Короткозамкнутая длинная линия, заряжаемая током

Отрезок короткозамкнутой ЛРП также обладает формирующими свойст­вами. Однако короткозамкнутая линия представляет собой не емкостный, а индуктивный накопитель энергии, запасаемой в линии при ее подключении к источнику питания (рис. 3.16) [4].

По истечении некоторого времени после подключения линии к источнику, ток ко­торого ограничен (ключ К в положении 1), в ней устанавливается ток , где Rи– сопротивление источника питания (активными параметрами линии здесь можно пренебречь). Ток I определяет запасаемую в линии энергию . Начальные условия в линии: i(x,0) = I, u(x,0) = 0. Момент времени t = 0 совпадает с моментом переключения ключа К в положение 2. В результате подключения к линии нагрузки R = r от конца линии начинают распространяться обратные волны и , определяющие ток и напряжение на нагрузочном конце линии: i = I + ; u = – r. При x = l ток в линии i = iRи напряжение в линии u = uR = iRR. Из приведенных уравнений следует, что uR= = – r=
= (I+ )R, откуда, полагая R = r, найдем:

; .

При распространении волн и от нагрузки к короткозамкнутому концу линии в ней устанавливаются ток и напряжение . Затем в результате отражения волн и от короткозакнутого конца линии возникнут прямые волны:

; .

По мере распространения этих волн к нагрузочному концу линии ток в линии и напряжение в линии становятся равными нулю. В момент времени вся линия окажется свободной от запасов энергии, так как при R = r отраженные волны от нагрузочного конца линии не возникают.

Описанный волновой процесс подобен процессу, возникающему в разомкнутой линии (см. 3.1), но роль волн напряжения в разомкнутой линии здесь выполняют волны тока, и наоборот. На основании изложенного следует, что при R = r на нагрузке формируется прямоугольный импульс напряжения, амплитуда и длительность которого равны, соответственно,

, .

Короткозамкнутая формирующая линия имеет то преимущество над разомкнутой линией, что при она предоставляет возможность получить импульс напряжения значительной амплитуды: . Однако процесс накопления и хранения энергии в магнитном поле линии сопряжен с рядом недостатков и имеет низкий КПД. Поэтому короткозамкнутые формирующие линии применяются в случаях, когда отмеченное достоинство является особенно существенным.

Рис. 3.17

На рис. 3.17 приведена схема пятизвенной короткозамкнутой ОИЛ, энергия в которой запасается в индуктивных элементах, а нагрузка подключается параллельно емкости первой ячейки. Силовой ключ К должен быть полностью управляемым, поскольку он работает на размыкание, что несколько затрудняет практическую реализацию этой схемы.

Рис. 3.18

На рис. 3.18 показаны импульсы напряжения на двух согласованных линейных нагрузках R = r = 1 Ом и R = r = 10 Ом. В обоих случаях ток заряда линий равен 2 А. Длительность нормированного импульса 1 с. Амплитуды импульсов напряжения u1(t) и u2(t) составили, соответственно, 1 В (кривая 2) и 10 В (кривая 1), токи обеих нагрузок одинаковы и имеют амплитуду 1 А.