1 Università degli studi di Padova Dipartimento di ingegneria elettrica G.Pesavento SCHEMA DI...

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Università degli studi di PadovaDipartimento di ingegneria elettrica

G.Pesavento

SCHEMA DI PRINCIPIO

C2

Rf

C1 R2 VV0

a) b)

V0 C1 R2

S1

C2 V

RfS1

Rf = resistenza di fronte

R2 = resistenza di coda

C2 = condensatore di fronte (comprende anche la capacità del carico)

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Nel circuito di figura, il condensatore C1, inizialmente caricato alla tensione Vo, carica il

condensatore C2 alla tensione

e la carica avviene con una costante di tempo

CC

CVV21

10

CC

CCRτ

21

21f1

CC

CCRτ

21

21f1

CC

CCRτ

21

21f1

CC

CCRτ

21

21f1

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S1

a) b)

V

Rf

C1 C2V0 C1 C2R2

Schematizzazione del circuito per tempi brevi (fronte) e tempi lunghi (coda)

Rf<< R2

C1>>C2

2 = (C1+C2)R2.

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C2 previsto per la totale tensione impulsiva

C1 tensione continua di carica

R2 prevista per la tensione impulsiva

Rf tensione impulsiva di breve durata – solo sul fronte

Dimensionamento in termini di energia

Calore specifico metalli : circa 400 J/kg K

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0,0 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 C2/C1

0

20

40

60

80

100

%1,2/50 Schema b)

1,2/50 Schema a)

1,2/50 Schema c)

1,2/5 Schema b)

Rf

a) b) c)

Rf/2

R2 C2C1 R2 C2C1

RfS1

R2 C2C1

Rf/2S1

RENDIMENTO IN TENSIONE

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PROBLEMI

• Si richiede generatore DC con tensione V0

• Tutti i componenti devono tenere V0 in via permanente o almeno transitoria

• L’interruttore ( a rigore serve solo un chiuditore) deve operare in tempi molto brevi, possibilmente senza rimbalzi

• L’energia disponibile varia con il quadrato della tensione

• Difficoltà di estendere lo schema a tensioni sopra 100 – 200 kV

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SCHEMA DI MARX

Caricare un numero adeguato di condensatori in parallelo per poi metterli in serie.

Si ottiene una tensione pari a NV0 ed una capacità equivalente di C1/N.

Impianto modulare, grosso risparmio sull’alimentatore DC, possibilità di usare solo parti dell’impianto quando servono tensioni basse (quindi con capacità maggiori).

Si può avere, lasciando tutto in parallelo NC1 con tensione V0; possibili anche paralleli parziali

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C

n

a)

R3

RcS4

Rc Rc

C

RfS3

RcR2

RfS2Rc

C

RcS1 Rf

R’ C Rf

E

Rc

b)

C2

R’

Rc

Rc

Rc

C

C

C

C

E0

S2

S1

S3

R2

Rf

Rf

Rf

n

R2

n

R2

n

R2

Rf

S4

C2

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Stadio n

Stadio 1

E

t(s)

CR2

2

1nCRn4T c

2

'

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Scelta dei chiuditori

• Tensioni di tenuta molto alte

•Tempi di chiusura di pochi µs

•Non è necessario un potere di interruzione

•Impossibilità usare dispositivi elettromeccanici

•Tutti gli impianti usano chiuditori a scarica sia per generatori di tensione che di corrente

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STRUTTURA DI UNO SPINTEROMETRO

• Due sfere o semisfere poste a distanza tale da non consentire la scarica con la tensione applicata

•Per provocare l’innesco possono essere avvicinate con un sistema motorizzato fino ad ottenere la scarica spontanea

•Campo quasi uniforme – Gradiente medio elevato – (20 – 25 kV/cm) – tempi di formazione del µs o meno

•Costo modesto

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STRUTTURA DI UNO SPINTEROMETRO

• Da notare che il contatto che si crea non è galvanico e permane solo fino a quando permane l’arco tra gli elettrodi: è quindi fondamentale che passi corrente, altrimenti il collegamento cessa

•La presenza delle resistenze di carica (che sono anche di scarica) nello schema è fondamentale

•Il loro valore non può essere aumentato troppo, altrimenti la corrente è troppo bassa e gli spinterometri si spengono

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•Spesso problemi di natura meccanica (molti spinterometri montati in verticale) ed ambientale (presenza di polvere nell’ambiente – inneschi spuri)

•Movimentazione continua scomoda

•Ricerca si sistemi che possano innescare senza necessità di ridurre la distanza

•Sviluppo di spinterometri comandati (sistema trigatron – analogia con innesco candele autoveicoli)

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SPINTEROMETRO COMANDATO

1. Elettrodi principali 2. Elettrodo di innesco 3. Elettrodo di trigger4. Collegamento circuito generazione impulso di comando

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SPINTEROMETRO COMANDATO AD ELETTRODI FISSI

RA B

C

e fdcba

RRR R

Svantaggi: Serve impulso di comando molto elevato

Grossa caduta d’arco (molti archi parziali) – tende a spegnersi con correnti non troppo basse

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Vs=tensione scarica spontanea

campo di lavoro

t

0,5

1,0

Vs

V

SPINTEROMETRO COMANDATO

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• Elettrodi sono in tensione (necessità di disaccoppiamento per DC)

• Impianto ha tanti spinterometri quanti sono gli stadi

• E’ necessario comandarli tutti?

• Se sì, grosse complicazioni

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R' Rc B

E

Rf

C Cs1 Cs2

RfRf

C

Rc RcA

CtCCtA

Rc

S1 S2

INFLUENZA DELLE CAPACITA’ PARASSITE