Порядок расчета высокочастотных индуктивностей

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 /(w 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 D _о определяется из формулы для его периметра, приведенной в работе [5].

где f – частота генератора, T ₂ – температура поверхности провода, которая определяется классом его изоляции. Для хлопчатобумажной изоляции, используемой для производства обмоточных проводов в электротермии, T ₂ = 70°С. T ₁ – 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/D _о) D _о, где D _о – диаметр провода. При больших токах для снижения потерь рекомендуется принимать h/D ₀ =2 ¸ 2,5. Это условие минимума потерь в обмотке из цилиндрического провода.

4. Выбор отношения 2 R/a = 0,3 ¸ 0,5.

5.Длина провода определяется по формуле (1).

6. Число витков: .

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. Конденсаторы выбираются по [8].

СХЕМА АВТОМАТИКИ ЛАМПОВОГО ГЕНЕРАТОРА

Схема автоматики должна предусматривать последовательность включения охлаждения, I и П 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.

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

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 давление 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).

Рис. 11. Звено схемы автоматики

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

Рис. 12. Простейшая схема автоматики лампового генератора

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

1) струйные реле и реле давления, которые запрещают включение генератора без водяного охлаждения;

2) аэроконтакты, которые запрещают включение генератора без воздушного охлаждения;

3) блокировки дверей, которые запрещают включение генератора при открытых дверях.

Контакты Р1 и Р2 обеспечивают необходимую последовательность включения ступеней накала и анодного напряжения.

Рис. 13. Реле времени

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

В курсовом 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

Исходные данные для расчета

Для выполнения проекта необходимо знать параметры нагрузки. Возможно несколько вариантов: печь для плавки металла, индуктор для закалки, индуктор для закалки. Во всех случаях задаются частота, мощность, напряжение на печи, cosφ. В некоторых случаях задаются начальные и конечные параметры нагрузки. При изменении нагрузки частота генератора не должна не 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, 9]. Необходимо обосновать целесообразность использования выбранной схемы контуров генератора.

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 ''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 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, П ступени накала и анодного напряжения.

3. Сигнализацию включения соответствующих цепей.

Список литературы

1. Васильев А.С. Ламповые генераторы для высокочастотного нагрева. - Л.: Машиностроение, 1979.

2. Донской А.В., Рамы Г.С., Вигдорович Ю.Б. Высокочастотные электротермические установки с ламповыми генераторами. - Л.: Машиностроение, 1975.

3. Кацнельсон Б.В. Электровакуумные электронные и ионные приборы: Справочник М.: Энергия, 1970.-Кн. 2.

4. Донской А.В. Высокочастотная электротермия: Справочник. М.- Л.: Машиностроение, 1965.

5. Гоноровский И.О. Проектирование L C R радиопередатчиков. - М.: Связьтехиздат, 1933.

6. Калантаров П.Л., Цейтлин Д.А. Расчет индуктивностей. - Л.: Энергия, 1970.

7. Донской А.В., Володин В.В. Улучшение характеристик высокочастотных электротермических установок, - Л.: Энергия, 1966.

8. Четвертаков И.И. Смирнов В.Ф. Справочник по электрическим конденсаторам. - Л.: Радио и связь, 1983.

9. Евтянов С.И. Ламповые генераторы. - М.: Связь, 1967.

10. Васильев А.С., Гуревич С.Г., Иоффе Ю.С. Источники питания электротермических установок. -М.: Энергоатомиздат, 1985.

Содержание

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ЛАМПОВОГО ГЕНЕРАТОРА …….......… 3

Генераторная лампа...........................................................................................3

Анодная цепь......................................................................................................3

Сеточная цепь.....................................................................................................5

Одноконтурный генератор................................................................................7

Многоконтурные схемы ламповых генераторов для электротермии….......9

ЧАСТОТНЫЙ АНАЛИЗ ЛАМПОВОГО ГЕНЕРАТОРА...........................10

КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ЛАМПОВОГО

ГЕНЕРАТОРА...................................................................................................11

Конструктивный расчет высокочастотных (ВЧ) дросселей и

контурных индуктивностей............................................................................11

Порядок расчета блокировочного дросселя...................................................12

Порядок расчета высокочастотных индуктивностей....................................13

Выбор конденсаторов…………………………………………………......….14

СХЕМА АВТОМАТИКИ ЛАМПОВОГО ГЕНЕРАТОРА………...............14

КОНСТРУКЦИЯ ГЕНЕРАТОРНОГО БЛОКА………………….................16

ОСНОВНЫЕ РАЗДЕЛЫ КУРСОВОГО ПРОЕКТА.....................................17

Исходные данные для расчета........................................................................17

Выбор схемы генератора.................................................................................17

Выбор и расчет генераторной лампы.............................................................17

Расчет закалочного трансформатора..............................................................17

Расчет колебательной системы.......................................................................18

Расчет вспомогательных цепей.......................................................................18

Конструктивный расчет...................................................................................18

Частотный анализ схемы.................................................................................18

Расчет анодного выпрямителя........................................................................18

Разработка схемы автоматики........................................................................18

Разработка электрической схемы генератора и конструкции

генераторного блока........................................................................................18

Список литературы........... ……......................................................................23

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 /(w 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 D _о определяется из формулы для его периметра, приведенной в работе [5].

где f – частота генератора, T ₂ – температура поверхности провода, которая определяется классом его изоляции. Для хлопчатобумажной изоляции, используемой для производства обмоточных проводов в электротермии, T ₂ = 70°С. T ₁ – 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/D _о) D _о, где D _о – диаметр провода. При больших токах для снижения потерь рекомендуется принимать h/D ₀ =2 ¸ 2,5. Это условие минимума потерь в обмотке из цилиндрического провода.

4. Выбор отношения 2 R/a = 0,3 ¸ 0,5.

5.Длина провода определяется по формуле (1).

6. Число витков: .

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. Конденсаторы выбираются по [8].

СХЕМА АВТОМАТИКИ ЛАМПОВОГО ГЕНЕРАТОРА

Схема автоматики должна предусматривать последовательность включения охлаждения, I и П 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.

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

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 давление 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).

Рис. 11. Звено схемы автоматики

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

Рис. 12. Простейшая схема автоматики лампового генератора

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

1) струйные реле и реле давления, которые запрещают включение генератора без водяного охлаждения;

2) аэроконтакты, которые запрещают включение генератора без воздушного охлаждения;

3) блокировки дверей, которые запрещают включение генератора при открытых дверях.

Контакты Р1 и Р2 обеспечивают необходимую последовательность включения ступеней накала и анодного напряжения.

Рис. 13. Реле времени

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

В курсовом 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