Высокочастотные электротермические установки с ламповыми генераторами - Донской А.В., Грамм Г.С., Виноградович Ю.Б.

Автор: Донской А.В. Грамм Г.С. Виноградович Ю.Б.

Теги: электротехника электроника инженерия генераторы издательство энергия

Год: 2009

Похожие

Проектирование и эксплуатация высокочастотных установок

Генератор сигналов высокочастотный Г4-102

Электротехнологические установки

Ультразвуковые электротехнологические установки

Текст

6П2. 1. 081
Д 67
УДК 621. 365. 52
■ •
Донской А. В. и др.
Ц 67 Высокочастотные электротермические установки с лам-
повыми генераторами. Изд. 2-е, перераб. и доп. Л., «Энер-
гия», 1974.
208 с. с ил.
Перед загл. авт.: А. В. Донской, Г. С. Рамм, Ю. Б. Вигдорович.
В книге рассматриваются высокочастотные электротермические установка
с ламповыми (электронными) генераторами, Применяемые в промышленности
и лабораторной практике для плавки, термической и пластической обработки,
сварки, пайки и для выполнения "других электротехнологических процессов. Изла-
гаются особенности теории ламповых генераторов с самовозбуждением (автогене-
раторов), получивших преимущественное, распространение в электротермии.
Книга предназначена для инженерно-технических работников, занимающихся
проектированием, производством и эксплуатацией высокочастотных электрсцгерии,
ческих установок с ламповыми генераторами, и может быть полезна студентам элек-
тротехнических и радиотехнических высших и средних учебных заведений.
30307-524
Д 081@1)-74 181-74 6П2.1. 081
Рецензент Д. Б. Мондрус
© Издательство «Э н е р г и я», 1974

ПРЕДИСЛОВИЕ
Со времени появления первого издания книги «Высокочастот-
ные электротермические установки с ламповыми генераторами»
A957 г.) отрасль электротермии, в которой средством преобразова-
ния электрической энергии в тепло при выполнении различных
технологических процессов являются переменные, чаще высоко-
.частотные электромагнитные поля, успешно развивалась.
В настоящее время комплекс знаний, относящийся к этой
отрасли электротермии, объединяется понятием «высокочастотная
электротермия» [1]. Особенность ее состоит в том, что для кон-
структивного осуществления высокочастотных технологических
устройств и их эксплуатации с высокими энергетическими пока-
зателями требуется весьма широкий диапазон в большинстве слу-
чаев повышенных частот тока.. Это влечет за собой необходимость
применения разнообразных преобразователей частоты и рода тока,
удовлетворяющих особым требованиям, предъявляемым к ним при
использовании в высокочастотных электротермических установках.
Так, например, при использовании однофазного тока частотой
50 Гц для индукционного нагрева металлов при мощности 300 -
1000 и более киловатт во избежание несимметрии токов в сетях
приходится применять симметрирующие схемы [2].
В связи с необходимостью повышения частоты тока до 150 и
даже до 450 Гц иногда находят применение электромагнитные умно-
жители частоты, [3]. В диапазоне частот тока от 500 до 10 000 Гц
с двадцатых годов нашего столетия повсеместное, распространение
в высокочастотной электротермии получили машинные преобра-
зователи частоты [4], которые и до настоящего времени являются
основными источниками питания всех устройств для индукцион-
ного нагрева. Учитывая некоторые недостатки машинных преобра-
зователей, связанные в основном с низким к. п. д. @,6—0,8), уже
с тридцатых годов стали предпринимать попытки замены их ион-
ными инверторами [5].
К 1960—1970 гг. ионные инверторы с применением тиратро-
нов, игнитронов, экситронов были доведены до состояния, при-
годного к практическому применению в установках для индук-
ционного нагрева при частотах тока до 500—2500 Гц. При дальней-
шем их усовершенствовании и организации серийного производства
1* 3

они могли бы во многих случаях успешно конкурировать с элек-
тромашинными преобразователями частоты. Но к этому же вре-
мени ускоренное развитие полупроводниковой техники и орга-
низация серийного промышленного производства управляемых
полупроводниковых приборов привели к вытеснению ионных при-
боров из всех областей электротехники и прекращению не только
производства, но и исследования ионных инверторов.
Начатые в шестидесятых годах разработки генераторов за-
тухающих высокочастотных колебаний для электротермических
целей с применением ионных приборов пока еще не привели к бла-
гоприятным результатам.
В последние годы с появлением управляемых полупроводнико-
вых приборов во всех странах успешно разрабатываются инвер-
торы с использованием тиристоров, которые, видимо, будут не-
уклонно вытеснять машинные преобразователи при частотах тока
до 10 и более килогерц [6].
Электронные (ламповые) генераторы в диапазоне частот тока
от 10 до 100 000 и более килогерц, необходимом для электротерми-
ческих целей, с тридцатых годов до настоящего времени являются
незаменимыми источниками питания. Теоретические основы их
создания в значительной мере были подготовлены развитием ра-
диопередатчиков [7]. Однако специфические особенности приме-
няемых в электротермических установках электронных генерато-
ров, обусловленные в основном нагрузкой с сильно меняющимися
электрическими параметрами и производственными условиями
их использования, потребовали многих лет разработки, усовер-
шенствования и организации серийного промышленного произ-
водства таких генераторов.
Большое внимание электронные генераторы привлекли в се-
редине тридцатых годов в связи с быстрым освоением в промышлен-
ности высокочастотной поверхностной термообработки различ-
ных изделий машиностроения и необходимостью получения литых
изделий малой массы из сплавов с особыми физическими свойства-
ми для приборостроительной, радиоэлектронной и инструменталь-
ной промышленности.
Быстрому распространению в промышленности электротерми-
ческих и электрометаллургических установок с электронными
генераторами в те годы способствовало и то, что они могли соби-
раться из большинства комплектующих элементов в условиях
неспециализированного производства. Для организации же серий-
ного производства машинных преобразователей частоты на элек-
тромеханических заводах требовалось значительное время и спе-
циализированное станочное оборудование. Дополнительным ка-
чеством установок с электронными генераторами, способствую-
щим их широкому распространению в тридцатых и сороковых
годах, являлась универсальность использования их и для плавки
металлов, и для термической обработки, пайки инструмента
и для многих других целей.
4

