Τ.Ε. Ι. ΧΑΛ ΚΙΔ ΑΣ ΤΜΗΜ Α Η Λ ΕΚ ΤΡΟ ΛΟΓ ΙΑ Σ ΤΜΗΜ Α:Η 6 ΤΕΧΝ ΟΛ Ο ΓΙΑ ΥΨ ΗΛΩ Ν Τ ΑΣ ΕΩΝ Χ Α Λ Κ Ι Δ Α 2 0 0 4
Θεωρίες 1. Ποιες διαφορές παρουσιάζουν οι μετασχηματιστές δοκιμών από τους μετασχηματιστές ισχύος; 2. Εξηγήστε περιληπτικά με ποιους μηχανισμούς προκαλείται η ηλεκτρική διάσπαση στους μονωτήρες; 3. Ποιες οι διαφορές στον μηχανισμό της ηλεκτρικής διάσπασης μεταξύ ομοιογενών και ανομοιογενών διακένων; 4. Αναφέρατε τους λόγους που γίνεται διόρθωση της τάσης διάσπασης ως προς τις ατμοσφαιρικές συνθήκες. 5. Να σχεδιαστεί και να εξηγηθεί αναλυτικά η λειτουργία της εξαβάθμιας κρουστικής γεννήτριας Marx του εργαστηρίου Υ.Τ. Αναφέρατε τυχόν ιδιομορφίες στην κατασκευή της όσο και στην τάση εξόδου. 6. Εξηγείστε αναλυτικά ποιος κατά την γνώμη σας είναι ο μηχανισμός εξέλιξης της διάσπασης υπό A.C. τάση δοκιμής σε έναν μονωτήρα, στην επιφάνεια του οποίου υπάρχει επικάθιση ρύπανσης και υγρασίας. 7. Εξηγείστε αναλυτικά ποιος είναι ο λόγος ύπαρξης μιας μη γραμμικής αντίστασης σε ένα αλεξικέραυνο με διάκενα σπινθηρισμών καθώς και την λειτουργία της. 8. Σχεδιάστε και εξηγείστε περιληπτικά την λειτουργία μιας ηλεκτροστατικής γεννήτριας Van de Graaf. Μπορεί μια ηλεκτροστατική γεννήτρια Van de Graaf να λειτουργήσει με μια πηγή υψηλής τάσης εναλλασσόμενου ρεύματος στην είσοδο της; Δικαιολογήστε την απάντησή σας. 9. Εξηγείστε αναλυτικά την παρακάτω τυπική χαρακτηριστική ρεύματος τάσεως σε ένα ομοιογενές διάκενο αέρα καθώς και την σχέση που συνδέει την απόσταση και την τάση διάσπασης σε ένα τέτοιο διάκενο. 10. Ποιο από τα παρακάτω διάκενα διασπάται σε χαμηλότερη τάση; Δικαιολογείστε την απάντησή σας. 11. Περιγράψτε τη διαδικασία διάσπασης διακένων ομογενούς ηλεκτρικού πεδίου. 12. Αναφέρατε και εξηγείστε αναλυτικά τους τρόπους που μπορεί να γίνει ηλεκτρική διάσπαση σε ένα μονωτήρα. 13. Αναφέρατε και εξηγείστε περιληπτικά από ποιους παράγοντες εξαρτάται η μέγιστη τάση εξόδου μίας ηλεκτροστατικής γεννήτριας Van de Graaf. 14. Κατά τη διαδικασία μέτρησης της τάσης διάσπασης διακένων πλάκαςπλάκας, τα αποτελέσματα που λαμβάνονται έχουν την ακόλουθη μορφή: Εξηγείστε το λόγο για τον οποίο εμφανίζεται απόκλιση των πειραματικών αποτελεσμάτων από τα θεωρητικά αναμενόμενα. (Τα ηλεκτρόδια είναι δίσκοι διαμέτρου D). 15. Περιγράψτε τη διαδικασία διάσπασης διακένων ανομοιογενούς ηλεκτρικού πεδίου. 16. Ποια στάδια ακολουθεί η διάσπαση σε διάκενα ανομοιογενούς πεδίου; Εξηγείστε περιληπτικά το κάθε ένα. 2
