Эфиродинамические подходы к разрешению энергетического
кризиса 211
При отношении радиусов г1 / г2 = 3 получим:
Pl = 0,9 R i2, Вт. (5.19)
При напряжении питания U = 100 В и сопротивлении открытого ключа в 100 Ом величина тока составит 1 А и предельная получаемая мощность в первом случае составит 40 Вт, во втором
- 90 Вт. Если же будут применены ключи, способные пропускать 10 А., то в первом случае предельная мощность составит 4 кВт, во втором 9 кВт. Мощность же затрачиваемая на поддержание процесса в обоих случаях составит 0,1 R i2, т. е. при токе в 1А 10 Вт, при токе в 10 А - 1 кВт. Эта мощность выделяется на ключе, что требует принятия серьезных мер для его охлаждения.
При значении индуктивности первичной обмотки в 100 мкГн постоянная времени цепи составит 10-4/100 = 10-6 с, следовательно, частота переключений составит 500 кГц, а с учетом необходимой крутизны фронтов частотная характеристика ключа должна быть не хуже, чем 5мГц.
Если индуктивность первичной обмотки составляет 100 мкГн = 10-4 Гн, а частота повторения импульсов составляет 1 мГц = 106 Гц, то при токе в импульсе, равном 1 А, мощность магнитного поля составит 100 Вт. При больших частотах она будет соответственно большей, если за время длительности импульса ток в первичной обмотке успеет установиться до полного значения. При этом длительность, как переднего, так и заднего фронтов должна каждого составлять не более 0,1 от длительности самого импульса.
Из изложенного вытекает, что для повышения выходной мощности следует найти оптимальное отношение диаметров первичной и вторичной обмоток, а также стремиться к повышению частоты переключения тока ключем, что возможно лишь при повышении его сопротивления, а значит, повышения питающего напряжения и соответственно выделяемой на ключе мощности.
212
Глава 5.
Проведенные измерения показали, что с увеличением сечения провода удельная индуктивность провода уменьшается. При увеличении сечения провода его индуктивность снижается по логарифмическому закону (таблица 6.1):
Таблица 6.1.
Сечение провода, мм2 Удельная индуктивность, мкГн/м
При расчете индуктивности соленоидов, как правило, не учитывается сечение самих проводов, это неправильно. Тем не менее, одним из путей сокращения значений индуктивности для получения коротких фронтов является увеличение сечения провода катушки.
Существует и второй способ - увеличение активного сопротивления цепи для уменьшения постоянной времени цепи, но такой способ не выгоден, т.к. потребует увеличения мощности импульса. Кроме того, на высоких частотах должен сыграть свою роль скин-эффект, в соответствии с которым в первичной катушке индуктивности будет использовано не все сечение провода, а только поверхностный слой, который приведет к возрастанию активного сопротивления цепи.
Таким образом, увеличение сечения провода первичной обмотки является наилучшим способом для сокращения длительности фронтов импульсов, что и сделано в трансформаторе Теслы: первичная обмотка выполнена из толстого провода, имеющего сечение десятки и сотни квадратных миллиметров.
При напряжении питания ключа U = 1000 В, R = 100 Ом и токе в 10 А выделяемая на ключе мощность составит 10 кВт, а вы¬
0,35
0,5
0,75
1,0
1,65
1,45
1,2
0,97