сварка и т. п.). При этом же значительно проще обеспечивается в заданных
пределах стабильность частоты с целью удовлетворения нормам по радиопомехам.
Иностранные фирмы применяют в основном одноконтурные электронные гене-
раторы с понижающими высокочастотными трансформаторами и подстроечными
индуктивностями и емкостями. Это не обеспечивает необходимой стабильности
частоты и не позволяет вести плавную подстройку технологического режима.
Однако установки при этом имеют меньшие габариты и в наших условиях должны
иметь меньшую стоимость.
Создание системы промежуточных колебательных контуров с наивысшими
энергетическими показателями и регулировочными свойствами, а также с наи-
меньшими габаритами и стоимостью составляет серьезную научно-практическую
задачу в развитии высокочастотной электротермии.
Основным блоком общей схемы в. ч. э. установок с ламповыми генераторами
является блок генераторной лампы 3 с анодно-разделительными и сеточными
цепями.
Основной недостаток установок с ламповыми генераторами состоит в том,
что в генераторных лампах теряется не менее 20 — 40% всей энергии, получаемой
от выпрямителя. Основная часть теряемой энергии выделяется на аноде, который
приходится охлаждать чистой проточной водой или в редких случаях воздушной
струей. Из-за того, что анод генераторных ламп обычно оказывается под напря-
жением относительно земли 5 — 15 кВ, система изолированного подвода воды или
воздуха требует специального конструктивного решения.
Наличие анодного выпрямителя 4в промышленных установках
с электронными высокочастотными генераторами обусловлено значительно
лучшими режимами работы генераторных ламп на постоянном токе. На ранних
стадиях развития анодные выпрямители собирались на многоанодных ртутных
вентилях, затем на газотронах. Начиная с 1950 г. в связи с возросшей необхо-
димостью применения управляемых и стабилизированных выпрямителей [8]
преимущественное распространение получили тиратроны. В настоящее время
предпринимаются успешные попытки создания анодных выпрямителей на полу-
проводниковых управляемых и неуправляемых вентилях, которые по мере улуч-
шения их характеристик и уменьшения стоимости, видимо, вытеснят все другие
вентили.
В качестве основного блока питания схемы почти во всех случаях, преимуще-
ственно при мощности до 300 кВт применяется анодный трансформа-
тор 5, повышающий напряжение до 6 — 10 кВ. Даже в тех случаях, когда тре-
буемое напряжение почти совпадает с напряжением питающей сети, как, напри-
мер, в установках мощностью более 300 — 400 кВт, анодный трансформатор
необходим с целью исключения кондуктивной связи между сетями энергосистемы
и промышленными установками с заземленными элементами схем.
Основные требования, которые предъявляются к анодным трансформаторам
промышленных высокочастотных установок, сводятся к минимально возможным
габаритам и повышенной устойчивости при многократных динамических режимах.
При этом естественно, что эти трансформаторы являются и согласующими для
выбранного анодного напряжения блока генераторных ламп, схемы анодного
выпрямителя и напряжения питающих заводских сетей.
Требование минимально возможных габаритов анодного трансформатора
с целью уменьшения габаритов всей высокочастотной установки для удобства
ее размещения в производственных условиях привело в последнее время к созда-
нию трансформаторов с водомасляным охлаждением.
Требование повышенной динамической устойчивости магнитных цепей и об-
моток анодных трансформаторов обусловлено их многократным включением и
отключением, достигающим 10 000 и более раз за 8 часов работы. Такие режимы
наблюдаются при поверхностной закалке и некоторых других процессах, требу-
ющих большой концентрации энергии в малое время.
Блок 5 в общей схеме в. ч. э. установок предусматривает всю аппаратуру
подключения (и отключения) установки к сети со всеми элементами защиты от
возникновения аварийных режимов. Кроме того, он осуществляет необходимые
блокировки, исключающие непоследовательность операций, связанных с эксплуа-
тацией установки. В последнее время намечается усложнение этого блока введе-
9

нием тиристорных регуляторов напряжения, подводимого к анодному трансфор-
матору, которые также стабилизируют его в пределах ±@,5 — 1)% при измене-
ниях напряжения сети до ±A0 — 15)% от номинальной величины. Это позволит
применять кремниевые диоды в 'схемах анодных выпрямителей, более надежные
по сравнению с тиратронами и более дешевые по сравнению с тиристорными.
Все элементы схем этого блока и их сочетание должны выбираться в соответ-
ствии с существующими правилами проектирования, монтажа и эксплуатации
промышленных электротехнических установок [11].
Блок 7 включает в себя источник питания цепей накала генераторных ламп
и других электронных и ионных приборов. До настоящего времени этими источ-
никами служат феррорезонансные электромагнитные стабилизаторы, стабилизи-
рующие напряжение на выходе в пределах ± A — 2)% при изменениях напряжения
сети в пределах ±A0 — 15)% от номинальных значений. С целью достижения наи-
большей стабильности выходного напряжения (до ±0,1 — 0,3%) в ближайшие
годы будут предприниматься попытки замены феррорезонансных стабилизаторов
тиристорными.
Подразделение общей схемы электротермических установок на блоки пресле-
дует цель наиболее полного изучения каждого из них, взаимодействия между
ними и выявления путей повышения общих энергетических и всех других технико-
экономических показателей в. ч. э. установок.
1-2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ В. Ч. Э. УСТАНОВОК
При проектировании и эксплуатации любого из перечисленных
блоков схемы рис. 1-1 встречается целый ряд специфических
вопросов, требующих тщательного изучения в каждом коикрет-
ном случае. Однако можно выделить некоторую часть вопросов,
относящихся в основном к энергетическим показателям в. ч. э.
установок. Их целесообразно рассмотреть в общем виде. Эти
вопросы приобретают тем большую актуальность, чем все более
массовыми и энергоемкими становятся рассматриваемые уста-
новки в промышленности.