17. Με ποιους μηχανισμούς προκαλείται η διάσπαση ενός μονωτήρα; 18. Αναφέρατε ποιο στοιχείο μιας μονοβάθμιας κρουστικής γεννήτριας θα πρέπει να μεταβάλλουμε ώστε να μην έχουμε ταλαντώσεις στο μέτωπο της κρουστικής τάσης. 19. Ποια είδη τάσεων θα μπορούσαν να μετρηθούν με ένα καλά σχεδιασμένο και κατασκευασμένο ωμικό καταμεριστή με παράλληλες χωρητικότητες. 20. Από ποιους κατά την γνώμη σας παραμέτρους εξαρτάται η τάση διάσπασης ομοιογενούς διακένου αέρα. 21. Ποιες είναι οι συνθήκες που πρέπει να πληρούνται ώστε να γίνει έναρξη μερικών εκκενώσεων (Corona) σε ένα ανομοιογενές διάκενο. 22. Είναι δυνατός να μειωθεί ο στατικός χρόνος ts έως την διάσπαση σε ένα διάκενο, και αν ναι με ποιες τεχνικές; 23. Αναφέρατε συνοπτικά τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των συνθετικών μονωτήρων. 24. Σχεδιάστε και εξηγείστε περιληπτικά την λειτουργία μιας τετραβάθμιας γεννήτριας συνεχούς τάσης. 25. Αναφέρατε για ποιους λόγους για την παραγωγή τάσεων πάνω από 250 KV κατασκευάζονται πολυβάθμιες κρουστικές γεννήτριες. 26. Ποια χαρακτηριστικά πρέπει να ικανοποιούν οι αντιστάσεις που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή ωμικών καταμεριστών. 27. Αναφέρατε και εξηγείστε συνοπτικά τι είδους ηλεκτρικό πεδίο αναπτύσσεται στα πιο κάτω διάκενα: 28. Αναφέρατε κα εξηγείστε συνοπτικά τις φάσεις που ακολουθεί η διάσπαση ανοιογενών διακένων. 29. Εξηγείστε τι ονομάζεται χρόνος καθυστέρησης έως την διάσπαση. 30. Αναφέρατε τι ιδιαίτερα χαρακτηριστικά παρουσιάζουν οι μονωτήρες τύπου ομίχλης. 31. Εξηγείστε το λόγο για τον οποίο η μορφή του διαγράμματος από το οποίο υπολογίζονται οι συντελεστές βαρύτητας για τον καθορισμό της τυπικής απόκλισης σ έχει την παρακάτω μορφή: 32. Περιγράψτε τη δημιουργία έρπουσας εκκένωσης σε μονωτήρες. Υπό ποιες προϋπόθεσης εμφανίζεται η εκκένωση αυτή; 33. Σχεδιάστε έναν τριβάθμιο μετασχηματιστή δοκιμών και περιγράψτε την λειτουργία του. 34. Περιγράψτε αναλυτικά την εξέλιξη της ηλεκτρικής διάσπασης σε ένα ομοιογενές ηλεκτρικό πεδίο υπό συνεχή τάση. Τι αναφέρει ο νόμος του Paschen. 35. Σε ποιες κατηγορίες διακρίνονται τα υλικά κατασκευής μονωτήρων. Περιγράψτε τα πλεονεκτήματα, καθώς και τα μειονεκτήματα της κάθε κατηγορίας. 36. Σχεδιάστε μία τριβάθμια γεννήτρια δοκιμών DC απλού κυκλώματος και περιγράψτε την λειτουργία της. 37. Αναφέρατε και εξηγείστε περιληπτικά τι ονομάζεται και πως λειτουργεί ένα διάκενο Triggatron. 3
38. Περιγράψτε αναλυτικά τα στάδια εξέλιξης της ηλεκτρικής διάσπασης σε ένα ανομοιογενές ηλεκτρικό πεδίο υπό κρουστική τάση. Ποιες προϋπόθεσης πρέπει να πληρούνται για να είναι δυνατή η ηλεκτρική διάσπαση ενός ανομοιογενούς διακένου. 4
ΑΣΚΗΣΕΙΣ 1. Κρουστική γεννήτρια εκθετικών ρευμάτων έχει τα ακόλουθα στοιχεία: τάση φόρτισης V DC =20KV, χωρητικότητα φόρτισης C K =10μF, αυτεπαγωγή γεννήτριας L=10μH, και αντίσταση δοκιμίου R Δ =1Ω. Να βρεθεί η ελάχιστη τιμή της συνολικής τιμής της αντίστασης R που πρέπει να παρουσιάζει η γεννήτρια ώστε το ρεύμα εξόδου να μη περιέχει ταλαντώσεις. Να βρεθούν οι χρόνοι μετώπου και ουράς T f / T t, καθώς και η μέγιστη τιμή του κρουστικού ρεύματος εξόδου που μπορεί να παράγει η γεννήτρια. Να βρεθεί η τιμή της αντίστασης απόσβεσης R A καθώς επίσης και της αντίστασης μέτρησης R M