Комментарии к опытам Шахпаронова И. М
Скачать 317.15 Kb.
|
Приложение N3Перышкин А.В. "Курс физики", часть 3, из-во "Просвещение", М, 1967 г. (раздел I, глава V, п.115, с.202). Явление резонанса двух контуров можно пронаблюдать на опыте с помощью установки, изображенной на рисунке  Первичный колебательный контур состоит из лейденской банки, прямоугольной проволочной петли и искрового разрядника. Этот контур будет обладать определенной емкостью и индуктивностью. При подведении к разряднику A напряжения лейденская банка заряжается, а при некотором напряжении на ее обкладках в разряднике проскакивает искра. Искра, представляющая собой токопроводящий мостик, замыкает контур; при этом в контуре возникают затухающие колебания. В момент, когда искра гаснет, колебания прекращаются и происходит новая зарядка банки от источника напряжения. Колебательный процесс в контуре для данного случая можно представить в виде отдельных следующих друг за другом серий затухающих колебаний с собственной частотой контура. Второй контур имеет также лейденскую банку с емкостью, равной или близкой к емкости банки первого контура, и проводящей петлей таких же размеров, но с перемещающейся перекладиной CD для изменения индуктивности контура. Меняя местоположения перекладины, добиваются того, чтобы газосветная лампочка L, присоединенная к внутренней и наружной обкладки банки, ярко вспыхнула. Свечение лампочки показывает, что напряжение на обкладках конденсатора достигло наибольшей величины. Это случиться, когда второй контур окажется настроенным в резонанс на частоту первого контура. Приложение N4Н.Г. Борисов, Г.А. Иванов, И.В. Кожухов, Р.П. Кухарева, Ю.В. Муратов, В.П. Рашевский, П.И. Рыльцев, В.П. Саранцев, Ю.В. Сафрошкин, Е.В. Смирнов "Высоковольтный резонансный трансформатор", М, ГОСИНТИ, 1965. (Передовой научно-технический и производственный опыт, №18-6-889/61). В лаборатории высоких энергий Объединенного института ядерных исследований разработан и изготовлен высоковольтный резонансный трансформатор, генерирующий радиоимпульсы напряжением с амплитудой до 800 кВ при 6 МГц. Автотрансформатор в упрощенном виде показан на фиг.1.  Фиг.1. Автотрансформатор На массивном основании 1 установлен медный цилиндр 2 и спираль-обмотка 3. Цилиндр одновременно является электрическим и вакуумным кожухом высокочастотного возбуждаемого объема. Жесткость цилиндра рассчитана на атмосферное давление. Внутренняя поверхность цилиндра полирована. Спираль является главной индуктивностью высоковольтного контура, а ее параметры - главным фактором снижения резонансной частоты последнего. Кроме того, спираль является единственным конструктивным элементом, несущим расположенный внутри кожуха источник тока 4, весом до 30 кг, а ее внутренняя полость - единственным возможным путем подвода электрических и других коммуникаций к источнику. Спираль состоит из десяти витков стальной цельнотянутой трубы 25х19 мм при шаге 60 мм и среднем диаметре намотки около 300 мм. Наружная поверхность трубы подвергнута электрическому омеднению с последующей электрополировкой. Верхней и нижний витки выполнены плоскими, а отогнутые концы через вакуумные уплотнения выведены за основание и во внутреннюю полость источника, находящуюся под атмосферным давлением. Таким образом, внутренний канал трубы с протянутыми там кабелями 5 находиться под атмосферным давлением. Вместе с кабелями протянута тонкая медная трубка, позволяющая продуванием сжатого воздуха сравнительно просто охлаждать источник тока и спираль. При длительной работе в номинальном режиме требуется охлаждение спирали, так как выделяемая в ней средняя мощность составляет сотни ватт (до киловатта), а единственный путь отвода тепла наружу через нижний срез трубы малоэффективен. Значительное увеличение частоты посылок осложняет проблему охлаждения. При расчетной индуктивности спирали 710-6 Гн и заданной резонансной частоте 6106 Гц требуемая величина эквивалентной емкости, отнесенная к концам спирали, составляет 100 ПФ. Главная ее часть привноситься емкостью электрического кондуктора 6, закрывающего