5.2 Экспериментальное исследование характеристик генераторов

Чтобы подтвердить правильность результатов моделирования, необходимо провести эксперимент. Для этого воспользуемся лабораторным стендом «Генератор с внешним возбуждением», описание которого приведено в [3].

На стенде возможно изменение значений для U_вх и Е_см. Однако построим лишь модуляционные характеристики, потому что зависимость от U_вх полностью отличается от результатов моделирования.

_{а) зависимости выходных токов}

_{б) зависимости мощностей}

_{в) зависимость КПД}

_{Рисунок 5.11 – Модуляционные характеристики ГВВ в зависимости от изменения напряжения смещения Есм}

Можно заметить, что результаты моделирования и экспериментальные построения имеют как сходства, так и существенные отличия. Возможно, данный вопрос требует дополнительного анализа.

6 Зависимость коэффициентов Берга gn* и an* от внешних параметров гвв

6.1 Оптимальные углы отсечки для особых видов гвв

На основании выражений для модифицированных коэффициентов g_n^* и a_n^*, полученных в главе 4, определим наборы оптимальных углов отсечки для особых видов ГВВ, при которых достигается наивысшая эффективность АЭ в различных схемах генераторов.

Исследуем зависимости коэффициентов Берга g_n^* и a_n^* от внешних свободно варьируемых параметров ГВВ и определим условия получения их экстремумов.

Если отступить от стандартного разложения в ряд Фурье, то для описания гармоник выходного тока потребуется лишь выражение (4.1). Поэтому, как было сказано в главе 3, если при анализе режима работы задан параметр U_вх, то при расчетах должны использоваться коэффициенты Берга g_n^*. Если же исходным параметром является амплитуда выходного тока i_выхmax, то при расчетах используются коэффициенты a_n^*.

Подробный расчет для поиска максимальных значений коэффициентов Берга g_n^* и a_n^* с помощью программы Mathcad приведен в Приложении Б. Полученные результаты представлены в таблицах 6.1 и 6.2. Расчет проведен для n=1, т.к. КПД оценивается выходным током на первой гармонике.

Таблица 6.1 – Оптимальный набор углов отсечки для g₁

Z	q	q1	q2	g1
0,01	180	0	0	1
0,03	180	0	0	1
0,1	180	0	0	1
0,3	180	0	0	1
1	180	0	0	1
3	180	180	0	1
10	180	180	0	1

Таблица 6.2 – Оптимальный набор углов отсечки для a₁

Z	q	q1	q2	a1
0,01	120	0	0	0,5
0,03	120	0	0	0,5
0,1	120	0	0	0,5
0,3	120	0	0	0,5
1	120	0	0	0,5
3	120	120	0	1,6
10	120	120	0	5

При анализе полученных результатов можно сделать вывод, что случаи для Z>1, когда q = q₁, являются физически нереализуемыми. Поэтому рекомендации для выбора углов отсечки сформулированы с учетом условия:

. (6.1)

Также потребуются выражения для углов отсечки , ₁ и ₂ с соответствующими условиями:

_{при (6.2)}

при (6.3)

при (6.4)

Используя выражения (6.2 – 6.4), получим:

_(6.5)

(6.6)

(6.7)

Следует указать, что для выражений (4.21) и (4.26) справедливо:

. (6.8)

С помощью выражений (6.5 – 6.8) проведем необходимый расчет.

Из выражения (6.7) получим, что R_н будет равно

(6.9)

С помощью выражения (6.6) получим значение выражения для R_н:

Окончательное выражение примет вид:

(6.10)

Приравняем выражения (6.9) и (6.10):

(6.11)

И с помощью выражения (6.11) найдем U_вх или Е_пит:

(6.12)

(6.13)

(6.14)

Поэтому, в зависимости от того, какой из внешних параметров изменяется (U_вх или Е_пит), проведем необходимые расчеты для составления рекомендаций и представим в виде таблиц 6.3 и 6.4 соответственно.

Для составления таблицы 6.3 применяется выражение (6.5). Для таблицы 6.4 актуальны выражения (6.13) и (6.14). Для составления таблицы 6.5 применяется выражение (6.5), потому что новые углы отсечки q₁ и q₂ не появляются. Причем для таблиц 6.3 – 6.5 является обязательным условие (6.1).

Следует обратить внимание, что в таблицах 6.3 и 6.4 приняты следующие сокращения: , , .

_{Таблица 6.3 – Комбинации оптимальных углов отсечки для gn}

n	q	q1	q2	gn
1	180°	0°	0°	1
2	180°	90°	0°
3	120°	60°	0°
4	135°	90°	45°
5	108°	72°	36°
6	120°	90°	60°
7	103°	77°	51°
8	113°	90°	67°
9	100°	80°	60°

_{Таблица 6.4 – Условия получения оптимальных углов отсечки для gn}

n	При изменении Uвх		При изменении Епит
	Есм	Епит	Есм	Uвх
1	Е+Uвх	–	Е	–
2	Е+Uвх
3
4
5
6
7
8
9

_{Таблица 6.5 – Комбинации оптимальных углов отсечки и условия их получения для αn}

n	Оптимальный набор углов отсечки			αn	Оптимальные внешние параметры
					При изменении Uвх
	q	q1	q2		Есм
1	120°	0°	0°	0,5
2	60°	0°	0°	0,276
3	40°	0°	0°	0,185
4	30°	0°	0°	0,139
5	24°	0°	0°	0,111
6	20°	0°	0°	0,092
7	17°	0°	0°	0,079
8	15°	0°	0°	0,069
9	13°	0°	0°	0,062

_{Можно сделать вывод, что полученные рекомендации, приведенные в таблицах 6.3 – 6.5, позволяют установить оптимальный режим работы АЭ на определенной гармонике при изменении только внешних свободно варьируемых параметров (Есм, Uвх, Rн, Епит) в сочетании с присущими конкретному АЭ параметрами (Е΄, S, Sгр), не применяя сложные математические расчеты.}