные на схеме замещения трансформаторной цепи (рис. 1.4) емкость коммутатора емкости монтажа установки емкость нагрузки , индуктивности монтажа и не показанные на рисунке электромагнитные параметры ИТ — индуктивности рассеяния и намагничивания и емкости его обмоток. Вследствие того, что искажения трансформированных импульсов определяются именно этими параметрами трансформаторной цепи, все они характеризуются как паразитные. Соотношение между паразитными параметрами собственно генератора и ИТ может быть различным, но наиболее вероятным является такое, при котором в энергоемких элементах генератора и нагрузки, с одной стороны, и ИТ,

с другой, запасаются соизмеримые энергии. Таким образом, искажения трансформированных импульсов примерно в равной мере определяются как параметрами генератора и нагрузки, так и параметрами собственно ИТ.. В отдельных случаях паразитные параметры генератора и нагрузки оказывают доминирующее влияние на искажения; тогда применение ИТ существенно затрудняется или становится вообще невозможным.