а также в окружающих конструктивных элементах (каркасы,
экраны, и т. п.).
Из формулы A-3) очевидно, что при всех прочих равных усло-
виях в отношении значений α, F и (t2 — t1)п, что характерно для
в. ч. э. устройств, уменьшение времени нагрева т является суще-
ственным средством повышения ηэ.
Основной путь сокращения времени нагрева т заключается
в увеличении удельных мощностей p, передаваемых нагреваемым
материалом и относящихся к его поверхности F, объему V и
массе М:

стабилизатора, мощиосгью потерь на аноде генераторных ламп Ра
и мощностью Рв, получаемой от выпрямителя:

мители должны характеризоваться еще и пониженным коэффи-
циентом мощности.
Блок а н од ного трансформатора ео всей пуско-
регулнрующей аппаратурой в режимах работы, близких к номи-
нальным, имеет к. п. д. и соз ср не ниже 0,94—0,96. Однако при
малых коэффициентах использования мощности устаиовки к. п. д.
аиодиого траиеформатора и его еоз ф за счет влияиия магнитной
цепи' могут значительно еннжатьея.
Общий к. п. д. высокочастотной электро-
термической установки т]у определяется произве-
дением к. п. д. всех ее блоков: /#г
'Пу = %'Пэ11Л'Пв'ПтР- (Ы0)
п. д. этих уста-
Вычисление к
новок может производиться как
по мгновенным, так и по средним
значениям полезной мощности в
определенных интервалах време-
ни. Однако более убедительным
показателем совершенства в. ч. э.
установок является их общий
к. п. д., определенный по факти-
ческим затратам электрической
энергии как отношение теорети-
чески необходимой энергии №т
на осуществление технологиче-
ского процесса к энергии, полу-
ченной от питающей сети 1^-.:
_ Г-_
% — И7с •
Основным путем улучшения
в. ч. э. установок с ламповыми генераторами, как н с другими
типами преобразователей частоты, является повышеиие терми-
ческого и электрического к. п. д. высокочастотных электротерми-
ческих устройств, которые при реально достижимых их значе-
ниях в пределах 60—90% часто в условиях эксплуатации пони-
жаются до нескольких процентов. Кроме того, к. п. д. всех прочих
элементов установки при их уменьшении не только снижают
к. п. д. установки в целом, но и приводят к уменьшению удельных
мощностей нагреваемых материалов. Это, в свою очередь, влечет
за собой увеличение времени выполнения технологических про-
цессов, и следовательно, уменьшение термического к. п. д.
При выборе источника питания в. ч. э. устройств и особенно
при эксплуатации необходимо стремиться к всемерному повыше-
нию их коэффициента использования как по времени, так и по
мощности.
На рис. 1-2 в качестве примера приведены ориентировочные
графики зависимостей к. п. д. различных источников питания
20 40 ВО 80 %
Рис. 1-2. Зависимость к. п. д. пре-
образователя частоты т) от режима:
/ — машинный преобразователь; 2 —
ламповый; 3 — ионный или тиристор-
ный. ПВ указана при номинальной
мощности (сплошные линии) и при по-
ловинном ее значении (штриховые
линии)
энергетических показателей
13

в. ч. э. устройств при мощности около 50 кВт и при частотах тока
2500 Гц (машинный и ионный или тиристорный) и 70—440 кГц
(ламповый).
Желание полнее иепользовать вее источники питания, в. ч. э.
устройств, и в особеииости ламповые геиераторы, по времени и по
мощности приводит к необходимости возможио более точирго ео-
гласоваиия их энергетических хараКтеристиК е параметрами не-
посредственного потребителя выСоКочастотной электрической
энергии.
Все соображения, высказаниые в отиошеиии путей повышеиия
к. п. д. высокочастотных элекгротермичесгах устаиовок, в зиа-
чительиой мере относятся и к путям повышения их коэффициента
мощности, который также понижается при неполной загрузке
в. ч. э. установок каК по мощности, так и по времени.
Снижение энергетических, технологических и всех других
технико-экоиомичееких показателей в. ч. э. устаиовок обычио
определяется отсутствием или плохим качеством вспомогательного
технологического оборудования в виде закалочных стаиков, прес-
сов для сварки и склейки и т. п.
Однако наибольшие возможности улучшения всех энергети-
ческих характеристик в. ч. э. установок с ламповыми генераторами
обеспечиваются за счет улучшенного использования генератор-
ных ламп и систем Колебательных контуров, что будет рассмотрено
в последующих главах.
1-3. ЧАСТОТА ТОКА В. Ч. Э. УСТАНОВОК
Ламповые генераторы для питания разнообразных электротермических
устройств без существенного отклонения от их оптимальных энергетических ха-
рактеристик или конструкций могут изготовляться в очень широком диапазоне
частот тока. На первом этапе их создания определяющим фактором в выборе,
частоты тока являлась минимальная стоимость всей электротермической уста-
новки. Особенно это касалось установок для индукционного нагрева металлов,
требующих большого количества дорогостоящих в то время контурных конден-
саторов.
Так, например, были случаи изготовления ламповых генераторов на частоту
тока 10—12 кГц взамен машинных'генераторов с использованием всего прочего
оборудования установок (конденсаторы, индукционные печи, измерительные
приборы и т. д.).
С середины тридцатых до конца сороковых годов большинство ламповых
генераторов установок для индукционного нагрева в нашей стране изготовлялось
на частоту тока около 200 кГц. Эта частота тока определялась в основном стои-
мостью существовавших тогда нескольких типов наиболее дешевых слюдяных
конденсаторов (тип Дюбилье), рассчитанных на этот диапазон частот. Тем не ме-
нее стоимость этих конденсаторов составляла 50—70% стоимости всей электротер-
мической установки с ламповыми генераторами. Стремление сократить стоимость
рассматриваемых установок посредством применения воздушных конденсаторов
привело к попыткам создания в 1945—1950 гг. установки для поверхностной
закалки и пайки различных изделий на частоты тока в пределах 400—800 кГц.
Появление в промышленности в период 1946—1948 гг. значительно более дешевых
керамических контурных конденсаторов при налаженном производстве установок
на частоту тока около 200 кГц уже не могло изменить этого значения ча-
стоты.
14

