Sb95750

L l3/ 2 10 7 F .

h

Рис. 10. Конструкции обмоток ВЧ-дросселя, имеющего двухслойную обмотку: а – обычная намотка; б – намотка с транспозицией

Эта формула дает возможность найти длину провода, необходимого для изготовления катушки:

Обычно для высокочастотных дросселей 2R/a = 0,3...0,5. Поэтому можно принять: F = 1,03…1,13 (рис. 9).

11

Кроме индуктивности, дроссель имеет также емкость, которая может играть значительную роль на высоких частотах. Для ее уменьшения многослойные обмотки выполняются с транспозицией (рис. 10).

Этот тип намотки используется и на низких частотах для уменьшения межвиткового напряжения (сравнить максимальные напряжения между соседними витками катушек на рис. 10, а и б).

Порядок расчета блокировочных дросселей

По этой методике рассчитываются индуктивности в цепях постоянных составляющих анодного и сеточного токов.

1. Выбор диаметра провода по току дросселя. По дросселю протекает постоянная составляющая анодного тока Iaо и переменный ток, который

примерно равен: I = Ua / ( Lа.б). Плотность тока можно принять 3 А/мм3.

2.Выбор шага намотки h и отношения 2R/a .

3.Длина провода определяется по формуле (1).

4.Число витков дросселя находится по формуле:

w 2 laRh .

5. Размеры дросселя: a = wh; 2R = a(2R/a). Ecли размеры дросселя получаются очень большими, то делают многослойную обмотку. Для этого расчет повторяют, начиная с п. 3, приняв шаг намотки h = h/n, где n – число слоев. Для уменьшения емкости катушки и напряжения между соседними витками используют транспозиционную намотку.

Порядок расчета высокочастотных индуктивностей

По этой методике рассчитываются контурные индуктивности и индуктивности обратной связи. В ней учитывается, что на высокой частоте ток идет в тонком поверхностном слое.

1.Ток в катушке I = U /( L). Действующее значение тока I f I 2 .

2.Оценка возможности применения воздушного охлаждения. При сравнительно малых токах охлаждение может быть воздушным. При больших – используется водяное охлаждение. Чем больше диаметр провода, тем больше тепловые потери с его поверхности, тем больший ток он может пропустить. Однако если диаметр провода будет недопустимо большим, например, для контурных индуктивностей более 20 мм, то используется водяное охлаждение. Индуктивности обратной связи тоже нуждаются в подобной проверке. Токи в них значительно меньше, чем в контурных индуктивностях, однако если диаметр провода получается более 8 мм, то целесообразно применять водяное охлаждение. Диаметр провода D0 определяется

из формулы для его периметра, приведенной в работе [5].

12

где f – частота генератора, t2 – температура поверхности провода, которая

определяется классом его изоляции. Для хлопчатобумажной изоляции, используемой для производства обмоточных проводов в электротермии, t2 = 70 °С; t1 – температура окружающей среды, обычно принимается

равной 40 °С.

Если периметр провода получается очень большим, то необходимо использовать водяное охлаждение.

3.Выбор шага намотки h = (h/D0)D0, где D0 – диаметр провода. При больших токах для снижения потерь принимают h/D0 = 2 ÷ 2,5. Это – условие минимума потерь в обмотке из цилиндрического провода.

4.Выбор отношения 2R/a = 0,3 ÷ 0,5.

5.Длина провода определяется по формуле (1).

6.Число витков: w 2 laRh .

7.Размеры катушки: a = wh; 2R = a(2R/a).

Дальнейший расчет выполняется так же, как в предыдущем случае, но во избежание больших потерь контурные индуктивности выполняются однослойными.

Выбор конденсаторов

Конденсаторы выбираются по результатам электрического расчета схемы. Определяющими величинами являются: емкость, напряжение на конденсаторе и реактивная мощность. Блокировочные и разделительные конденсаторы выбираются по напряжению и емкости, так как реактивная мощность в них мала. Конденсаторы, включенные в колебательные контуры, пропускают значительные токи и должны быть выбраны с учетом реактивной мощности. Для получения необходимой емкости, напряжения на конденсаторе и реактивной мощности конденсаторы набирают в конденсаторные батареи, подключая их параллельно или последовательно. Конденсаторы выбираются по [8].

