Материал: Sb95750
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
А. П. МАРТЫНОВ А. В. ВАВИЛОВ Д. Б. ЛОПУХ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛАМПОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА
Электронное учебно-методическое пособие
Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»
2017
1
УДК 621.365
ББК З1.2
М29
Мартынов А. П., Вавилов А. В., Лопух Д. Б.
М29 Проектирование ламповых генераторов для индукционного нагрева: электрон. учеб.-метод. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2017. 24 с.
ISBN 978-5-7629-2150-3
Содержит основные сведения для выполнения лабораторных работ. Предназначено для подготовки бакалавров и магистров направлений
13.03.02 и 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника», а также может быть полезно инженерно-техническим работникам и студентам других специальностей.
УДК 621.365
ББК З1.2
Рецензент – д-р техн. наук А. С. Алой (ВГУП НПО «Радиевый институт им. В. Г. Хлопина»).
Утверждено редакционно-издательским советом университета
в качестве электронного учебно-методического пособия
ISBN 978-5-7629-2150-3 |
СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2017 |
2
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ЛАМПОВОГО ГЕНЕРАТОРА
Ламповые генераторы в качестве источников питания электротермических установок используются на частотах от 60 кГц до 80 МГц. Чтобы они не мешали радиосвязи, для них выделены частоты: 66 кГц (–10...+12 %); 440
кГц (±2,5 %); 880 кГц (±2,5 %); 1,76 МГц (±2,5 %); 5,28 МГц (±2,5 %); 13,56 МГц (±1 %); 27,12 МГц (±1 %); 40,68 МГц (±1 %); 81,36 МГц (±1 %).
Данный курсовой проект охватывает вопросы расчета схемы ламповых генераторов для индукционного нагрева, конструктивногорасчета элементов схемы, частотного анализа и разработки конструкции генераторного блока.
Генераторная лампа
Основным элементом лампового генератора является генераторная лампа. Анод генераторной лампы изготавливается из меди и интенсивно охлаждается, так как под действием анодного напряжения (оно составляет в среднем 5…10 кВ) электроныприобретаютбольшуюэнергиюиотдаютееаноду.
Катод лампы изготовляется из вольфрамовой проволоки, которая при работе нагревается примерно до температуры 2300 °С. При нагреве от 20 до 2300 °С сопротивление вольфрама возрастает примерно в 10 раз. Поэтому включать холодный катод на полное напряжение не рекомендуется: пойдет большой ток накала, и электродинамические усилия между нитями приведут к разрушению катода. Напряжение накала обычно включается в две ступени. Сначала подается половинное напряжение, а когда нить накала прогреется, включается полное напряжение. Для генераторных ламп оно составляет обычно 10...15 В, токи накала – десятки и сотни ампер.
Анодная цепь
Анодная цепь генератора содержит три основных элемента: электронную лампу, колебательный контур и источник анодного напряжения. Их можно соединить последовательно или параллельно.
На рис. 1 представлены два варианта схемы последовательного питания по аноду. В первом из них под высоким напряжением относительно земли находится колебательный контур, во втором – анодный выпрямитель. Необходимость изоляции от земли усложняет изготовление генератора по схеме последовательного питания, поэтому обычно применяется схема параллельного питания по аноду (рис. 2). Эта схема лишена указанных недостатков, но более сложна. Пути переменной и постоянной составляющих анодного тока разделяются с помощью анодного разделительного конденсатора Ca.р и блокировочного дросселя Lа.б.
3
Рис. 1. Схемы последовательного питания по аноду
Таким образом, постоянная составляющая анодного тока проходит через выпрямитель, лампу и анодный блокировочный дроссель Lа.б.
Переменная составляющая идет через лампу, колебательный контур и анодный разделительный конденсатор Са.р.
Рис. 2. Схема параллельного питания по аноду |
Назначение этого конденсатора – не пропускать постоянную составляющую анодного тока и иметь достаточно малое сопротивление для переменной.
Значение Са.р выбирается из условия:
ωС1а.р (0.1 0.05)Rэ,
где Rэ– эквивалентное сопротивление колебательного контура. Назначение Lа.б – не пропускать переменную составляющую анодного
тока в выпрямитель. Поэтому Lа.б выбирают из соотношения:
ωLа.б (10 20)Rэ.
Для дальнейшего уменьшения величины переменной составляющей выпрямитель шунтируется конденсатором Cб.
4
Сеточная цепь
Генераторы делятся на генераторы с независимым возбуждением (на сетку лампы подаются колебания от маломощного генератора) и с самовозбуждением.
Независимое возбуждение используется в радиопередатчиках, в генераторах для электротехнологии обычно используют самовозбуждение (используется положительная обратная связь с колебательного контура).
Для существования колебаний необходимо, чтобы напряжение на сетке совпадало по фазе с напряжением на контуре, и, следовательно, в противофазе с напряжением на аноде (рис. 3) – это условие самовозбуждения по фазе.
Если сигнал обратной связи будет очень малым, то колебания не возникнут. Отсюда следует условие самовозбуждения по амплитуде
Ко.с > Ко.с min ,
где Кос = Ug / Ua – коэффициент обратной связи, Ug – напряжение на сетке; Ua – напряжение на аноде (рис. 3), Ко.с min – минимальное значение коэффициента обратной связи, оно получается из расчета генераторной лампы.
U |
|
|
a |
|
U |
a |
|
E |
g max |
a min |
|
Eg |
t |
|
|
|
Ug |
Рис. 3. Напряжения на электродах лампы |
|
|
Ia |
|
Ug |
|
t |
|
Eg |
|
|
t |
|
|
Рис. 4. Диаграммы анодного тока |
|
|
и сеточного напряжения |
|
В зависимости от соотношения между остаточным напряжением на аноде eа min и максимальным напряжением на сетке eg max различают три
режима работы: недонапряженный, перенапряженный и критический (граничный).
5