В основе диагностики состояния обмоток
трансформаторов низковольтными наносекундными импульсами [1] лежит импульсный
генератор, формирующий импульсы с фронтом единицы наносекунд и длительностью
нескольких сотен наносекунд. При этом амплитуда импульса должна быть более
200 В. Промышленность генераторы с совокупностью таких параметров не
выпускаются. Одна из проблем на пути создания таких генераторов отсутствие
приемлемого коммутатора. В связи с этим нами была поставлена задача
проанализировать импульс на выходе генератора, получаемый на согласованной
нагрузке при различных типах коммутаторов.
За основу были взяты такие типы: скоростные
биполярные транзисторы, ртутные реле, механические замыкатели типа ползунковых
кнопочных переключателей, герконы газовые и вакуумные, разрядники низкого
напряжения типа NENSHI 230 07.
Методика сопоставительного анализа заключалась в
том, что исследуемый коммутатор устанавливался в кабельный генератор (волновое
сопротивление кабеля составляло 75 Ом, длина кабеля 130 м), собранный
по схеме Введенского [2].
Типичные импульсы, полученные в результате
испытания разных коммутаторов, приведены на рис.1.
Видно, что они отличаются в основном в
начале импульса. Это обусловлено свойствами применяемого коммутатора, т.к.
остальные параметры генератора, включая индуктивность присоединения
коммутатора, оставались во всех экспериментах одинаковыми.
а б
Рис.1. Импульсы 
коммутаторов типа: а)
геркон вакуумный МКА-52141-ГрА; б) газовый разрядник РГУ-1-50-100
Для объективного сравнения получаемых
импульсов между собой нами был применен метод дискретного Фурье-анализа. С
помощью стандартной программы MathCAD импульс
раскладывался в ряд Фурье (1):
, (1)
где 
- дискретное преобразование Фурье, 
- дискретный импульс
коммутатора (рис.1).
Эффективность метода продемонстрирована на
примере вакуумного геркона и газового разрядника (амплитудно-частотные
характеристики приведены на рис.2, а фазочастотные характеристики на рис.3, где
- порядковый номер
гармоники).
Видно, что этот метод не дает наглядной
картины сравнения разных по форме импульсов. Поэтому нами предложено сравнивать
между собой спектры фаз импульсов в виде относительного отклонения (2), как
представлено на рис.4, а. Спектры
амплитуд импульсов мы предлагаем сравнивать как разность вкладов энергий каждой
гармоники импульсов в общую энергию спектра (3), как показано на рис.4, б.
Относительное отклонение спектров фаз
импульсов в относительных единицах (о.е.): 
, (2)
где 
и 
- спектры фаз
коммутаторов двух типов соответственно.
а б
Рис.2. Амплитудно-частотные
спектры 
и 
коммутаторов типа:
а) геркон вакуумный; б)
газовый разрядник
а б
Рис.3. Фазочастотные спектры 
и 
коммутаторов типа:
а) геркон вакуумный; б)
газовый разрядник
Разность вкладов энергий каждой гармоники импульсов
в общую энергию спектра:
, (3)
где 
- вклад каждой
гармоники в общую энергию спектра коммутатора типа геркон вакуумный, то же самое с индексом 1 - вклад каждой
гармоники в общую энергию спектра коммутатора типа газовый разрядник, 
- порядковый номер
гармоники, 
- количество точек.
а б
Рис.4. Результаты сравнения коммутаторов типа геркон
вакуумный и газовый разрядник: а) относительное отклонение спектров фаз 
;
б) разность вкладов энергий каждой гармоники импульсов
в общую энергию спектра 
.
Как видно из рис.4, а, относительное отклонение спектров фаз незначительно. Рис.4, б показывает, что наибольшее отличие
наблюдается в первой гармонике, т.е. больший вклад энергии в общую энергию
спектра наблюдается у коммутатора типа газовый разрядник.
Таким образом, разработанный алгоритм
сравнения коммутаторов различного типа позволяет объективно сравнивать
генерируемые импульсы коммутаторами различного типа. Видно, что для
рассмотренных коммутаторов, частотный спектр импульсов незначительно отличается
друг от друга. К применению следует рекомендовать выбор коммутаторов, исходя из
каких-то других критериев, а не по форме фронта импульса.
Литература:
1. Лавринович В.А., Пичугина М.Т., Рамазанова А.Р. Применение наносекундных низковольтных
импульсов для диагностики состояния обмоток силовых трансформаторов // Научные
проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. – 2011. – № 2. – C. 292-294.
2. Введенский Ю.В. Тиратронный генератор
наносекундных импульсов с универсальным выходом // Известия вузов СССР.
Радиотехника. – 1959. – №2. – С. 249-251.