Расписанные билеты, но с КУЧЕЙ опечаток. 6 10 вопросы. Заключение по всем генераторам. 87

Название	6 10 вопросы. Заключение по всем генераторам. 87
Дата	03.04.2023
Размер	4.6 Mb.
Формат файла
Имя файла	Расписанные билеты, но с КУЧЕЙ опечаток.docx
Тип	Документы #1034382
страница	16 из 17

1 ... 9 10 11 12 13 14 15 16 17

16. Ламповый генератор с независимым возбуждением.

Ламповые генераторы, автогенераторы (генераторы с самовозбуждением) применяются в качестве источников питания электротермических установок, предназначенных для плавки, нагрева и закалки различных металлических материалов и деталей. Они выпускаются промышленностью на стандартные частоты 66, 440, 880 кГц, 1,76; 5,28; 13,26; 27,12 МГц и стандартные мощности 4, 10, 25, 40, 60, 100, 160, 250, 400, 600, 1000 кВт и т.д.

Основным конструктивным элементом данных генераторов является электронная генераторная лампа, относящаяся к классу триодов. Обычно такие лампы представляют собой конструкцию, напоминающую систему из трех коаксиальных цилиндров. Центральным элементом конструкции является нить накала.

Основным конструктивным элементом ламповых генераторов является электронная генераторная лампа, относящаяся к классу триодов. Обычно такие лампы представляют собой конструкцию, напоминающую систему из трех коаксиальных цилиндров. Центральным элементом конструкции является нить накала (это либо вольфрамовый стержень, либо сильно вытянутая петля из вольфрамовой проволоки), через которую пропускается значительный ток (десятки и сотни ампер) для разогрева ее до 2400…2500 К.

При этих температурах благодаря термоэлектронной эмиссии электроны покидают металл и образуют вокруг нити накала своего рода оболочку, которая и является источником тока при воздействии положительных относительно потенциала катода потенциалов сетки и анода. Сетка представляет собой ажурный цилиндр, окружающий катод. Коаксиально с сеткой располагается анод (в мощных лампах он делается из меди).

Принцип работы лампового генератора.

Характеристики генераторной лампы обычно приводятся для анодного и сеточных токов как функции анодного и сеточного напряжений (см. на рисунке).

Ламповый генератор с независимым возбуждением.

На сетку генераторной лампы от независимого источника питания поступает напряжение u_c.

Под действием импульсов напряжения, поступающих на сетку генераторной лампы, генераторная лампа периодически открывается и закрывается. На интервале закрытого состояния генераторной лампы формируется положительная “полуволна” тока, протекающего через нагрузочный колебательный контур (L_н, R_н, C_н), а на интервале открытого состояния генераторной лампы – отрицательная «полуволна» тока, протекающего через нагрузочный колебательный контур.

Частота следования импульсов тока, равна частоте импульсов, поступающих на сетку генераторной лампы, и выбирается равной резонансной частоте нагрузочного колебательного контура. Таким образом, в нагрузочном колебательном контуре имеет место резонанс токов.

Добротность нагрузочного колебательного контура:

Так как добротность нагрузочного колебательного контура в установках индукционного нагрева и закалки на частотах 66 кГц и выше всегда больше 5…10, то напряжение на нагрузочном колебательном контуре несмотря на то, что форма тока не является синусоидальной, можно считать синусоидальным, и, для упрощения анализа, содержащим только первую гармонику. Для получения простых аналитических выражений, описывающих работу лампового генератора при независимом возбуждении, при анализе генератора принимаем следующие допущения.

Допущения:

Сглаживающий дроссель L1 полностью “сглаживает” ток id, id=Id;
Напряжение на накопительном (разделительном) конденсаторе C1 полностью сглажено, uc1=Ud;
Частота ω напряжения на сетке генераторной лампы равна резонансной частоте нагрузочного колебательного контура:

Напряжение на нагрузочном колебательном контуре изменяется по закону:

Форма тока анода генераторной лампы на интервале проводимости лампы повторяет форму напряжения uc, подаваемого на сетку генераторной лампы, сдвиг по фазе между первыми гармониками анодного тока и напряжения на сетке равен нулю.

На временных диаграммах введены следующие дополнительные обозначения: U_c ‑ напряжение на сетке генераторной лампы, при котором через лампу начинает протекать анодный ток; θ_a ‑ угол проводимости анодного тока; θ_с ‑ угол проводимости тока сетки генераторной лампы; i₀=I_L_1,0 ‑ постоянная составляющая тока, потребляемая от высоковольтного выпрямителя; i_нк,1_m ‑ мгновенное значение первой гармоники тока, протекающего через нагрузочный колебательный контур.

