ВЫСОКОВОЛЬТНАЯ ИМПУЛЬСНАЯ УСТАНОВКА

Данное предложение относится к области электротехники, и используется в высоковольтных преобразователях частоты, генераторах импульсов и т.д. и касается улучшения электромагнитной совместимости (ЭМС) компонентов, входящих в установку.
Широко известна [1] высоковольтная импульсная установка (далее ВИУ), содержащая импульсный источник питания, соединенный с нагрузкой экранированным кабелем с заземленным с двух сторон экраном. Недостаток состоит в относительно плохой электромагнитной обстановке, возникающей при работе установки (возникновение больших паразитных токов).
Наиболее близким по технической сути и достигаемым результатам является ВИУ [2], содержащая высоковольтный импульсный источник питания с подключенной к нему нагрузкой при помощи экранированного и заземленного в одной точке кабеля.
Экран кабеля в такой установке заземляют, как правило, на входе. Однако и в этом случае на выходе ВИУ возникают большие электромагнитные помехи, обусловленные большими импульсными токами заряда и разряда емкости экрана по отношению к земле и недостаточной ЭМС.
Целью полезной модели является снижение электромагнитных помех путем повышения ЭМС.
Поставленная цель достигается за счет того, что заземление экранированного кабеля производят через резистор.
На фиг.1 - приведена схема ВИУ с одним экранированным кабелем.
На фиг 2 - приведена схема ВИУ с несколькими экранированными кабелями.
На фиг.3 - приведена осциллограмма напряжения на нагрузке в системе электропитания при использовании резистора.
На фиг.4 - приведена осциллограмма того же напряжения в системе электропитания без резистора.
ВИУ (фиг.1) состоит из высоковольтного импульсного источника питания 1, к которому экранированным кабелем 2 подключена нагрузка 3. Экран кабеля через резистор 4 связан с заземлением 5 в одной точке. Часть соединений может быть проведена через заземление 5 или посредством других способов (шины и т.п.). На фиг.2 показано подключение нагрузки с помощью нескольких экранированных кабелей, если это многофазный выход или несколько нагрузок питается от одного источника.
ВИУ работает следующим образом. Импульсное напряжение требуемого характера (например, серия импульсов переменной частоты и амплитуды) подается от импульсного источника питания 1 по жилам экранированного кабеля 2 на нагрузку 3. При формировании каждого очередного импульса напряжения емкость экрана кабеля 2 заряжается, а при исчезновении импульса емкость экрана разряжается благодаря токам утечки. Отказаться от экрана в кабеле 2 в ряде случаев нельзя. Экран служит как механической защитой, так и обеспечивает равномерное распределение электрического поля, например, при использовании в качестве изоляции кабеля сшитого полиэтилена (применяемого для улучшения ЭМС). На экранах кабелей наводится напряжение, так как экран по отношению к жиле обладает электрической емкостью, которая заряжается, разряжается импульсными («иголками») токами. «Иголки» (электромагнитные помехи) зарядных и разрядных (емкостных) токов накладываются на полезный импульсный сигнал, искажая его (Фиг.4). Резистор 4 ограничивает величину этих «иголок» тока, тем самым снижая наводки на полезный сигнал (фиг.3). Частота импульсов напряжения, показанная на фиг.3, 4 равна 8.5 кГц, а частота огибающей 50 Гц.
К системе электропитания относится высоковольтный импульсный источник питания 1, (фиг.1), в качестве которого используют инвертор напряжения с выходным L-C фильтром, а нагрузкой 3 - реактор.
Осциллограмма на фиг.3 соответствует заземлению экранированного кабеля через резистор в 1 кОм, а на фиг.4 - показана осциллограмма кривой напряжения на нагрузке, когда заземление кабеля происходит без резистора. При использовании кабелей со сшитой изоляцией целесообразная величина сопротивления заземляющего резистора при напряжениях установки от 6 до 10 кВ составляет 0,3÷1 кОм. Величина резистора определена моделированием и экспериментальными исследованиями на статическом преобразователе частоты на 6 кВ, используемом для испытаний высоковольтной трансформаторно-реакторной продукции. Целесообразной признана величина резистора, при которой для экранированных кабелей с длиной 10-30 метров помехи («иголки») не превышают единиц процентов от выходного напряжения.
Источники информации:
1. Т.Уильяме, К.Армстронг. ЭМС для систем и установок. М. «Технологии», 2004 г., стр.295, рис.7.14.
2. Патент US 7173395 (В2), опубл. 06.02.2007 г. - прототип