В период наибольшей активности государственной радиоинспекции по борьбе
с радиопомехами A947—1955 гг.), для того чтобы уйти из нормируемого диапазона
частот тока, хотя бы по первой и второй гармонике, серийное производство наи-
более распространенных установок с ламповыми генераторами для индукцион-
ного нагрева при мощности 25 и более киловатт было переведено на частоту тока
66 кГц-г- 12,-10%.
Однако как в отношении существующих, так и для вновь проектируемых
высокочастотных установок промышленного назначения вопрос о допустимых
радиопомехах на всех гармониках излучаемых электромагнитных полей оставался
нерешенным. Поэтому в 1962 г. междуведомственной комиссией по радиочастотам
при Министерстве связи СССР была утверждена шкала частот тока с допустимыми
отклонениями, а в 1963 г. были установлены общесоюзные нормы допустимых
индустриальных радиопомех [9].
В этих документах установлены частоты тока, которые до разработки норм на
индустриальные радиопомехи разрешается использовать при отсутствии вредных
помех радиослужбам:
1) 18 кГц ± 7,5%; 2) 22 кГц ± 7,5%; 3) 44 кГц ± 10%; 4) 66 кГц + 12,
-10%.
Частоты тока, которые разрешается использовать при условии, что уровень
электрического поля от высокочастотных установок на расстоянии 30 м не будет
превышать 1500 мкВ, следующие:
5) 440 кГц ± 2,5%; 6) 880 кГц ± 2,5%; 7) 1760 кГц ± 2,5%; 8) 5280 кГц ±
± 2,5%; 9) 13 560 кГц ± 1%; 10) 27 120 кГц ± 1%; 11) 40,68 МГц ± 1%;
12) 81,36МГц± 1%; 13) 152,5МГц ± 1%;14) 300,0МГц ± 1%; 15J375МГц±
± 2%; 16) 22,125 МГц ± 0,5%.
Частоту тока 81,36 МГцразрешается использовать при условии, что уровень
электрического поля радиопомех от установок на расстоянии 50 м не будет пре-
вышать 50 мкВ.
Для высших гармонических частот, не вошедших в выделенные частотные
полосы, нормы донускаемых радиопомех приведены в табл. 1-1.
Таблица 1-1
Нормы допускаемых индустриальных радиопомех для высокочастотных
установок промышленного применения, не вошедших по частоте тока
в выделенные полосы частот
Установки
промышленного
применения
Установки, экс-
плуатируемые в
жилых домах или
подключаемые к
домовым электро-
сетям
Установки, экс-
плуатируемые на
предприятиях,
расположенных
вне жилых домов
и не связанных с
их электрически-
ми сетями
Допускаемый уровень
поля радиопомех, мкВ-
в диапазонах
частот, МГц
О 1ч
50
50
ю
о*
» О
о Ч
50
50
по
58
50
50
8
«о
я"
» а
о Ч
50
50
при измере-
ниях на рас-
стоянии
10 м от
установки
30 м от
границы
предприятия
Допускаемый уровень напряже-
ния радиопомех, мкВ
в диапазонах
частот, МГц
ю
о ч
50
я"
я а
о с*
100
-О
до
8§
50
при измерениях
в любой сети
на расстоянии
10 м
на проводах
воздушных се-
тей, пересе-
- кающих грани-
цу предприя-
тия
15

Очевидно, что в течение многих ближайших лет при проектировании новых
установок и модернизации существующих необходимо руководствоваться выде-
ленными диапазонами частот тока. При этом естественно, что выбранная частота
должна отвечать наилучшим условиям выполнения технологического процесса,
оптимальным энергетическим характеристикам всей установки и наивысшим
технико-экономическим общегосударственным показателям использования высо-
кочастотных электротермических установок в промышленности.
Располагая широкой номенклатурой серийно выпускаемых в. ч. э. установок
с ламповыми генераторами, часто приходится производить их выбор в зависимости
от частоты тока, на которую они рассчитаны.
При осуществлении процессов нагрева материалов по всему объему с целью
наименьшего перегрева поверхностных слоев металлов, очевидно, следует стре-
миться к минимально необходимой частоте тока /МИН> при которой к. п. д.
электромагнитной системы индуктор—нагреваемый материал достигает до-
статочно большого значения и далее будет расти незначительно. При этом
время нагрева т будет наименьшим, а термический к. п. д. процесса — наи-
большим.
Наиболее сложно выбрать оптимальную частоту тока, а вместе с ней и опре-
деленный тип генератора для установки, предназначенной для поверхностной
термической обработки стальных, как правило, ферромагнитных изделий. В этом
случае частота тока оказывается в сложной зависимости от толщины нагреваемого
слоя Д, физических свойств нагреваемого материала и времени осуществления
процесса нагрева [10].
При нагреве диэлектриков и полупроводников частота тока ориентировочно
определяется исходя из условий наибольшей удельной объемной мощности ру,.
поглощаемой нагреваемым материалом, без превышения напряженности электри-
ческого поля Е, при котором может произойти электрический пробой или искре-
ние в материале с определенными значениями диэлектрической проницаемости е
и тангенсом угла поглощения 1§ б (см. § 3-2).
Изложенные ориентировочные соображения по определению,наиболее целе-
сообразных частот тока, применяемых в в. ч. э. установках, без отклонения от
диапазонов, разрешенных ГОСТ, следует дополнить рядом технологических и
технико-экономических соображений, которые рассматриваются в специальной
литературе.
В некоторых случаях на выбор частоты тока для тех или иных технологиче-
ских процессов, осуществляемых в разных диапазонах частот, могут повлиять
Санитарные нормы и правила при работе с источниками электромагнитных полей
высоких, ультравысоких и сверхвысоких частот, утвержденные заместителем
Главного санитарного врача СССР 30 марта 1970 г. (848—70).
В соответствии с действующей в радиосвязи классификацией радиочастот
(табл. 1-2) при составлении санитарных норм приняты диапазоны частот, приве-
денные в табл. 1-3.
Интенсивность воздействия электромагнитных полей диапазонов ВЧ и
УВЧ вблизи излучающих устройств оценивается напряженностью состав-
ляющих -электромагнитного поля и выражается в вольтах на метр (В/м) для
электрической составляющей и в амперах на метр (А/м) для магнитной состав-
ляющей.
Интенсивность излучения в диапазоне СВЧ определяется величиной удельной
мощности, отнесенной к одному квадратному сантиметру, в микроваттах
(мкВт/см2), милливаттах (мВт/см2) и ваттах (Вт/см2).
В соответствии с установленными диапазонами частот (табл. 3) интенсив-
ность электромагнитных полей на рабочих местах не должна превышать:
по электрической составляющей поля 20 В/м в диапазоне частот от 100 кГц
до 30 МГц и 5 В/м в диапазоне частот от 30 до 300 кГц;
по магнитной составляющей 5 А/м в диапазоне частот от 100 до 1,5 МГц.
В диапазоне СВЧ от 300 до 300 000 МГц при облучении в течение всего рабо-
чего дня допустимая удельная мощность не должна превышать 10 мкВт/см2. При
облучении не более двух часов на рабочий день норма увеличивается в 10 раз,
т. е. до 100 мкВт/см2, при облучении не более 15—20 минут за рабочий день — до
1000 мкВт/см2.
16