СХЕМА АВТОМАТИКИ ЛАМПОВОГО ГЕНЕРАТОРА

Схема автоматики должна предусматривать последовательность включения охлаждения, I и II ступеней накала и анодного напряжения. Нарушение этой последовательности может привести к выходу из строя генераторной лампы. Необходимо также обеспечить требования техники безопасности, например запрет включения генератора при открытых дверях.

13

Все это обычно делается с помощью релейных схем. Простейшее звено такой схемы приведено на рис. 11.

Рис. 11. Звено схемы автоматики

Блок-контакт Р1 предназначен для того, чтобы блокировать кнопку Кн1, после того как через катушку Р1 пойдет ток. Следует иметь в виду, что

кнопки Кн1 и Кн2 возвращаются в исходное положение, после того как дав-

ление на них прекращается. Ток через блок-контакт Р1 будет идти до тех пор, пока цепь не будет разорвана хотя бы на короткое время (например, кнопкой, Кн2).

Контакт с неэлектрическим приводом РБ (рис. 11) служит для контроля выполнения предварительных условий (включения охлаждения, закрывания дверей и т. п.).

14

Вместо РБ (или дополнительно к нему) могут быть помещены контакты других реле, которые должны быть включены перед включением реле Р1.

На рис. 12 представлена простейшая схема автоматики лампового генератора. В современных генераторах используются более сложные схемы, выполненные на более сложной элементной базе.

В ламповых генераторах обычно имеются следующие контакты с не электрическим приводом:

напряжения.

Генератор нельзя включать без водяного и воздушного охлаждения. Контроль водяного охлаждения выполняется с помощью реле давления или реле протока. Контроль воздушного охлаждения выполняется с помощью аэроконтакта. Это лопасть, которая отклоняется под действием потока воздуха и замыкает электрический контакт.

Всовременных ламповых генераторах предусматривается автоматическое включение второй ступени накала. Это достигается с помощью реле времени. Его условные обозначения представлены на рис. 13.

Вкурсовом проекте желательна разработка схемы автоматики, предусматривающая автоматическое включение второй ступени накала. После включения накала цепь катушки реле времени должна быть отключена. Такую схему необходимо разработать самостоятельно.

КОНСТРУКЦИЯ ГЕНЕРАТОРНОГО БЛОКА

Конструкция генераторного блока выполняется таким образом, чтобы уменьшить вероятность появления паразитных колебаний. Для уменьшения взаимного влияния катушки индуктивности размещают на максимальном

15

удалении друг от друга. По возможности, элементы анодной цепи не размещают вблизи сеточной. Часто элементы сеточной и анодной цепи отделяют экраном. Следует обратить внимание на конструкцию, представленную на рис. 14. Долгое время не удавалось создать надежно работающие промышленные генераторы для электротермии на частоты выше 440 кГц. Трудность была преодолена разработкой конструкции которая получила название «солнышко». В этой конструкции не только анодная и сеточная цепь отделены экраном. Емкость С"о на рис. 7 реализуется в виде нескольких конденсаторов, которые размещены вокруг лампы в виде звезды, что значительно уменьшает вероятность возникновения паразитных колебаний и улучшает фазовые соотношения анодного и сеточного токов. Эта конструкция использовалась в генераторах, разработанных во ВНИИТВЧ.

На рис. 15 представлена конструкция анодного бачка генераторной лампы, а также токоподводов к выводам катода и сетки. В схемах с общим катодом анод генераторной лампы находится под высоким напряжением. Для того чтобы избежать утечки тока по воде, шланги водяного охлаждения делают достаточно длинными и размещают на стенде водяного охлаждения, где они скручиваются в спираль (рис. 15, 16).

