2.2. Колебательный контур

Колебательный контур является основой линейной части лампового генератора. Простейшие колебательные контуры состоят из параллельного соединения индуктивности и емкости(рис.44.4,а) или из их последовательного соединения (рис.44.4,б).

Если колебательный контур не содержит активных сопротивлений, он называется идеальным.

Рис.44.5. Принципиальная электрическая схема реального колебательного контура

а б

Рис.44.4. Основные типы колебательных контуров (LC)

Собственная частота колебательного контура

. (44.1)

Величину ω₀ называют резонансной частотой контура. Обычно в большинстве ламповых генераторов собственная частота колебаний ω₀ и частота, на которой работает генератор, равны.

При резонансной частоте индуктивное и емкостное сопротивления равны между собой:

, (44.2)

где – волновое или характеристическое сопротивление колебательного контура.

С учетом выражения (44.1) волновое сопротивление можно выразить через параметры контура

. (44.3)

Если ветви колебательного контура содержат активные сопротивления, такой контур называется реальным. Принципиальная электрическая схема реального колебательного контура приведена на рис.44.5.

Если ламповый генератор служит источником питания установки индукционного нагрева, то основное активное сопротивление сосредоточено в ветви с индуктивностью и R₁ >> R₂. В этом случае величиной R₂ можно пренебречь.

Если ламповый генератор служит источником питания установки диэлектрического нагрева, то основное активное сопротивление сосредоточено в ветви с емкостью и R₂ >> R₁. Сопротивлением R₁ можно пренебречь.

Комплексное электрическое сопротивление реального колебательного контура

, (44.4)

где – комплексное электрическое сопротивление ветви с индуктивностью;– комплексное индуктивное сопротивление ветви с емкостью;– эквивалентное активное сопротивление колебательного контура;– эквивалентное реактивное сопротивление.

Выражение для можно представить в следующем виде:

(44.5)

Собственная (резонансная) частота реального колебательного контура

. (44.6)

Отношение реактивной мощности контура к активной называется его добротностью и обозначается буквой . Для обеспечения высокой добротности параметры колебательного контура должны быть такими, что и. При резонансе токов в параллельном контуреи. Если принять, что в режиме резонанса токови с учетом соотношенийиполучим приближенную формулу для расчета величиныR_э

Рис.44.6. Анодно-сеточная характеристика тиратрона

или , (44.7)

где R = R₁ + R₂.

Добротность колебательного контура в этом случае можно рассчитать по формуле

(44.8)

2.3. Тиратрон

Тиратрон – это газонаполненный триод. При больших отрицательных напряжениях на сетке анодный ток тиратрона отсутствует, так как электроны, испускаемые раскаленным катодом, поступают в тормозящее поле сетки. При ослаблении тормозящего действия поля сетки наиболее быстрые электроны начинают проходить сквозь отверстия сетки. В пространстве между сеткой и катодом они накапливают энергию, достаточную для ионизации. Положительные ионы направляются к сетке, отрицательный потенциал сетки в результате частично компенсируется, а это приводит в свою очередь к увеличению электронного потока через сеточные отверстия и к усилению ионизации в области сетка - анод.

Область, где действует поле сетки (оболочка из положительных ионов), при этом очень мала. Сетка теряет свои управляющие свойства, и устанавливается дуговой разряд.

Когда разряд прекращается (в непроводящую часть периода), ионов в пространстве остается мало, оболочка увеличивается и закрывает отверстия сетки, управляющие свойства сетки восстанавливаются.

Зависимость анодного тока тиратрона от потенциала сетки при постоянном напряжении на аноде представлена на рис.44.6.

На участке кривой аb в тиратроне имеет место слабая ионизация, сетка задерживает зажигание разряда, токи малы. В точке b зажигается дуга, и сетка перестает управлять разрядом, ток ограничивается только внешним анодным сопротивлением.

Напряжение на сетке, при котором зажигается дуга U_с.з,_. определяется величиной анодного напряжения.

Зависимость называется характеристикой зажигания (рис.44.7).

Е

Рис.44.7. Характеристика

зажигания тиратрона

сли до момента зажигания тиратрона ионов в межэлектродном пространстве не было, и ток в цепи сетки мал, то зависимость носит название характеристики начального зажигания (на рис.44.7 она обозначена пунктирной линией). Если зажигание производится повторно, и сеточный ток имеет заметную величину, то такая зависимость называется пусковой характеристикой или характеристикой зажигания при длительной работе. Появляется область зажигания.

Тиратрон получил широкое применение в высоковольтных выпрямителях благодаря способности выдерживать большие отрицательные обратные напряжения (до 10 кВ и более).

В современных установках с ламповыми генераторами возможна замена тиратронов в высоковольтном выпрямителе на полупроводниковые высоковольтные столбики, состоящие из последовательно соединенных диодов.

В этом случае регулирование выпрямленного напряжения осуществляется трехфазным тиристорным регулятором за счет изменения напряжения на первичной стороне питающего трансформатора, что увеличивает диапазон управления и повышает коэффициент мощности выпрямителя.

Процессы в схеме с регулированием на первичной стороне трансформатора аналогичны процессам в полууправляемой схеме.

На рис.44.8 показаны регулировочные характеристики (а) и зависимости коэффициента (б) мощности от значения выпрямленного напряжения для трехфазного мостового выпрямителя с управлением на первичной стороне (1) и управляемого трехфазного мостового выпрямителя (2).

а б

Рис.44.8. Регулировочные характеристики (а) и зависимости коэффициента (б) мощности от значения выпрямленного напряжения:

1 – для трехфазного мостового выпрямителя с управлением на первичной стороне; 2 – для управляемого трехфазного мостового выпрямителя

Как видно из рис.44.8 регулирование выпрямленного напряжения за счет изменения напряжения на первичной стороне трансформатора улучшает показатели работы выпрямителя.