АНАЛИЗ ЗАВИСИМОСТЕЙ ПАРАМЕТРОВ ВЫХОДНОГО ИМПУЛЬСА ОТ ПАРАМЕТРОВ РАЗРЯДНОЙ ЦЕПИ ГИН
- Влияние параметров разрядной цепи ГИН на параметры импульса
Расчет выходного импульса ГИИ проводится как при исследовании процессов в его разрядной цепи (т. е. при анализе ГИН), так и при нахождении численных значений всех параметров разрядной цепи, которые обеспечивают стандартные параметры этого импульса (т. е. при синтезе ГИН). Согласно ГОСТ 1516.2—76, стандартными параметрами импульса являются длительность фронта и длительность полного импульса, а также максимальное значение напряжения (или максимальные и минимальные значения при колебательных импульсах).
Указанные параметры определяются по-разному в зависимости от формы импульса. Существенно, что амплитуда и форма импульса напряжения на испытываемом электрооборудовании определяются всеми элементами разрядной цепи ГИН, в том числе и самого объекта испытания. Поэтому в общем случае невозможно установить в аналитической форме зависимости параметров выходного импульса от параметров разрядной цепи ГИН.
При решении задачи синтеза ГИН приходится выполнять многократные расчеты по полученным выше формулам, подбирая требуемые параметры разрядной цепи путем последовательных приближений. С целью сокращения числа последовательных приближений проанализируем влияние параметров разрядной цепи ГИН на параметры импульса. Такой анализ позволит определить, как следует изменять каждый из параметров разрядной цепи для обеспечения изменения параметров импульса в нужном направлении. Эта информация необходима для построения оптимального алгоритма синтеза ГИН.
Рассмотрим физические процессы в наиболее общей эквивалентной схеме замещения шестого порядка (рис. 5, б). При испытаниях электрооборудования грозовыми импульсами обычно выполнены соотношения [9, 17]
(3.1)
Примем допущение
(3.2)
которое существенно упрощает анализ, не внося в него принципиальных изменений. При этом можно считать, что напряжение на ударной емкости Ск практически не меняется при подключении к ней емкостей Сп и Со.
На первом этапе анализа рассмотрим физические процессы в разрядной цепи ГИН, соответствующей приведенной на рис. 5, б схеме без учета активных сопротивлений, т. е. при
(3.3)
В начальный момент времени заряжена только ударная емкость Ск до напряжения Uкн, токи во всех элементах схемы отсутствуют. Поскольку паразитная емкость Сп наименьшая, то после срабатывания ГИН в первую очередь возникнет незатухающий колебательный процесс заряда и разряда этой емкости через индуктивность LK. При этом напряжение иП будет колебаться от нуля до 2 Uкн возле средней величины Uкн.
Затем разовьется колебательный процесс заряда и разряда емкости объекта испытаний Сo через индуктивности Lк и Lф. Поскольку период этих колебаний значительно больше периода колебаний напряжения ип, то можно считать, что заряд емкости происходит под воздействием средней величины ип, которая вследствие принятых допущений равна Uкн. Следовательно, напряжение на объекте испытания будет также колебаться от нуля до 2 Uкн возле средней величины Uкн. При этом длительность фронта импульса определяется периодом колебаний, который растет с увеличением емкости Со и индуктивностей Lк, Ζф. Индуктивность объекта испытаний U на несколько порядков превышает остальные индуктивности. Поэтому длительность полного импульса определяется индуктивностью Lо и емкостями Ск, Со и Сп.
На втором этапе анализа рассмотрим, как влияют на физические процессы в разрядной цепи ГИН активные сопротивления rд, rf и rф, которые практически всегда не равны нулю. В отличие от (3.3), ограничимся допущением R = ∞, Rп =∞ , Rо=∞.
Сопротивления rд, rf и rф замедляют процессы заряда и разряда емкостей Сп, Со и Ск, увеличивая длительности фронта и полного импульса. В результате рассеивания энергии на активных сопротивлениях процессы заряда и разряда емкостей могут быть либо затухающими колебательными, либо апериодическими. В первом случае напряжения ип и и колеблются с убывающей во времени амплитудой возле напряжения Uкн, а во втором случае асимптотически стремятся к этому напряжению.
Роль индуктивности объекта испытания Lо проявляется после завершения заряда емкостей Сп и Со, когда начинается сравнительно медленный разряд всех емкостей Ск, Со, Сп на эту индуктивность. Сопротивления rд, rf и rф невелики, поэтому разряд обычно имеет затухающий колебательный характер, и напряжение на объекте испытаний колеблется возле нулевого значения.
На третьем этапе анализа рассмотрим роль активных сопротивлений R, Rп и Rо. Они включены параллельно емкостям Ск, Сп, Со и индуктивности L0. Поэтому их уменьшение ускоряет процесс разряда емкостей и сокращает длительность импульса. Кроме того, при колебательном разряде емкостей на индуктивность и уменьшение сопротивлений R, Rn и Rо усиливает затухания колебаний и снижает амплитуду отрицательной части импульса.
При соизмеримых сопротивлениях rд и R роль разрядного сопротивления R проявляется сразу после срабатывания ГИН. Сопротивления rд и R включены последовательно и образуют делитель напряжения. Поэтому напряжение на объекте испытаний не может превышать величины
(3.4)
Сопротивления R, Rn шунтируют паразитную емкость С„ и ускоряют затухание колебаний напряжения ип. Анализ физических процессов в разрядной цепи ГИН шестого порядка при допущении (3.2) позволяет сделать некоторые выводы о связи амплитуды и формы выходного импульса с параметрами разрядной цепи. Эти выводы кратко сформулированы в табл. 1.
Таблица 1