На рис. 17, 18 представлены конструкции батарей керамических конденсаторов К15-У, применяемых в качестве контурных емкостей. На рис. 19 изображен керамический проходной конденсатор. Такие конденсаторы служат для экранирования ВЧ блоков с целью уменьшения помех радиосвязи. Через них в генераторный блок вводятся постоянные составляющие анодного и сеточного токов. Постоянный ток проходит по шпильке, а переменный ток рабочей частоты уходит на землю через проходной конденсатор. Для ввода тока накала также используются проходные конденсаторы (см. рис. 14). Так как сопротивление цепи накала мало (например, у лампы ГУ-23А напряжение накала Uн = 12 В, ток накала Iн = 230 А, rн = Uн /Iн = 0,05 Ом), то емкость проходных конденсаторов должна быть велика, чтобы высокочастотный ток уходил через нее на землю. Поэтому в данном случае используются бумажно-масляные конденсаторы, которые обладают значительно большей емкостью. На рис. 19...21 представлены некоторые узлы лампового генератора.

ОСНОВНЫЕ РАЗДЕЛЫ КУРСОВОГО ПРОЕКТА Исходные данные для расчета

Для выполнения проекта необходимо знать параметры нагрузки. Возможно несколько вариантов: печь для плавки металла, индукционный плазмотрон, индуктор для закалки. Во всех случаях задаются частота, мощность,

16

напряжение на печи, cos φ. В некоторых случаях задаются начальные и конечные параметры нагрузки. При изменении нагрузки частота генератора не должна выходить за пределы, установленные стандартом.

Выбор схемы генератора

В зависимости от параметров нагрузки выбирается одноконтурная или двухконтурная схема генератора. Наиболее часто используемые в электротехнологии схемы рассмотрены в литературе [1], [2], [10]. Необходимо обосновать целесообразность использования выбранной схемы контуров генератора.

Выбор и расчет генераторной лампы

По заданной колебательной мощности выбирается генераторная лампа из справочников, например [3]. Производится ее расчет на критический или слабо перенапряженный режим. Методика расчета генераторной лампы изложена в литературе [4], [9].

Расчет закалочного трансформатора

При проектировании генератора для высокочастотной закалки стальных изделий необходимо выполнить расчет закалочного трансформатора. Расчет выполняется методом последовательных приближений [7] .

Расчет колебательной системы

Рассчитывается электрическая схема системы контуров по [1], [2].

Расчет вспомогательных цепей

Производится расчет гридлика, разделительных и блокировочных элементов.

Конструктивный расчет

Делается конструктивный расчет высокочастотных дросселей, контурных индуктивностей и индуктивности обратной связи.

Выбор конденсаторов

Выбор конденсаторов производится по справочникам, например [8], исходя из их емкости, напряжения и реактивной мощности.

Частотный анализ схемы

Целью частотного анализа является определение частот самовозбуждения ВЧ-генератора. В случае, если не обеспечивается самовозбуждение генератора на заданной частоте или определено, что генератор может возбуждаться на двух или более частотах (явление

17

«затягивания»), то необходимо изменить параметры схемы и расчет провести заново. Частотный анализ проводится на ЭВМ с помощью программы расчета частотных характеристик.

Расчет анодного выпрямителя

Производится расчет анодного выпрямителя, в результате которого выбираются тип вентилей, их количество, а так же анодный трансформатор.

Разработка схемы автоматики

Разработать схему автоматики генератора, предусматривающую:

1)блокировку дверей и охлаждения анода генераторной лампы;

2)строгую последовательность включения I ступени накала, II ступени накала и анодного напряжениия;

3)сигнализацию включения соответствующих цепей.

Разработка электрической схемы генератора и конструкции генераторного блока

Выполнить полную электрическую схему генератора. Она должна состоять из схем высокочастотного блока, выпрямителя, цепей накала, автоматики.

Проходной конденсатор цепи накала

Экран

Рис. 14. Конструкция экрана генераторной лампы

По результатам электрического и конструктивного расчетов разрабатывается конструкция генераторного блока, в которой предусматриваются все необходимые меры для предотвращения паразитных колебаний.

18