ώστε να μπορούμε να μετρήσουμε το κρουστικό ρεύμα εξόδου με παλμογράφο μέγιστης τάσης εξόδου u=1000v. α) R=2Ω β) T f =10μ sec γ) Tt=24,5μ sec δ) I K =7,36KA ε) R M =0,14Ω στ) R A =0,86Ω 2. Δίδεται το πιο κάτω κύκλωμα μονοβάθμιας κρουστικής γεννήτριας η οποία τροφοδοτείται από μια γεννήτρια D.C. και έναν μετασχηματιστή Τ. Εάν η μορφή της τάσης εξόδου είναι Tcr/Tt:250/2500 μs, η επιθυμητή μέγιστη τάση εξόδου U Ο =200KV, η χωρητικότητα φορτίου C 2 =500pF και εάν η χωρητικότητα φόρτισης C 1 =30xC 2 υπολογίστε ποια η μέγιστη ενεργός (r.m.s.) τάση εξόδου Ui του μετασχηματιστή T. α) R 2 =172,2 ΚΩ β) R 1 =232,7 ΚΩ γ) V B %=0,56 δ) V DC =357,1KV 5
ε) Vi(max)=178,6 KV στ) Vi(rms)=126,3KV 3. Για την δοκιμή υπογείου καλωδίου μέσης τάσης μήκους 10 μέτρων και χωρητικότητας 2nF/m, σε κρουστική τάση μέγιστης τιμής 175 KV και μορφής T f /T t :1,2/50 μsec κατασκευάζεται μονοβάθμια κρουστική γεννήτρια κατά VDE-β. Η κρουστική γεννήτρια τροφοδοτείται μέσω κυκλώματος απλής ανόρθωσης από έναν μετασχηματιστή 220V/150KVrms, ενώ λόγω της μεγάλης τιμής της, η χωρητικότητα του δοκιμίου χρησιμοποιείται σαν χωρητικότητα φορτίου της γεννήτριας. Η κρουστική τάση στην έξοδο της γεννήτριας μετράται με την βοήθεια ωμικού καταμεριστή με αντίσταση βραχίονα υψηλής τάσης 5000Ω. q Να σχεδιαστεί το κύκλωμα δοκιμής και να βρεθεί η χωρητικότητα του πυκνωτή φόρτισης της γεννήτριας, ώστε η μέγιστη τάση εξόδου με τον πιο πάνω μετασχηματιστή να είναι 175 KV. q Να βρεθούν οι αντιστάσεις μετώπου και ουράς, καθώς και η τιμή του βραχίονα χαμηλής τάσης του ωμικού καταμεριστή εάν η τάση στα άκρα του δεν πρέπει να ξεπερνάει τα 2 KV. α) C 2 =20uF β) VDC=212,1 KV γ) C 1 =94,3uF δ) R 2 =24,2Ω ε) R 1 =691,8Ω στ) R 2κ =57,8Ω 4. Μονοβάθμια κρουστική γεννήτρια τύπου VDE-α έχει τα εξής στοιχεία: χωρητικότητα φόρτισης C 1 =15nF, χωρητικότητα φορτίου C 2 =0,5nF, αντίσταση μετώπου R 2 =1000Ω και αντίσταση ουράς R 1 =4000Ω. Στην έξοδο της κρουστικής γεννήτριας συνδέεται χωρητικότητα καταμεριστή με χωρητικότητα βραχίονα υψηλής τάσης C 1K =100pF και χωρητικότητα βραχίονα χαμηλής τάσης C 2K =100nF. Να υπολογιστούν οι χρόνοι μετώπου και ουράς T f / T t καθώς και η μέγιστη τάση φόρτισης V DC της γεννήτριας εάν η μέγιστη μετρούμενη τάση στον βραχίονα χαμηλής τάσης του καταμεριστή είναι u=200v. α) C KAT =99,9pF β)c 2 =5999,9 pf γ)t f =1,73μsec δ)tt=43,2μsec ε)n%α=0,768 στ)1/σ=1001 6
ζ)vo=200,2kv η)v DC =260,7KV 5. Μονοβάθμια κρουστική γεννήτρια πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για τη δοκιμή μονωτήρων με χωρητικότητα 1 nf. Εάν η χωρητικότητα φόρτισης είναι 20 nf και η χωρητικότητα μετώπου 4 nf υπολογίστε τις αντιστάσεις μετώπου και ουράς που πρέπει να χρησιμοποιηθούν έτσι ώστε η επιβαλλόμενη στο μονωτήρα τάση να είναι της μορφής 250/2500 μs. Εάν η τάση φόρτισης είναι 200kV, πόση είναι η μέγιστη τάση εξόδου της