Для пояснения принципа работы лампового автогенератора и расчетов режимов его работы, необходимо иметь аналитическую зависимость тока анода генераторной лампы от угла проводимости, а также знать постоянную и гармонические составляющие анодного тока (см. на рисунке справа). Ток анода генераторной лампы имеет максимальное значение. Такой выбор начала координат позволяет получить простые аналитические выражения для постоянных гармонических составляющих анодного тока.

На интервале открытого состояния генераторной лампы при принятых допущениях ток анода генераторной лампы изменяется по закону:

если принять, что при t=0 ia=Ia.max, то составляющая тока анода равна:

Амплитудное значение гармонических составляющих анодного тока определяется из следующего уравнения:

Амплитудное значение первой гармоники анодного тока равно:

где k натуральное число.

Амплитудное значение первой гармоники напряжения на нагрузочном колебательном контуре равно:

где эквивалентное сопротивление нагрузочного колебательного контура, настроенного на резонанс на первой гармонике, имеет вид:

На второй гармонике сопротивление нагрузочного колебательного контура носит емкостной характер и приблизительно в 2Qнк меньше, чем Rэкв.1 и поэтому можно считать справедливым принятое ранее допущение о синусоидальности напряжения на нагрузочном колебательном контуре.

Методика расчета параметров лампового генератора (с независимым возбуждением). (дополнительный файл ниже)

ЗАДАНИЕ

Напряжение питающей сети,	380 В
Частота питающей сети,	50 Гц
Число фаз питающей сети	3
Рабочая частота,	5,28 МГц
Выпрямленное напряжение,	10 кВ
Плазмообразующий газ	Воздух (Air)
Тип генераторной лампы	ГУ-66А
Мощность нагрузочного колебательного контура,	60 кВт
Угол проводимости анодного тока,	60 град
Добротность нагрузочного контура,	15
Коэффициент использования анодного напряжения,	0,9

Основные параметры и предельные эксплуатационные данные генераторной лампы ГУ-66А

Мощная генераторная лампа ГУ-66А предназначена для усиления мощности на частотах до 30 МГц в стационарных передающих радиотехнических устройствах как в схемах с общей сеткой, так и в схемах с общим катодом, по типу электродной системы является генераторным триодом.

Таблица 1.

Габаритные размеры генераторной лампы ГУ-66А в упаковке

Длина	68 см
Ширина	69 см
Высота	92 см
Объем	0,43 м³
Масса вместе с упаковкой	30 кг

Транспортировку осуществлять только в вертикальном положении!

Общие сведения о генераторной лампе ГУ-66А: катод ‑ вольфрамовый торированный карбидированный прямого накала; оформление ‑ металлокерамическое с кольцевыми выводами катода и сетки; охлаждение ‑ принудительное: анода ‑ водяное; ножки – воздушное; высота не более 420 мм; диаметр не более 183 мм; масса не более 16 кг.

Рисунок 1. Генераторная лампа ГУ-66А

Таблица 2.

Допустимые воздействующие факторы при эксплуатации генераторной лампы ГУ-66А

Наименование	Значение
Температура окружающей среды, ⁰С	от -10 до +55
Относительная влажность воздуха при температуре до 25 ⁰С, %	98

Таблица 3.

Основные технические данные генераторной лампы ГУ-66А

Электрические параметры триода ГУ-66А
Напряжение накала, В	13,5
Ток накала, А	200-250
Крутизна характеристики (при напряжении анода 2 кВ, токах анода 6 и 12 А), мА/В	95-125
Коэффициент усиления (при напряжении анода 4 кВ, токе анода 8 А)	39-53
Межэлектродные ёмкости, пФ, не более
- входная	160
- выходная	3
- проходная, не более	55
Напряжение запирания отрицательное (при напряжении анода 10 кВ, токе анода , 0,1 А), В	300
Мощность выходная (при напряжении анода 10 кВ), кВт, не менее	100
Максимальные предельно допустимые эксплуатационные данные триода ГУ-66А
Наибольшее напряжение накала, В	14
Наибольший пусковой ток накала, А	360
Наибольшее напряжение, кВ
- анода (постоянное)	10
- запирания (мгновенное значение по абсолютной величине)	-1,5
Наибольшая мощность рассеивания, кВт
- анодом	60
- сеткой	1,3
Наибольшая рабочая частота, МГц	30
Наибольшая температура ножки и спаев керамики с металлом, ⁰С	200

Принцип работы одноконтурного лампового генератора с независимым возбуждением

Расчёт лампового генератора производится в несколько этапов: на первом этапе с помощью графоаналитического метода расчёта определяются параметры элементов схемы генератора, на втором - с помощью программы на ЭВМ численным методом рассчитывается гармонический состав токов и напряжений на элементах схемы с независимым возбуждением, а затем с самовозбуждением (с учётом корректировки параметров элементов данных схем с целью получения оптимального режима по мощности и кпд, а также заданных значений выходной частоты и колебательной мощности генераторов).

