Труды КНЦ вып.17 (ЭНЕРГЕТИКА вып. 4/2013(17))

В разрабатываемом источнике тока для измерения импульсных сопротивлений заземляющих устройств определяющим фактором применения схемы с индуктивным накопителем энергии является описываемый законами коммутации принцип непрерывности во времени потокосцепления в индуктивности [ 6 ]. Согласно принципу непрерывности запас энергии магнитного поля в катушке индуктивности и ток в индуктивности не могут измениться скачком. Следовательно, генератор импульсных токов на основе индуктивного накопителя способен обеспечить при изменяющихся параметрах нагрузки постоянство амплитуды импульса тока в линии в интервале времени, достаточном для проведения измерений. Функциональная схема источника тока для измерения импульсных сопротивлений заземляющих устройств на основе индуктивного накопителя энергии приведена на рис.З. Основными элементами генераторов импульсных токов на основе индуктивных накопителей являются сам индуктивный накопитель энергии и размыкатель тока. В качестве индуктивного накопителя выступает трансформатор Т, а в качестве ключа - транзистор V72. Генератор построен по схеме обратноходового преобразователя [7]. В таком преобразователе фаза накопления энергии и фаза передачи ее в нагрузку разделены во времени и трансформатор Т является по сути двухобмоточным накопительным дросселем [ 8 ]. В фазе накопления энергии индуктивным накопителем транзистор V72 открыт. Ток в индуктивности первичной обмотки трансформатора Т будет нарастать до тех пор, пока управляющий контроллер (МК) не даст команду на выключение транзистора V72. После закрытия V72 полярность напряжения на выводах трансформатора Т вследствие самоиндукции меняется на противоположную, открывается диод VD2 и накопленная в индуктивном элементе энергия поступает в нагрузку (фаза передачи энергии). В линии, подключенной к выходу генератора, формируется импульс тока. При этом на первичной обмотке индуктивного элемента Т возникает выброс напряжения Uu Это напряжение значительно превышает напряжение питания t/n транзистора V72. Напряжение на выводах ключевого элемента V72 составит величину [/кл=£4+£Ді- Исходя из величины [/кл выбирается класс напряжения транзистора V72. Для предотвращения потенциального пробоя ключа V72 в случае обрыва нагрузки (токовой линии) в схеме используется защитный варисгор RU. В качестве VT2 оптимальным является применение новейших типов / ( 7 / I / - T ранз и сторо в , имеющих высокую пропускную способность по току и малое время переключения, что увеличивает эффективность передачи энергии из накопителя в нагрузку и позволяет формировать выходные импульсы тока с фронтами длительностью первые сотни наносекунд. Для увеличения добротности индуктивного накопителя Т целесообразно использовать сердечник из магнитных материалов на основе смеси порошкового никеля и железа или сплава железа с алюминием. Такие материалы обладают высокой индукцией насыщения, малыми потерями на высокихчастотах, низкой магнитной проницаемостью. Так как разрабатываемый генератор питается от низковольтного гальванического элемента (аккумулятора), то для формирования необходимой величины напряжения t/n заряда индуктивного накопителя в схеме используется импульсный повышающий преобразователь на основе элементов L, ѴГІ, VI)\ и С2. Для управления силовыми ключами индуктивного накопителя (Ѵ72) и повышающего преобразователя (ѴГ\) применены специальные драйверные микросхемы (ЦРВ). Микроконтроллер МК обеспечивает формирование сигнала управления ключом индуктивного накопителя и выполняет функцииШИМ-коніроллера повышающего преобразователя. Преобразователь питания ( 1111 ) формирует необходимые уровни напряжений для питания микроконтроллера и драйверных схем. 70