Классификация диапазонов частот тока в радиосвязи
Таблица 1-2
Показатель
Частота
Длина волн
НЧ
100—300 кГц
3—1 км •
Кило-
метровые
СЧ
300 кГц—3 МГц
1 км—100 м
Гектометровые
Сокращенное наименование
ВЧ
3—30 МГц
100—10 м
Дека метровые
ОВЧ
30 — 300 МГц
10—1 м
Метровые
диапазонов
УВЧ
300 МГц—3 ГГц
1 м—1 дм
Дециметровые
СВЧ
3-30 ГГц
1 дм— 1 см
Сантиметровые
квч
30—300 ГГц
1 см—1 мм
Миллиметровые
Классификация диапазонов частот тока в санитарно-гигиенической практике'
Таблица 1-3
Показатель
Наименование диапазонов
Высокие частоты (ВЧ)
Ультравысокие
частоты (УВЧ)
Сверхвысокие частоты (СВЧ)
Частота
Длина
волн
100 кГц—30 МГц
3—1 км
Длинные
1
км—100 м
Средние
100—10 м
Короткие
30—300 МГц
10—1 м
300—300 000 МГц
1 м—10 см
Дециметровые
10—1 см
Сантиметровые
1 см—1 мм
Миллиметро-
вые
* Диапазон частот тока от 60 до 100 кГц до введения санитарно-гигиенических норм приравнивается к диапазону частот тока от 100 кГц
до 30 МГц. Для измерения электромагнитных полей в этом диапазоне используется прибор ИЭМП-1 с дополнительной калибровкой каж-
дого прибора в отдельности.

Для1-измерения интенсивности электромагнитных полей в контролируемой
рабочей зоне используются специально разработанные измерительные приборы
типов ИЭМП-1 и ПО-1, имеющие характеристики, приведенные в табл. 1-4.
Наличие утвержденных санитарных норм обязывает к их выполнению как
в процессе проектирования в. ч. э. установок, так и в процессе их эксплуатации.
Таблица 1-4
Характеристики приборов для измерения напряженности
электромагнитных полей
Рабочий диапазон частот
и название прибора
100 кГц—300 МГц (по
электрической составляю-
щей)
ИЭМП-1
100 кГц—1,5 МГц (по маг-
нитной составляющей)
ИЭМП-1
150—16 700 МГц
ПО-1
Пределы измерений
4—2000 В/м в диапазоне
частот 100 кГц—30 МГц;
1—600 В/м в диапазоне
частот 20—300 МГц
0,5—300 А/и
0,016 мкВт/см2—9,4 мВт/см2
Характер излучения
Непрерывное
Непрерывное и
импульсное
Пути выполнения этих норм должны в каждом отдельном случае выбираться
с минимально необходимыми затратами и без ухудшения эксплуатационных
характеристик в. ч. э. установок. Так, например, полное экранирование в. ч. э.
устройств может привести к значительным дополнительным потерям электриче-
ской энергии, к снижению их к. п. д. и затруднениям при эксплуатации.
Наиболее целесообразный путь выполнения санитарных норм,представляется
в виде ограничения рабочего места зоной, где интенсивность электромагнитных
полей не превышает установленных норм. Очевидно, существенным фактором
является и время пребывания работающего в нормируемой зоне электромагнит-
ных полей.
По аналогии с установленными нормами в диапазоне СВЧ C00—300 000 МГц),
где при сокращении времени облучения в 4—20 раз норма увеличивается соот-
ветственно в 10 и 100 раз, при эксплуатации промышленных в. ч. э. установок
увеличение допустимых уровней электромагнитных полей также должно быть
оговорено.
К настоящему времени исследования в области биологического воздействия
высокочастотных электромагнитных полей на человеческий организм далеки еще
от завершения, поэтому в период действия утвержденных санитарных норм и на-
копления опыта реальной защиты от воздействия в. ч. электромагнитных полей
на обслуживающий персонал нужно находить оптимальные решения без ущерба
во внедрении прогрессивных электротехнологических процессов.
1-4. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРОИЗВОДСТВУ
И ЭКСПЛУАТАЦИИ В. Ч. Э. УСТАНОВОК
Постановлением Комитета стандартов, мер и измерительных приборов при
Совете Министров СССР с 1 июля 1971 г. введен в действие новый ГОСТ 9952—70
на высокочастотные установки с ламповыми генераторами для электротермиче-
18