источник, относительно внутренней поверхности кожуха и крышки 7. Меньшая часть привносится емкостью витков относительно стенки кожуха и между собой. Поверхность кондуктора и крышки также полирована. Кондуктор экранирует вакуумный кожух источника и его несущей плиты 8 от мощного высокочастотного поля и является вторым электродом ускоряющего промежутка d. Величина промежутка выбрана из расчета максимального электрического поля в зазоре 150-200 КВ/см, близкого к реальной прочности значительных вакуумных промежутков при давлении 10-5 - 10-6 мм рт. ст. Полость трансформатора откачивается через патрубок насоса 9 и отверстия в крышке. Вакуумные уплотнения всех сочленений выполнены из резины и на фигуре не показаны. Вывод ускоренного пучка источника осуществляется через отверстие в кондукторе и патрубок 10 кожуха. На кожухе дополнительно имеются такие же патрубки - измерительный 11 и ввода высокочастотной мощности 12. Конструкция автотрансформатора представляет собой высоковольтный LC-контур с сосредоточенными индуктивностью и емкостью. Несмотря на сложность изготовления и относительную низкую добротность, такая конструкция имеет преимущество перед объемными и другими резонаторами, заключающееся в более низкой резонансной частоте при тех же габаритных размерах и мощности.  Фиг.2. Электрическая схема установки Система высокочастотного (ВЧ) возбуждения трансформатора. Упрощенная схема контура трансформатора и сопряженных с ним основных электрических цепей изображена на фиг.2. Принципиально можно возбуждать контур через любую петлю связи. Практически удобнее подавать ВЧ мощность непосредственно на часть витков спирали (автотрансформаторное возбуждение). При этом не требуется отдельной мощной петли, трудновписываемой в тесный объем кожуха. В результате конструкция коаксиального питающего фидера 13 и вводного изолятора 14 (см. фиг.1) получается достаточно простой. Теоретические оценки поверхностных потерь в спирали, а также измерения эквивалентного сопротивления потерь контура на малом уровне колебаний дает значение добротности 70020%. Учитывая высокие требования, которые предъявляются к электрическим контактам, основание - спираль, спираль - кондуктор и т.д., более высокого значения добротности от подобной конструкции получить нельзя. Следует учесть также большую величину реактивных токов (тысячи ампер), а также возможность частой сборки - разборки установки для доступа к источнику тока. Возможными путями повышения добротности является серебрение поверхности спирали и пайка основных контактов. При известных значениях добротности Q700, максимальном напряжении Uмакс=106 В и удельном сопротивлении =260 Ом требуемая мощность раскачки составляет 1,5106 вт. Указанные энергетические характеристики трансформатора обусловили выбор генераторной лампы ГИ-26 и коэффициента трансформации U/Uа 30 (см. фиг.2), которому соответствует подключение фидера возбуждения ко второму витку спирали. Приведенное к фидеру резонансное сопротивление контура, составляющее около 200 Ом, удовлетворительно согласуется с внутренним сопротивлением лампы. Ввиду того, что =2C/0 50 м, а длина фидера порядка одного метра, волновое сопротивление последнего не имеет существенного значения. Фидер выбран низкоомным из соображения минимальных потерь ВЧ напряжения, а его конструктивные размеры - из условия электрической прочности водного изолятора. Резонансный электронный разряд [1,2] при данном сочетании значений d и 0 приходится на весьма малые амплитуды и практически не влияет на развитие импульса ВЧ напряжения в зазоре, в отличие от более высокочастотных систем. Это позволило построить систему надежного автогенераторного ВЧ возбуждения на одном триоде лампы ГИ-26 и обойтись без дополнительного генератора предвозбуждения. Автогенератор выполнен по схеме с общим катодам, трансформаторной обратной связью и параллельным питанием. Мощность на сетку подается с дополнительной петли связи 15 (см. фиг.1), помещенной внутри основной спирали. Площадь, местоположение и полярность включения петли, а также величина корректирующей емкости