γεννήτριας όταν αυτή θεωρηθεί σαν VDE-a ή VDE-b. α) R 2 =20,8KΩ β)r 1 =144,3KΩ γ)n α% =0,1 δ)v oα =140KV ε)v β% =0,8 στ)v oβ =160KV 6. Για την δοκιμή δισκοειδών μονωτήρων χωρητικότητας 100pF σε κρουστικές τάσεις Τ f /Τ t : 1,2/200μsec μέχρι την τάση των 200KV, κατασκευάζεται μονοβάθμια κρουστική γεννήτρια τύπου VDE-β, η οποία τροφοδοτείται από D.C. διάταξη διπλασιασμού τάσης απλής ανόρθωσης. Η χωρητικότητα φόρτισης είναι 30nF, η χωρητικότητα φορτίου 1nF και η χωρητικότητα του βραχίονα υψηλής τάσης χωρητικού καταμεριστή που χρησιμοποιείται για την μέτρηση της τάσης εξόδου είναι 500pF. q Να σχεδιαστεί το κύκλωμα δοκιμής και να βρεθεί η συνολική χωρητικότητα φορτίου. q Να βρεθούν οι αντιστάσεις μετώπου R 2 και ουράς R 1 καθώς και η τιμή του βραχίονα χαμηλής τάσης, εάν η τάση στα άκρα του δεν πρέπει να ξεπερνάει τα 1000V. q Για την τροφοδότηση της γεννήτριας συνεχούς, διατίθονται οι ακόλουθοι μετασχηματιστές: 220V/25KVrms, 220V/50KVrms και 220V/100KVrms. Ποιών μετασχηματιστών αποκλείεται η χρήση: α) Σ=0,005 β) C 2K =99,5nF γ) C K =498pF δ) C 2ολ =1,598nF ε) R 2 =263,6Ω στ) R 1 =9133,5Ω ζ) n B% =0,95 η) V DC =210,5KV θ)virms=74,4kv 7
7. Για την δοκιμή υπογείου καλωδίου μέσης τάσης μήκους 10 μέτρων και χωρητικότητας 1nF/m, σε κρουστική τάση μέγιστης τιμής 175 KV και μορφής T f /T t :1,2/50 μsec κατασκευάζεται μονοβάθμια κρουστική γεννήτρια κατά VDE-β. Η κρουστική γεννήτρια τροφοδοτείται μέσω κυκλώματος απλής ανόρθωσης από έναν μετασχηματιστή 220V/150KVrms, ενώ λόγω της μεγάλης τιμής της, η χωρητικότητα του δοκιμίου χρησιμοποιείται σαν χωρητικότητα φορτίου της γεννήτριας. Η κρουστική τάση στην έξοδο της γεννήτριας μετράται με την βοήθεια ωμικού καταμεριστή με αντίσταση βραχίονα υψηλής τάσης 5000Ω. q Να σχεδιαστεί το κύκλωμα δοκιμής και να βρεθεί η χωρητικότητα του πυκνωτή φόρτισης της γεννήτριας, ώστε η μέγιστη τάση εξόδου με τον πιο πάνω μετασχηματιστή να είναι 175 KV. q Να βρεθούν οι αντιστάσεις μετώπου και ουράς, καθώς και η τιμή του βραχίονα χαμηλής τάσης του ωμικού καταμεριστή εάν η τάση στα άκρα του δεν πρέπει να ξεπερνάει τα 1000V. α) C 2 =10uF β) V DC =212,1 KV γ) C 1 =47,2uF δ) R 2 =48,5Ω ε) R 1 =1261,4Ω στ) R 2κ =28,7Ω 8. Μονοβάθμια κρουστική γεννήτρια πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για τη δοκιμή καλωδίου με χωρητικότητα 1,5 nf. Εάν η χωρητικότητα φόρτισης της γεννήτριας είναι 30 nf, υπολογίστε τις αντιστάσεις μετώπου και ουράς που πρέπει να χρησιμοποιηθούν έτσι ώστε η επιβαλλόμενη στο καλώδιο τάση να είναι της μορφής 1,2/250 μs. Εάν η τάση φόρτισης είναι 150kV, πόση είναι η μέγιστη τάση εξόδου της γεννήτριας όταν αυτή θεωρηθεί σαν VDE-a ή VDE-b. α) R 2 =280Ω β)r 1 =2290Ω γ)n α% =0,847 δ)v oα =127,5KV ε)v β% =0,95 στ)v oβ =143KV 8