ских целей. В нем предусмотрено подразделение этих установок по основным
принципам преобразования электрической энергии в тепло: установки для ин-
дукционного, диэлектрического и контактного нагрева.
Этот стандарт соответствует рекомендации СЭВ по стандартизации РС
1358—68. Номинальные мощности в. ч. э. установок определяются только по
колебательной (высокочастотной) мощности Рк как разности между мощностью,
потребляемой от выпрямителя, Р0 и мощностью, теряемой на аноде генератор-
ной лампы, Ра:
и должны соответствовать следующему ряду (в кВт):
0,10
0,16
0,25
0,40
0,60
1,0
1,6
2,5
4,0
6,0
10
16
25
40
60
100
160
250
400
600
1000
—
—
-—
—
Соответственно к. п. д. установок, определяемый только по потерям на
аноде генераторных ламп как отношение
г| = А^. = А, A-12)
в зависимости от диапазона частот тока должен быть не ниже следующих величин-.
до 2 МГц — 0,65, от 2 до 30 МГц — 0,6, а свыше 30 МГц — 0,5.
Ввиду того что многие элементы схем в. ч. э, установок требуют форсиро-
ванного охлаждения проточной водой (генераторные лампы, индуктивности,
контакты и т. п.), должен быть обеспечен напор воды давлением 20 — 5 Н/см2,
температурой от 5 до 30° С, общей жесткостью не более 8,5 мг-экв/л и удельным
электрическим сопротивлением не менее 4000 Ом-см. Если вода получаемая из
обычных водопроводных сетей, не удовлетворяет этим требованиям, то при экс-
плуатации в. ч. э. установок должны быть предусмотрены необходимые устрой-
ства для ее очистки в виде замкнутой системы охлаждения.
Конструкция и электрическая схема в. ч. э. установок должны удовлетво-
рять общим правилам сооружения и эксплуатации электротехнических установок
промышленных предприятий [11 ]. Установки должны быть защищены от аварий-
ных токов короткого замыкания в любой части схемы, от перегрева каких-либо
ее элементов, в особенности анодов генераторных ламп при водяном или воздуш-
ном их охлаждении, и от неправильной последовательности операций включения,
выключения и эксплуатации.
Сопротивление изоляции токоведущих частей в. ч. э. установок, не преду-
..смотренных схемой для заземления, до и после испытаний не должно быть менее
1 МОм на каждые 1000 В эффективного значения номинального напряжения.
Для цепей с номинальным напряжением ниже 1000 В сопротивление изоляции
должно быть не менее 1 МОм. Изоляция элементов схем, предусмотренных для
использования под напряжением относительно металлических конструкций
(каркаса) установки не свыше 250 В, должна выдерживать в течение 1 мин испы-
тательное эффективное напряжение 1500 В. В случае же использования этих
элементов схем под напряжением относительно металлических конструкций
более 250 В, испытательное напряжение (/исп повышается в соответствии со сле-
дующими выражениями:
для цепей постоянного тока
1/исП= (^2 (/„ + Ю00); A-13)
для цепей переменного тока
*/исп=B1/+Ю00), A-14)
где 1/0 — максимальное значение рабочего напряжения постоянного тока, а V —
эффективное значение рабочего напряжения переменного тока.
2*
19

Все прочие особенности производства и эксплуатации в. ч. э. установок
должны быть подробно отражены в прилагаемой к ним технической документа-
ции, тщательное изучение которой необходимо как в период производства и испы-
тания установок, так и в период их эксплуатации.
Ввиду того что в. ч. э. установки с ламповыми генераторами могут являться
разновидностью радиопередатчиков, при их строительстве, приобретении и экс-
плуатации необходимо руководствоваться специальной инструкцией Государ-
ственной инспекции электросвязи, утвержденной 10 сентября 1969 г. Министер-
ством связи СССР. В ней предусматривается порядок регистрации и выдачи раз-
решений на эксплуатацию промышленных и экспериментальных высокочастот-
ных электротермических установок, ультразвуковых установок для размерной
обработки, электросварочных установок с осцилляторами, а также радиопере-
датчиков, предназначенных для учебных целей.
Глава вторая
УСТАНОВКИ ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА
С ЛАМПОВЫМИ ГЕНЕРАТОРАМИ
2-1. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
Высокочастотные электротермические установки с ламповыми генераторами
для индукционного нагрева получили наибольшее распространение в производ-
ственных и лабораторных условиях. С начала тридцатых годов они впервые стали
применяться для приготовления различных сплавов с особыми физическими свой-
ствами (ферромагнитные, немагнитные, инструментальные, кислотоупорные
и др.), изделия из которых весом от нескольких граммов до нескольких десятков
килограммов вследствие хрупкости сплава могут быть получены только в отлитом
виде [12]. С середины тридцатых годов эти же установки начали использоваться
для поверхностного нагрева под различные виды термической обработки (закалки,
отпуск и др.) изделий машиностроительной промышленности И пайки инструмента
твердыми припоями [13]. В пятидесятых годах определилось новое направление
в применении высокочастотных установок с ламповыми генераторами — для
непрерывной шовной сварки труб и металлических оболочек кабелей [14]. Послед-
ним- из основных применений в. ч. э. установок с ламповыми генераторами яв-
ляется индукционный нагрев ионизированных газов посредством получения
плазмы [15].
Все эти установки, несмотря на различные области их применения, имеют
много общего в конструктивном исполнении, электрических схемах и комплекту-
ющем оборудовании. Основным признаком их является то, что электропроводя-
щие материалы, подлежащие нагреву, находятся в электромагнитном высоко-
частотном поле, создаваемом различными индуктивностями, называемыми индук-
торами. Проектирование и эксплуатация электромагнитных систем с собствен-
ными электрическими параметрами индукторов и вносимыми параметрами на-
греваемых материалов требуют глубокого изучения теории электромагнитного
поля. Выполнение же при этом каких-либо технологических процессов, в осо-
бенности связанных с большой концентрацией энергии и распределением ее
в ограниченных объемах нагреваемых тел, одновременно требует решения многих
теплофизических задач и практического опыта использования в. ч. э. установок
для индукционного нагрева.
При изучении и эксплуатации в. ч. э. установок со всеми видами преобразо-
вателей частоты, и в особенности с использованием ламповых генераторов, пред-
ставляется наиболее существенным иметь хотя бы ориентировочные сведения об
общих характеристиках в. ч. э. устройств для индукционного нагрева. Обычно эти
устройства приходится рассматривать как элементы электрических схем колеба-
тельных контуров, характеризующихся определенными значениями электриче-
ских параметров и энергетических характеристик.
20

