 |
Силовые ключи Автор ADF Электромагнитное оружие характеризуется очень большими значениями токов и напряжений, возникающих в момент выстрела. Чтобы коммутировать такие огромные токи обычные механические ключи как правило непригодны и требуется нечто иное. Альтернативой механическим ключам являются различные полупроводниковые, электровакуумные и газоразрядные приборы большой мощности, выполняющие функцию электрических вентилей. Рассмотрим основные их типы, особенности, преимущества и недостатки. Электронные лампы – триоды для коммутации больших токов малопригодны, так как их вольт - амперная характеристика (ВАХ) имеет участок насыщения, когда дальнейший рост напряжения не вызывает дополнительного роста тока. Говоря проще – лампа при коммутации больших напряжений обладает высоким активным сопротивлением и не может пропустить большой ток.
Куда более пригоден для использования в электромагнитном оружии тиратрон – газоразрядная лампа с управляемым разрядом. На управляющий электрод подается импульс поджига и через лампу начинает течь большой ток, а её активное сопротивление стремится к нулю. Лампа закрывается лишь после снятия с её основных электродов напряжения. Недостатком тиратрона является его высокая стоимость – в наше время электроламповые приборы стоят значительно дороже полупроводниковых. Кроме того, после поджига тиратрон не способен вновь перекрыть ток, что так же является недостатком. Из полупроводниковых приборов в нашем случае следует выделить три группы – тиристоры, биполярные транзисторы и МОП транзисторы (полевые транзисторы с изолированным затвором). Тиристоры являются почти идеальными для электромагнитного оружия ключами – они могут выдерживать очень большие токи, держать высокое напряжение и очень надежны. В сущности, в наше время под тиристором понимается не тиристор в изначальном понимании этого термина, а тринистор – тиристор с управляющим выводом. Просто тиристор на самом деле управляющего вывода не имеет и открывается при превышении приложенного к 2м его выводам напряжения некого предельного значения. Тиристор имеет два устойчивых состояния – закрытое, при этом его сопротивление составляет мегаОмы, и открытое – когда его сопротивление практически стремится к нулю. Кроме того, тиристоры, как и прочие полупроводниковые приборы, могут коммутировать импульсный ток в 50-10 0 раз превосходящий их номинальный без угрозы выхода из строя, что очень важно для ЭМ оружия. Для переведения тиристора, точнее тринистора, в открытое состояние необходимо подать на его управляющий вывод положительное напряжение. Особенностью тиристора является то, что однажды открытый он не может быть снова заперт для разрыва цепи с током, как и тиратрон. Однако в наши дни существует другая разновидность тиристоров – запираемые тиристоры. Тиристоры очень перспективны для использования в электромагнитном оружии, имеют низкую стоимость и высокую надежность.Биполярные транзисторы для использования в мощном ЭМ оружии в качестве коммутирующего элемента непригодны, так как их ВАХ имеет участок насыщения, при котором протекающий через цепь эмиттер – коллектор ток от напряжения не зависит и сопротивление транзистора весьма велико.
А вот полевые транзисторы с изолированным затвором (или МОП - транзисторы) весьма перспективны. В открытом состоянии они обладают очень малым внутренним сопротивлением, что позволяет коммутировать большие токи, после открытия могут быть закрыты, разрывая цепь и прекращая ток в ней. Именно благодаря последнему свойству они могут быть использованы в ЭМ оружии для контролируемой отчески импульсов тока строго необходимой длительности. Недостатком МОП транзисторов является из значительно более высокая по сравнению с тиристорами стоимость и невысокое напряжение, которое они могут удерживать. Так, например, на 4 $ можно купить тиристор на номинальный ток 50А и напряжение 600в либо полевой транзистор на напряжение всего 60в и номинальный ток 15-20а.Все - же не стоит совсем забывать механические и электромеханические устройства. Ведь при изготовлении мощных многоступенчатых магнитных ускорителей проблема стоимости радиоэлементов становится очень острой и очень часто регресс в сторону обыкновенных механических ключей оправдан со всех позиций. Для низковольтных магнитных ускорителей, работающих от напряжения не более 50в, в качестве коммутирующих устройств вполне могут использоваться обычные механические ключи. Кроме того, их использование в данном случае дает ряд преимуществ – расположив мощный микропереключатель с шарнирной пластиной перед началом обмотки мы получаем очень простое и эффективное устройство отсечки питания для ступени ускорителя. Пока снаряд находится внутри ствола под микропереключателем, контакты микропереключателя замкнуты и через него обмотка замыкается на источник питания. При втягивании снаряда контакты размыкаются и ток в обмотке отключается. Что касается скорости механического срабатывания переключателя – то для гауссовки она достаточна. Несложный расчет показывает, что скорость размыкания контактов после отпускания кнопки составляет сотые доли секунды а то и меньше. Отдельно стоит поговорить о силовых и\или быстродействующих реле. По сравнению с полупроводниковыми ключами реле обладают лишь двумя недостатками, но одним очень существенным достоинством. С одной стороны, при коммутации больших токов контакты реле могут сварится, кроме того быстродействие реле оставляет желать лучшего. Но не стоит забывать – что реле стоит в разы дешевле тиристоров и МОП-транзисторов, к тому же обладают способностью размыкать цепь при снятии питающего напряжения. Для предотвращения сваривания контактов, их необходимо смазать графитовой или другой токопроводящей смазкой. Кроме того, проблема сваривания контактов будет стоять не столь остро, если время протекания тока будет мало, т.е. если реле будет использоваться в качестве коммутирующего элемента на ступенях ускорителя, в которых скорость полета снаряда уже достаточно велика. Но это достаточно противоречивое условие, т.к. быстродействие реле ограничено, а при большой скорости полета снаряда требуется их своевременное замыкание и размыкание. Тем не менее, использование в ЭМУ реле вполне возможно и не стоит отодвигать их на второй план – они могут оказаться вполне эффективными и оправданными. |
(C) 2002 Gauss2k.narod.ru |