Cск, способствующей улучшению формы огибающей, подбираются экспериментально. Такая внутренняя связь обеспечила длительную надежную работу установки при количестве сбоев порядка 5% и амплитуде ВЧ напряжения Uа на аноде лампы, близкой к амплитуде импульса анодного модулятора Eа. Анодный модулятор. Модулятор, питающий анодную цепь генератора, имеет обычную схему с использованием одной искусственной формирующей линии (волновое сопротивление около 5 Ом) и выходного повышающего трансформатора (коэффициент трансформации равен 6). Главной причиной введения трансформатора является необходимость полного исключения высоковольтных постоянных напряжений из шкафа ВЧ генератора; это в свою очередь желательно в связи с большим объемом наладочных и измерительных работ по ВЧ системе. Трансформатор является ответственным элементом модулятора, передающим как большие импульсные напряжения (до 50 кВ), так и большие импульсные мощности (до 5 МВт). Он собран на сердечнике П-образного типа: сечение одного керна составляет 150х190 мм2, размер окна 170х65 мм2. Секции первичной (w1=20, провод ПВД-2,5) и вторичной (w2=120, провод ПВД-1,6) обмоток поровну распределены по обоим кернам сердечника. Изоляций между слоями и обмотками служит бумажная лакоткань. Катушки подверглись вакуумной сушке с последующей многократной пропиткой масляным лаком и сушкой при высокой температуре. Для обеспечения электрической прочности высоковольтных вводов и охлаждения обмоток при длительной работе трансформатор помещен в масляный кожух. Габаритные размеры кожуха равны 500х500х400 мм3, полный вес трансформатора - около 200 кг. Перед началом эксплуатации трансформатор испытывается на длительную работу в предельном режиме (активная нагрузка 200 Oм, амплитуда выходного импульса 33 кВ) и хорошо выдержал испытание. При длительности импульса около 300 мкс спад не превышал 10%, а длительность фронтов - 30 мкс. В процессе длительной эксплуатации системы со стороны трансформатора отказов не наблюдалось. В качестве коммутирующего элемента в модуляторе использована пара параллельно соединенных водородных тиратронов ТГИ1-750/25. Поджиг тиратронов с нужным периодом осуществляется хронирующим устройством, представляющим собой простой релаксатор на основе неоновой лампы и реле. Искусственная линия модулятора заряжается от выпрямителя со стабилизированным порогом, который можно регулировать в пределах 6-12 кВ. Схема выпрямителя не чувствительна к коротким замыканиям и более подробно описана в литературе [3]. Система измерения. Основная измерительная ВЧ система должна выполнять две главные функции: 1) измерение с выходом на стрелочный прибор установившейся амплитуды ВЧ напряжения в зазоре; 2) визуальный контроль фазы и формы кривой ВЧ напряжения в зазоре. Для решения первой задачи в ускорительной технике используется пиковый вольтметр, соединенный с калиброванной измерительной петлей, которая помещается внутри или вблизи резонатора [2]. Однако для решения второй задачи петля не подходит. Даже, если поместить ее непосредственно в рабочий зазор, то мгновенное напряжение на петле не будет точно повторять напряжение в зазоре в силу зависимости от ряда трудно учитываемых факторов. Если же петля из зазора выносится (например, в данном случае поместить ее в зазор невозможно вследствие больших напряженностей поля), то влияние этих факторов усугубляется. Поэтому в качестве основного измерителя в данном случае используется емкостный датчик. Конструктивно датчик представляет овальное тело вращения (см. фиг.1) с проводящей и хорошо полированной поверхностью, помещенное в патрубке 11 кожуха (см. фиг.1) и изолированное от стенок и фланца патрубка слоем диэлектрика (пленка из фторопласта). Штырь датчика выведен наружу в виде вакуумно-плотного коаксиального разъема. Электрический датчик представляет емкостной делитель с весьма большим коэффициентом деления. Одно плечо делителя образовано емкостью C1 (см. фиг.2) между овальным торцом датчика и наружной поверхностью кондуктора. Второе плечо делителя образовано емкостью C2 боковой и задней поверхностью датчика