Только достаточно точное представление об этих параметрах и характери-
стиках с учетом их изменений за технологический цикл и разных условий экс-
плуатации позволяет обеспечить оптимальные технико-экономические показа-
тели в. ч. э. установок.
2-2. ОБ1ЦИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСТРОЙСТВ
ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА
Несмотря на большое разнообразие устройств для индукцион-
ного нагрева, применяемых в установках е ламповыми генерато-
рами, они имеют единые теоретические и практические основы их
проектирования, производства и эксплуатации.
Ш
ЕЗ
, \
"Ш
-.-с
\
\
~ЁЭ
\
Ьи
\
"И"
\
*1
~ш~
»-
Рис. 2-1. Общий вид устройств для индукционного нагрева
/ — водоохлаждаемый медный индуктор; 2 — нагреваемая часть тела
Простейшим видом устройств для индукционного нагрева,
к которому могут быть с дополнительными поправками сведены все
другие устройства, является водоохлаждаемый медный индуктор
(рис. 2-1) с расположенным в нем нагреваемым телом. Этому виду
Ги
0-
и
г»
Хц1\\.Хм
гп
хп-хн±хм
Рис. 2-2. Упрощенная схема замещения устройств для индук-
ционного нагрева
устройств для индукционного нагрева может соответствовать
простейшая схема замещания (рис. 2-2) с электрическими пара-
метрами г и х, отмеченными индексом «м», относящимся к нагре-
ваемому материалу, индексом «и» — к индуктору, и индексом
«п», означающим их полную величину.
21

Определив аналитически или экспериментально эти электри-
ческие параметры, легко вычислить и основные энергетические
характеристики устройств для индукционного нагрева'
ч.=т-т-=—V" <2-1}
'м + 'и 1+12-
соз ф = — = ~м . B-2)
Чэ К('и+Гм)а + (*и±*мJ .
При частотах тока радиодиапазона, применяемых в установках
с ламповыми генераторами, с еще большим основанием, чем при
звуковых частотах, вычисление электрических параметров можно
производить, пользуясь понятием эквивалентной глубины про-
никновения тока. Это понятие аналитически связывается с рас-
стоянием от поверхности в глубь нагреваемого материала в на-
правлении распространения электромагнитной энергии, где
плотность тока ] составляет 0,37 от ее поверхностного значения /е,
а плотность поглащаемой мощности Р —соответственно 0,136 Ре.
В Международной системе единиц (СИ)
где р — удельное сопротивление; со = 2л/ — угловая частота
тока; \1а — ^0[л = 4л10~7ц —абсолютное (ц.а) и относительное
(ц.) значение магнитной проницаемости.
Сечение электропроводящей части материала, обусловленное
глубиной проникновения тока, обычно и принимается для опреде-
ления электрических параметров и энергетических характеристик
устройств для индукционного нагрева.
Для приближенной количественной оценки этих параметров и
характеристик в соответствии с расчетным эскизом какого-то
устройства для индукционного нагрева (рис. 2-1) необходимо
ввести некоторые обозначения. Обозначим обращенные друг
к другу периметры нагреваемого материала Пи и индуктора /7И
с поправками на соответствующие, им глубины проникновения
тока бм и би. ч
Периметры с этими поправками при индукционном нагреве
цилиндрических тел в цилиндрическом индукторе выразятся в сле-
дующем виде:
Я„ =-= я (йм — 6„) == ясС; B-4)
П'и = л DЯ + .8И) = пй'я. B-5)
Как периметры Я„ и П'я, так и соответствующие им диаметры
им и й'п по существу определяют среднюю длину пути индуктиро-
ванного тока в нагреваемом материале и в индукторе. При любых
22

отклонениях от цилиндрических форм нагреваемого материала и
индуктора найти соответствующие им значения Пу и Яи не пред-
ставляет особых затруднений.
Исходя из этих допущений, электрические параметры и-энер-
гетические характеристики устройств для индукционного нагрева
в соответствии с рис. 2-2 можно найти, введя следующие обозна-
чения: Ны—высота токопроводящего слоя нагреваемого мате-
риала; Ни — высота токопроводящего слоя индуктора, прини-
маемая, как правило, на 20—10% больше высоты Нм; р„ и ри -—
удельные сопротивления нагреваемого материала и индуктора;
ца и |л0 —абсолютное и относительное значения магнитной про-
ницаемости нагреваемого материала и индуктора. Предполагается,
что индукторы никогда не делаются из ферромагнитного материала;
со -= 2я/ — угловая частота тока; а — поправочный множитель
к коэффициенту приведения параметров нагреваемого материала
К индуктору.
Формулы для приведенного значения активного сопротивления
нагреваемого материала г'ы и индуктора ги можно написать, если
принять за средние длиньГпути тока периметры Ям и П'и, а экви-
валентные сечения 5„ и 5и выразить как произведения соответ-
ствующих глубин проникновения бм и би на высоты токопроводя-
щих слоев Нм и /-и:
■я,'
П = р„ -р- = аЛх ------ Ущйй; B-6)
м
-И „„.2 ЯИ
гя = Р„ V" = ^ -ТгУщ^о!- B-7)
По аналогии со значением индуктивности цилиндрических
катушек индуктивное сопротивление нагреваемого материала хы,
приведенное к индуктору, и индуктивное сопротивление самого
индуктора хя можно вычислить по формулам:
хи = со^ = со -^-— аки\ . B-8)
хи^^я^^К. B-9)
В последних формулах 5м есть площадь занимаемая нагревае-
мым материалом, а 5„ — площадь, охватываемая индуктором;
эти площади подсчитаны с поправками на соответствующие глу-.
бины проникновения. Так, например, для цилиндрических нагре-
ваемых тел и индукторов
$;,-= "^м-6"J; B-Ю)
5; = л!^±ад1. B_И)
23