9. Μονοβάθμια κρουστική γεννήτρια τύπου Α, έχει τα ακόλουθα στοιχεία: Τάση φόρτισης VDC=100KV, χωρητικότητα φόρτισης C1=100nF, χωρητικότητα μετώπου C2=500pF, αντίσταση μετώπου R2=500Ω και αντίσταση ουράς R1=10KΩ. Στην έξοδό της συνδέεται χωρητικός καταμεριστής με χωρητικότητα βραχίονα υψηλής τάσης C1K=100pF. Ποια η τιμή των χρόνων μετώπου Tf και ουράς Tt της κρουστικής τάσης εξόδου με και χωρίς συνδεδεμένο τον χωρητικό καταμεριστή στην έξοδο της κρουστικής γεννήτριας; Ποια η τιμή της χωρητικότητας του βραχίονα χαμηλής τάσης C2K του καταμεριστή εάν η τάση στα άκρα του θα μετρηθεί με κρουστικό βολτόμετρο 1KV. α) i. Με τον καταμεριστή: T f =0,895μsec T t =697,2μsec ii. Χωρίς τον καταμεριστή: T f =0,746μsec T t =696,5μsec β) C 2KAT =9,9nF 10. Πολυβάθμια γεννήτρια συνεχούς ρεύματος (απλής ανόρθωσης) τεσσάρων βαθμίδων με χωρητικότητα βαθμίδας C NB =10μF, τροφοδοτείται από μετασχηματιστή με μέγιστη τάση εξόδου Vrms=100KV. Ποια η μέγιστη τάση εξόδου Vο, η πτώση τάσης Δ U, και η κυμάτωση δv εάν στη έξοδο της γεννήτριας συνδεθεί δοκίμιο που απορροφάει μέγιστο ρεύμα I Φ =100mA. Εάν στην έξοδο της γεννήτριας συνεχούς συνδεθεί ωμικός καταμεριστής που θα διαρρέετε από μέγιστο ρεύμα I KAT =1mA, ποιες οι τιμές των αντιστάσεων των βραχιόνων υψηλής R 1KAT και χαμηλής R 2KAT του καταμεριστή για να μετράμε με βολτόμετρο1kv. α) i. ΔV=8800V ii. δv1000v iii. V o= 555,2 KV β) i. Σ = 0,0018 ii R 2KAT =1MΩ ii. R 1KAT =554,6 MΩ 9
11. Πολυβάθμια κρουστική γεννήτρια τριών βαθμίδων τύπου Α, έχει τα ακόλουθα στοιχεία: Τάση φόρτισης V DC =100KV, χωρητικότητα φόρτισης βαθμίδας C 1Β =100nF, χωρητικότητα μετώπου C 2 =500pF, αντίσταση μετώπου R 2 =500Ω και αντίσταση ουράς βαθμίδας R 1Β =10KΩ. Ποια η τιμή των χρόνων μετώπου Tf και ουράς Tt της κρουστικής τάσης εξόδου, ο βαθμός απόδοσης n A% η μέγιστη περιεχόμενη ενέργεια E r και η τάση εξόδου Vο της κρουστικής γεννήτριας. Ποια η τιμή της αντίστασης μετώπου R 2 για να έχουμε χρόνο μετώπου T f =70μsec. α) Από το ισοδύναμο έχουμε: i. T f =0,739μsec ii. T t =702,7μsec iii. n Α% =0,985 iv. E r =1498,5J v. Vο=295,5 KV β) R 2 =47367Ω 12. Μονοβάθμια κρουστική γεννήτρια τύπου Α τροφοδοτείται από έναν μετασχηματιστή και μια γεννήτρια συνεχούς ρεύματος απλής ανόρθωσης, έχει δε τα ακόλουθα στοιχεία: Τάση εξόδου Vο=100 KV, χωρητικότητα φόρτισης C 1 =100nF, χωρητικότητα μετώπου C 2 =500pF, αντίσταση μετώπου R 2 =500Ω, και αντίσταση ουράς R 1 =10KΩ. Ποια η τιμή τω χρόνων μετώπου T f και ουράς T t της κρουστικής τάσης εξόδου, ο βαθμός απόδοσης n A% και η μέγιστη περιεχόμενη ενέργεια E της κρουστικής γεννήτριας. Ποια θα είναι η εναλλασσόμενη τάση εξόδου V AC (rms) του μετασχηματιστή εάν θεωρήσουμε ότι η μέγιστη πτώση τάσεως ΔU στην γεννήτρια συνεχούς ρεύματος είναι 15KV. α) i. T f =0,746μsec ii. T t =696,47μsec iii. n Α% =0,995 iv. E=505J v. V DC =100,5 KV β) i. Vmax=115,5KV ii. V AC (rms)=81,7kv 10