Для пояснения принципа работы и расчёта лампового автогенератора рассмотрим вначале работу лампового одноконтурного генератора с независимым возбуждением по приведенной принципиальной электрической схеме (см. Рисунок 2). В генераторе используется электронная генераторная лампа ГУ-66А.

Рисунок 2. Принципиальная электрическая схема одноконтурного лампового генератора с независимым возбуждением

В генераторе энергия постоянного тока, подводимая к анодной цепи от выпрямителя, преобразуется в энергию переменного тока высокой частоты и принцип работы генератора основан на том, что за счёт импульсов сеточного напряжения генераторная лампа периодически закрывается и открывается, и поэтому через нагрузочный колебательный контур протекает ток, имеющий импульсную форму и содержащий первую, вторую и более высокие гармоники.

Блокировочный дроссель

предназначен для сглаживания тока. Он защищает источник питания от попадания в него переменной составляющей анодного тока через выпрямитель и согласующий трансформатор. Дроссель

также играет роль индуктивного накопителя, за счёт которого поддерживается ток через нагрузочный колебательный контур в период закрытого состояния лампы. Конденсатор

называется разделительным и служит для защиты цепей нагрузки от попадания постоянной составляющей тока от источника напряжения

. Кроме этого, он играет роль емкостного накопителя, за счёт которого поддерживается ток через нагрузочный колебательный контур в период открытого состояния лампы.

Колебания в нагрузочном контуре при работе генератора на плазму затухают очень быстро, поэтому колебательному контуру нужна подпитка энергией на каждом периоде, а для этого и служит генераторная лампа. Таким образом, генераторная лампа – это электронный коммутатор, позволяющий передавать энергию в нагрузочный колебательный контур: на интервале своего закрытого состояния от входного дросселя (при этом формируется положительная полуволна тока, протекающего через нагрузочный колебательный контур), а на интервале своего открытого состояния – от накопительного конденсатора (при этом формируется отрицательная полуволна тока, протекающего через нагрузочный колебательный контур). При работе генераторной лампы в ключевом режиме на интервале её открытого состояния может возникнуть короткое замыкание, что может существенно исказить синусоидальный режим колебаний в нагрузочном контуре, поэтому лампу ставят не в ключевой, а в генераторный режим работы и с помощью не жёсткого, а плавного синусоидального включения запирания лампы по сетке, добиваются синхронизации подкачки энергии с колебательным процессом в нагрузочном контуре. Достигается это либо с помощью задающего сеточного генератора, либо с помощью отрицательной обратной связи в автогенераторах.

При анализе схемы (см. Рисунок 2) принимаем следующие допущения:

сглаживающий дроссель полностью “сглаживает” ток , ;
напряжение на накопительном (разделительном) конденсаторе полностью сглажено, ;
частота ω напряжения на сетке генераторной лампы равна резонансной частоте нагрузочного колебательного контура ;
форма тока анода генераторной лампы на интервале проводимости лампы повторяет форму сеточного напряжения , подаваемого на сетку генераторной лампы, сдвиг по фазе между первыми гармониками анодного тока и напряжения на сетке равен нулю;
напряжение на нагрузочном колебательном контуре изменяется по закону .

Для данной схемы также справедливы следующие уравнения:

или ;
или .

Постоянная составляющая тока через конденсатор

равна нулю, поэтому

Расчёт параметров одноконтурного лампового генератора с независимым возбуждением

Расчет параметров производился для принципиальной электрической схемы лампового генератора с независимым возбуждением (см. Рисунок 2).

Амплитудное значение первой гармоники напряжения на нагрузочном контуре:

(1)

Амплитудное значение первой гармоники тока анода генераторной лампы:

(2)

Максимальное значение тока анода генераторной лампы.

В современных промышленных генераторах, исходя из приемлемого КПД и гармонического состава анодного тока лампы, угол

примерно равен

(3)

(4)

Определение значения тока анода генераторной лампы:

(5)

(6)

Минимальное значение напряжения на аноде генераторной лампы:

(7)

Мощность, потребляемая от выпрямителя:

(8)

Мощность потерь на аноде генераторной лампы:

(9)

Потери на аноде генераторной лампы не должны превышать потери по паспорту на генераторную лампу.

Коэффициент полезного действия:

(10)

Эквивалентное сопротивление нагрузочного контура для первой гармоники тока:

(11)

На анодных характеристиках лампы (см. Рисунок 3) проводим вертикальную линию из точки и , горизонтальную линию из точки и . По точке пересечения этих линий определяется значение напряжения на сетке генераторной лампы .