относительно стенок патрубка и фланца. Второе плечо может быть реализовано подключением к выводу датчика наружного конденсатора. "Внутренняя" емкость C2 предпочтительнее "наружной" по двум причинам: во-первых, исключаются высоковольтные пробои в измерительных цепях при возможном обрыве наружной емкости и во-вторых, снижается влияние наводок в измерительной цепи. Описанный датчик лишен недостатков петли: он может быть помещен непосредственно в зазоре. На измерительный кабель и далее в измерительное устройство передается напряжение U2=U/(1+C1/C2) (при 0C2>>1, 0Cн<<1), однозначно определяемое измеряемым напряжением U и коэффициентом деления. Последний можно определить расчетным или экспериментальным путем. Приведенные выше соотношения служат основанием для выбора C1, C2, , Cн ( - волновое сопротивление измерительного кабеля). Выходное напряжение датчика через согласованный кабель подается на пиковый двухтактный детектор с выходом на вольтметр электростатический системы С-95. Показания вольтметра пропорциональны амплитуде рабочего напряжения U. Осциллографическое наблюдение сигнала с датчика осуществляется непосредственно на выходном конце соединительного кабеля. Периодический сброс показаний вольтметра перед каждым следующим тактом происходит при помощи контактов реле, связанного с устройством синхронизации. Изоляция контактов реле, как и всех цепей связанных с потенциальным входом С-95, должна обладать малой утечкой. Коэффициент передачи всего измерительного тракта от емкости C1, задающей ток делителя, до шкалы измерителя рассчитывается легче, чем при использовании петли. Однако полностью доверять показаниям прибора можно лишь после экспериментальной калибровки. Измеренный полный коэффициент деления составил 17005%. Емкостной измеритель не лишен недостатков. Он чувствителен к постоянной составляющей и требует применения двухполупериодного детектора. Конструкция емкостного измерителя, где ширина зазора (следовательно, и величина C1) жестко нефиксирована, обуславливает появление погрешности "смещения" вертикальной оси кондуктора относительно оси кожуха. Эту погрешность можно скомпенсировать, применяя дифференциальное включение нескольких одинаковых диаметрально расположенных датчиков.  Фиг.3. Временные диаграммы работы: а - устройства запуска; б - реле сброса показаний; в - зарядной линии; г - статического вольтметра. На фиг. 3-5 приведены диаграммы и осциллограммы, отражающие работу резонансного трансформатора и комплекса устройств, с ним связанных. В крупном масштабе (см. фиг.3) сверху вниз показаны такты работы генератора запуска, диаграмма срабатываний реле сброса показаний, изменение заряда емкости формирующей линии для различных порогов зарядки, показания пикового вольтметра. В среднем масштабе показаны постоянная составляющая анодного напряжения лампы при разомкнутой и замкнутой обратной связи генератора (см. фиг. 4а и 4б соответственно), а также импульс ВЧ напряжения датчика при холостом ходе (см. фиг. 4в) и при ускорении тока 100 А (см. фиг. 4г). В развернутом масштабе показаны осциллограммы ВЧ напряжения датчика при холостом ходе резонансного трансформатора (см. фиг. 5а) и при ускорении тока около 100 А (см. фиг. 5б). Амплитуда ВЧ напряжения в зазоре для осциллограмм составила 600 КВ.  Фиг.4. Осциллограммы: постоянной составляющей анодного напряжения лампы при разомкнутой (а) и замкнутой (б) обратной связи генератора и импульса ВЧ напряжения датчика при холостом ходе (в) и при ускорении тока 100 А (г).  