13. Για τον έλεγχο της διηλεκτρικής ανοχής δισκοειδών μονωτήρων χωρητικότητας 10pf υπό καταπόνηση με ατμοσφαιρικές κρουστικές τάσεις T f /T t :1,2/50 μsec, πρόκειται να κατασκευαστεί μονοβάθμια κρουστική γεννήτρια κατά VDE-a με χωρητικότητα φόρτισης C 1 =10nF και χωρητικότητα φορτίου C 2 =1nF. Στην έξοδο της γεννήτριας θα συνδεθεί χωρητικός καταμεριστής με χωρητικότητα Υ.Τ. C 1KAT =1nF, και χωρητικότητα Χ.Τ. C 2KAT =99nf. Να βρεθούν οι τιμές των αντιστάσεων μετώπου R 2 και ουράς R 1, ο βαθμός απόδοσης της γεννήτριας n α%, και οι μέγιστες τάσεις εισόδου U DC και εξόδου Uο εάν η μέγιστη τάση στον βραχίονα X.T. του καταμεριστή δεν πρέπει να ξεπερνάει τα 500V. i. R 2 =240Ω ii. R 1 =6012,5Ω iii. n A% =83,3% iv. Vο=50KV v. V DC =60KV 14. Για τη δοκιμή υπογείου καλωδίου μέσης τάσης που παρουσιάζει χωρητικότητα 0,4 nf/m, σε κρουστική τάση μορφής T f /T t :1,2/50μsec κατασκευάζεται μονοβάθμια κρουστική γεννήτρια κατά VDE-β. Η χωρητικότητα φόρτισης της γεννήτριας είναι 10 nf ενώ η χωρητικότητα του φορτίου είναι 1 nf. Η κρουστική τάση στην έξοδο της γεννήτριας μετράται με την βοήθεια χωρητικού καταμεριστή με συνολική χωρητικότητα 200pF. q Να βρεθούν οι αντιστάσεις μετώπου και ουράς, καθώς και ο βαθμός απόδοσης της γεννήτριας όταν αυτή λειτουργεί χωρίς φορτίο. q Αποφασίστε πόσο μήκος θα έχει το καλώδιο που θα δοκιμαστεί ώστε οι χρόνοι μετώπου και ουράς T f /T t που προκύπτουν με τις πιο πάνω αντιστάσεις να είναι δεκτοί από τους κανονισμούς δοκιμών καλωδίων. Οι κανονισμοί για τις δοκιμές καλωδίων απαιτούν όπως ο χρόνος μετώπου T f της κρουστικής τάσης να είναι μεταξύ 0,5 μsec ενώ για τον χρόνο ουράς T t είναι δεκτή μια απόκλιση +/- 20% (όπως και κατά VDE). Επίσης λάβετε υπόψιν σας ότι όσο μεγαλύτερο μήκος καλωδίου χρησιμοποιήσετε τόσο πιο αξιόπιστα θα είναι τα αποτελέσματα. α) R 2 =373,3 Ω R 1 =6442 Ω V B% =89,3% β) C Φ =3,44 uf T f =2,87 μsec C Δ =2,24 Uf L=5,6m 11
15. Μονοβάθμια κρουστική γεννήτρια τύπου VDE-α έχει τα εξής στοιχεία: μέγιστη τάση φόρτισης V DC =200KV, χωρητικότητα φόρτισης C 1 =15 nf, χωρητικότητα φορτίου C 2 =0,5 nf, αντίσταση μετώπου R 2 =1000Ω και αντίσταση ουράς R 1 =4000 Ω. Να βρεθούν οι χρόνοι μετώπου και ουράς T f /T t, ο βαθμός απόδοσης n α%, η μέγιστη τάση εξόδου Vο και ενέργεια Ε της γεννήτριας. Εάν η συνολική παράσιτη αυτεπαγωγή της κρουστικής γεννήτριας είναι L=50μΗ, βρείτε εάν η κρουστική τάση εξόδου περιέχει ταλαντώσεις. T f =1,45μsec T t =43 μsec n α%,=0,968 E=300J Vο=193,5KV 1000Ω>645,5Ω Η κρουστική τάση εξόδου δεν περιέχει ταλαντώσεις 16. Διβάθμια κρουστική γεννήτρια έχει τα εξής χαρακτηριστικά: Χωρητικότητα φόρτισης (ανά βαθμίδα) 40nF Χωρητικότητα μετώπου 1nF Υπολογίστε τις αντιστάσεις ουράς (ανά βαθμίδα) και μετώπου έτσι ώστε η παραγόμενη από τη γεννήτρια τάση να είναι της μορφής 1,2/50μs. Πόση είναι η μέγιστη τάση εξόδου της γεννήτριας όταν η τάση φόρτισής της είναι 125KV; R 2 =420 R 1 =3936Ω R 1 =1718Ω n B% =0,952 Vο=238 KV 17. Μονοβάθμια κρουστική γεννήτρια (VDE β) έχει τα εξής στοιχεία: χωρητικότητα φόρτισης (C 1 ) 30nF, χωρητικότητα φορτίου (C 2 ) 5 nf και DC τάση φόρτισης (U 1 ) 200kV. Στην έξοδο της κρουστικής γεννήτριας συνδέεται δοκίμιο το οποίο παρουσιάζει χωρητικότητα (C Δ ) 2nF. Να βρεθούν: q Το κύκλωμα της πειραματικής διάταξης. q Τις τιμές των αντιστάσεων μετώπου και ουράς της κρουστικής γεννήτριας, έτσι ώστε η τάση εξόδου να είναι της μορφής T f /T t :1,2μs/50μs. q Τον βαθμό απόδοσης (n % ), την τάση εξόδου (Uο) και την περιεχόμενη ενέργεια της γεννήτριας (Ε). 12
R 2 =10,5Ω R 1 =1950Ω n % =81,1% Vο=162,2KV E=600J 18. Δίδεται το πιο κάτω κύκλωμα μονοβάθμιας κρουστικής γεννήτριας με τα ακόλουθα στοιχεία: Vο=200KV, T f /T t :1,2/50μsec, C 1 =10nF, C 2 =1nF, και C Q =100pF. Υπολογίστε την τάση φόρτισης V DC, τις αντιστάσεις R 1 και R 2, την μέγιστη περιεχόμενη ενέργεια E1, καθώς και τους βαθμούς απόδοσης n Α% και n Β%. C 2 =1,1uF R 2 =403,6Ω R 1 =6,500Ω n A% =0,9 n B% =0,85 V DC (A)=222KV V DC (B)=235,3KV E A =246,4J E B =276,8J 19. Δίδεται το πιο κάτω κύκλωμα μονοβάθμιας κρουστικής γεννήτριας και ενός χωρητικού καταμεριστή συνδεδεμένο στην έξοδο της με τα ακόλουθα στοιχεία:c 1 =200 nf, C 2 =10 nf, C K1 =500pF, C K2 =70nF, R 1 =5KΩ, R 2 =500Ω, και VDC=100KV. Υπολογίστε την τάση εξόδου Vο, τους βαθμούς απόδοσης n Α% και n Β% καθώς και τους χρόνους T f /T t της παραγόμενης κρουστικής τάσης. C 3 =496pF C A =10,496nF n A% =95% n B% =86% Για γεννήτρια τύπου Α:Vο=0,95*100KV=95KV Για γεννήτρια τύπου Β:Vο=0,86*100KV=86KV T f =14,96 μsec T t =729,37 μsec 13
20. Δίδεται το πιο κάτω κύκλωμα πολυβάθμιας κρουστικής γεννήτριας με τα ακόλουθα στοιχεία:c 1 =20nF, C 2 =1nF, R 1 =500Ω και V DC =50KV. Υπολογίστε την τάση εξόδου Vο, τον βαθμό απόδοσης n Α%, την πολικότητα κα τους χρόνους T f /T t της κρουστικής τάσης στην έξοδο της γεννήτριας. C 1 =10uF R 1 =10000Ω T f =1,36μsec T t =76μsec n A% =0,91 Vο=91KV 21. Δίδεται το πιο κάτω κύκλωμα μονοβάθμιας κρουστικής γεννήτριας και ενός χωρητικού καταμεριστή συνδεδεμένο στην έξοδο της με τα ακόλουθα στοιχεία:c 1 =100 nf, C 1K =1000pF, C 2K =140 nf, R 1 =3KΩ, R 2 =500Ω, και u=2kv. Υπολογίστε την τάση εξόδου V0, τη τάση εισόδου V DC, τον βαθμό απόδοσης n Α% και τους χρόνους T f /T t της κρουστικής τάσης εξόδου. Vο=282KV n%=99%v DC =285KV T f =1,47 μsec T t =209,9 μsec 22. Δίδεται τετραβάθμια γεννήτρια συνεχούς ρεύματος απλής ανόρθωσης με χωρητικότητες βαθμίδας C N =10nF. Εάν στην έξοδο της γεννήτριας συνδεθεί ωμικός καταμεριστής με Ι ΚΑΤ =1mA και R 1 =249,5ΜΩ ποια η V rms τάση του μετασχηματιστή στην είσοδο της γεννήτριας ώστε να μετράμε την τάση στον βραχίονα χαμηλής τάσης με βολτόμετρο 0,5KV. R 2 =500KΩ 1/Σ=500 V=250KV ΔV=88KV V =338KV V max =84,5KV V rms =59,8KV 14