Фиг.5. Осциллограммы ВЧ напряжения датчика а - при холостом ходе резонансного трансформатора; б - при ускорении тока 100 А. Опыт наладки и эксплуатации описанной установки позволяет сделать ряд выводов. Трансформатор представляет достаточно компактную машину, надежную и неприхотливую в эксплуатации. Наиболее сложным вопросом при наладке является обеспечение следующих условий: а) правильной фазировки напряжения обратной связи и оптимального режима самовозбуждения генератора; б) электрической прочности тракта передачи ВЧ мощности от анода лампы на спираль; в) качества поверхностей и электрической прочности рабочего зазора. В описанной установке удалось поднять напряжение до 800 кВ, причем главными препятствиями его дальнейшего повышения явились не вполне удовлетворительное качество поверхности алюминиевого кондуктора (выбор алюминия обусловлен относительной простотой технологии изготовления), трудность обеспечения симметрии зазора при частых разборках и сборках кожуха и источника, несовершенство конструкции фидера. Следует отметить, что указанная ранее величина добротности с течением времени заметно падает (до полутора раз) за счет окисления медного покрытия спирали. Так, уровень 800 кВ получен при емкости линии 40 мкФ, зарядном напряжении 9 кВ, импульсной мощности, снимаемой с трансформатора, около 4 МВт, вместо ожидаемых 2,5-3 МВт. Одной из причин перерасхода мощности может также служить неоптимальная фазировка контура автогенератора, приводящая к чрезмерно большим потерям в сеточной цепи лампы. ЛИТЕРАТУРА 1. Б.А. Загер, В.Г. Тишин. Резонансный высокочастотный разряд в циклотроне //ЖТФ, - 1963, -№9. 2. Электрофизическая аппаратура (Сборник статей). - Атомиздат, - вып.1, - 1963. 3. Ю.В. Сафрошкин. Стабилизаторы постоянного напряжения с двухконтурным питанием. - Предприятие Объединенного института ядерных исследований, -№ 1363, -1963. |
Похожие:
 | Методические рекомендации по организации опытно-исследовательской... Ещё Климентий Аркадьевич Тимирязев отмечал: «Люди, научившиеся наблюдениям и опытам, приобретают способность сами ставить вопросы... | | Lib ru/Классика: [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки]... Классика: [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь] Комментарии: 1, последний от 07/05/2009 |
 | Что такое символьные объекты? При этом комментарии на экране, во время просмотра документа в браузере, не отображаются | | Комментарии к экзаменационным билетам по литературе 9 класс (2011 – 2012 уч г.) «современные тенденции в обслуживании читателей. Непрерывное образование библиотекарей» |
| Комментарии к экзаменационным билетам по литературе 9 класс (2011 – 2012 уч г.) Зам директора по увр мбоу «Кадетская школа-интернат» Спасского муниципального района рт | | Электронные учебно-методические комплексы, разработанные пгупс Обзоры законодательства РФ и судебной практики, информация о новых проектах законов. Комментарии и консультации юристов |
| Комментарии к тексту "Шива Самхита" (гл. 2, аф. 1 22). Глава микрокосм «Гений М. В. Ломоносова проявился в его многогранном таланте, благодаря которому он смог стать «первым нашим университетом». (А.... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Приносим извинения за возможные погрешности и будем благодарны за указания на них и за содержательные комментарии (контакт ) |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Комментарии к уроку Новикова Игоря Ивановича, учителя физической культуры моу «Добродеевская сош» | | Новости короткой строкой Совет профилактики, на который некоторые обучающиеся не явились, решения Совета профилактики, подробные комментарии как обычно будут... |
| Участие Бориса Крайнова в опознании Зои Космодемьянской в Петрищеве... Участие Бориса Крайнова в опознании Зои Космодемьянской в Петрищеве в феврале 1942 г. (из книги: Памятник Матери: Воспоминания о... | | Уважаемые выпускники! Во время подготовки к экзаменам вы можете воспользоваться данными сайта. Здесь вы можете найти тексты экзаменационных работ, комментарии... |
| Прочитайте текст, изучите комментарии и переведите текст. Поставьте... | | Фауст человек стремления Издано на русском: Штайнер Р., "Фауст ищущий человек. Духовнонаучные комментарии к "Фаусту" Гёте", издательство "Новое Время", Одесса,... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Предусмотренная оболочкой возможность в любой момент приостановить презентацию позволяет учителю дать необходимые комментарии, ответить... | | Комментарии на книги аристотеля «о душе» «Ономастика – наука об именах и названиях». В своей работе я хочу исследовать историю возникновения названий населенных пунктов Томской... |