23. Δίδεται μονοβάθμια κρουστική γεννήτρια με χωρητικότητα φόρτισης C 1 =15nF, και χωρητικότητα φορτίου C 2 =500pF. Να βρεθούν οι αντιστάσεις μετώπου R 2 και ουράς R 1 ώστε η κρουστική τάση να είναι της μορφής T f /T t :1,2/50μsec. Εάν στην έξοδο της κρουστικής γεννήτριας συνδεθεί χωρητικός καταμεριστής με C 1KAT =500pF και C 2KAT =100nF, να βρεθούν οι αντιστάσεις R 1 και R 2 ώστε η κρουστική τάση εξόδου να είναι πάλι T f /T t :1,2/50μsec. i)r 2 =827Ω R 1 =4655Ω ii)r 2 =428Ω R 1 =4510Ω 24. Δίδεται τετραβάθμια κρουστική γεννήτρια με χωρητικότητα φόρτισης βαθμίδων C 1 =100nF, και χωρητικότητα φορτίου C 2 =500pf. Στην έξοδο της γεννήτριας συνδέεται χωρητικός καταμεριστής με C 1KAT =100pF και C 2KAT =100nF. Να βρεθούν οι αντιστάσεις βαθμίδας μετώπου R 2 και ουράς R 1 ώστε η κρουστική τάση στην έξοδο της γεννήτριας να είναι της μορφής T f /T t :1,2/50μsec. Εάν η τάση στον βραχίονα χαμηλής τάσης του καταμεριστή είναι u=1kv ποια η μέγιστη τάση φόρτισης V DC στην είσοδο της γεννήτριας. A. C K =99,9pF C 2 =599,9pF C 1 =25uF R 2 =682,8Ω R 1 =2818,4Ω R 2 =170,7Ω R 1 =704,6Ω Β. 1/Σ=1001 Vο=1001KV Vο =1024,6KV n % B=0,977 V DC =256,2KV 25. Δίδεται γεννήτρια συνεχούς τάσεως ισχύος 500W με μέγιστη τάση εξόδου 1000KV. Εάν στην διάθεσή σας διατίθεται βολτόμετρο μέγιστης τάσης u=1kv και εσωτερικής αντιστάσεως Ri=50ΜΩ, να υπολογιστούν οι τιμές των βραχιόνων υψηλής και χαμηλής τάσης του ωμικού καταμεριστή που πρέπει να συνδεθεί στην έξοδο της γεννήτριας. 15
R 2 =33,3 ΜΩ R 1 =19,98GΩ 26. Πενταβάθμια κρουστική γεννήτρια (VDE β) έχει τα εξής στοιχεία: χωρητικότητα φόρτισης ανά βαθμίδα (C 1 ) 50nF, βαθμίδα (R 1 ) 1,2ΚΩ, εξωτερική αντίσταση μετώπου (R 2 ) 240Ω, και DC τάση φόρτισης (U 1 ) 200KV ανά βαθμίδα. Να βρεθούν: q Το κύκλωμα της πειραματικής διάταξης (για ορθή και ανάστροφη πολικότητα εξόδου). q Τις τιμές των χρόνων μετώπου (Τ f ) και ουράς (Τ t ) της κρουστικής τάσης που παράγεται στην έξοδο της γεννήτριας. q Τον βαθμό απόδοσης (n % ), την τάση εξόδου (Uο) και την συνολική περιεχόμενη ενέργεια της γεννήτριας (Ε). T f =1,2μsec T t =49,9μsec n % =83,3% Uο=833KV EΓ=5000J 27. Δίδεται μονοβάθμια κρουστική γεννήτρια τύπου VDE-α με τα εξής στοιχεία: χωρητικότητα φόρτισης C 1 =50nF, χωρητικότητα μετώπου C 2 =3nF, χωρητικότητα δοκιμίου C Δ =2nF και συνολική παράσιτη αυτεπαγωγή L=100μΗ. α. Να βρεθούν οι αντιστάσεις μετώπου R 1 και ουράς R 2 που θα χρησιμοποιηθούν στην κρουστική γεννήτρια ώστε η κρουστική τάση εξόδου να είναι της μορφής:t f /T t :1,2/200μsec. β. Να βρεθεί ο βαθμός απόδοσης της κρουστικής γεννήτριας. γ. Να βρεθεί εάν η παραγόμενη κρουστική τάση εξόδου περιέχει ταλαντώσεις και εάν αυτό συμβαίνει, για ποια η ελάχιστη τιμή του L ώστε να μην υπάρχουν ταλαντώσεις; α. R 2 =88Ω R 1 =5247,3Ω β. n %α =89,4% γ. 1/C ολ =C=4,545nF R 2 >=2L/C=88>=296,7 Δεν ισχύει άρα η κρουστική τάση περιέχει ταλάντωση R 2 >=2L/C L<=8,8μH 16