Величины км и кя есть известные коэффициенты Ногаока,
определяемые с достаточной точностью формулой
к== 2,35+ <*//. • B_12)
Поправочный коэффициент а, учитывающий неоднородность
электромагнитного поля на поверхности нагреваемых материалов
при малой их высоте, аналитически вычисляется только для про-
стейших случаев.
Когда нагреваемый материал и индуктор являются двумя коа-
ксиально расположенными цилиндрами,
-/('-*)"+(*)']■■ <---->
Из последнего выражения видно, что а — > 1 при
^к—, п- Ьи-^ 1- ь _, 1
"и "и
Формулы для электрических параметров г„, ги и х^,,. хи дают
возможность в соответствии с формулами B-1), B-2) получить
выражение для электрического к. п. д. г\э системы индуктор —
материал и ее соз ф:
Л, = ~. -=\ B-14)
П' Ли а К рм|д,
со8Ф = -^--^ -; ' -г'в -. B-15)
Формула B-15) соответствует условию ги + г„ < х„ —лг„,
что наблюдается в большинстве случаев индукционного нагрева,
особенно при частотах радиодиапазона.
Приведенные выше формулы для расчета основных электри-
ческих параметров и энергетических характеристик устройств для
индукционного нагрева являются достаточно точными при условии,
что глубина проникновения тока би не более 0,2—0,3 толщины Ам
или диаметра йы нагреваемого материала. При индукционном
нагреве в диапазоне радиочастот это условие выдерживается зна-
чительно чаще, чем в звуковом диапазоне.
Если возникает потребность в более точном определении элек-
трических параметров и энергетических характеристик устройств
для индукционного нагрева, то необходимо пользоваться анало-
гичными формулами, полученными на основании более^строгой
теории индукционного нагрева [16].
24

Конечным итогом определения электрических параметров и
энергетических характеристик устройств для индукционного
нагрева обычно является расчет необходимого числа витков индук-
тора по. С этой целью целесообразно воспользоваться в первую
очередь общим выражением мощности, потребляемой нагревае-
мым материалом:
Ры = Ргы = Ры>*а^УтК[, B-16)
а затем соотношением между подводимым к индуктору напряже-
нием V, током / и полным сопротивлением системы индуктор—ма-
териал гп:
Ц = 1гп = 1 У(г'м + гиJ + (*„ - х'ы)\ B-17)
Учитывая, что гл = 2п1ш2, из формулы B-16) находим необ-
ходимую магнитодвижущую силу индуктора 1т, а из формулы
B-17) —необходимое число витков:
При этом 2п1 соответствует полному сопротивлению системы
индуктор — нагреваемый материал при условии, что индуктор
изготовлен только из одного витка.
Приведенные выше расчетные формулы электрических пара-
метров и энергетических характеристик простейших, но наиболее
часто применяемых на практике устройств для индукционного
нагрева позволяют рассматривать последние как основные эле-
менты схем колебательных контуров всей высокочастотной элек-
тротермической установки с ламповым генератором.
2-3. ИЗМЕНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК УСТРОЙСТВ
ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА
При проектировании и особенно при эксплуатации установок
для индукционного нагрева не так важно знать точную величину
электрических параметров или энергетических характеристик,
как необходимо предвидеть относительные их изменения за период
выполнения технологического процесса.
Эти изменения в большинстве случаев обусловливаются за-
висимостью электрического удельного сопротивления р от темпе-
ратуры иагреваемых материалов I (рис. 2-3, 2-4) и зависимостью
магнитной проницаемости ц от температуры I и от напряженности
магнитного полял# (рис. 2-5).
Для количественной оценки магнитной проницаемости при
индукционном нагреве приходится пользоваться общим выраже-
25

нием мощности, поглощаемой нагреваемым ферромагнитным ма-
териалом:
Рм = Н2ПнкмУярца{. B-19)
Объединяя в этой формуле неизвестную при расчете величину
напряженности магнитного поля Я с зависящей от нее магнит-
ной^ проницаемостью р,а, получаем соотношение
Оп-м
#4
4
-ЛХр/
яр/ "
B-20)
Левая часть последнего
выражения для любого
ферромагнитного материа-
ла может быть найдена из
основной кривой намагни-
чивания. Правая же часть
этого выражения опреде-
ляется технологическим
заданием, приведенным
к удельной мощности рР
в соответствии с произ-
водительностью установ-
ки, удельным сопротивле-
нием нагреваемого мате-
риала р и предварительно
выбранной частотой тока /.
Совмещение зависимостей
(х (Я) и Я4(л (Я) для лю-
бых значений рР, р и/ по-
зволяет сразу же получить
и расчетное значение маг-
нитной проницаемости ц, и необходимое значение напряжениости
поля Н иа поверх-ности нагреваемого материала.
Совокупность зависимостей расчетного значения относитель-
ной магнитной проницаемости \л от поверхностной удельной мощ-
ности рР в условиях, наиболее часто наблюдаемых при индук-
ционном нагреве, привдена на рис. 2-6.
Одновременные изменения р (?) и (х (I, Я) приводят к измене-
ниям всех электрических параметров и энергетических характе-
ристик, определяющих Как технологический режим индушщон-
ного нагрева, так и эксплуатационный режим всех элементов схем
в. ч. э. установок. Так, например, глубина проникновения тоКа
при индукционном нагреве ферромагнитных ереднелегированных
сталей в зависимости от температуры с одновременным учетом
1200 то°с
Рис. 2-3. Зависимость электрического удель-
ного сопротивления р чистых металлов от
температуры I
26

а
ю
0.8
0.6
0.4
0,2
%ю~6
к
/1
$УУУ
*8
м
?_
\
/^
^2
&1
<^8
Ъ
поверхностной удельной мощности рР и частоты тока / приведена
на рис. 2-7. Относительные изменения активного сопротивле-
ния нагреваемой стали, вносимого в лндуктор, поКазаны на
рис. 2-8. Он-м
Наибольший "интерес в
теории и практике индук-
ционного нагрева имеют
изменения электрического
к. п. д. т]э и коэффициента
мощности соз ф различ-
ных устройств.
Рассмотрим случай ин-
дукционного нагрева ци-
линдрических тел в ци-
линдрическом же индук-
торе. Посредством изме-
нения частоты тока / по
уточненным формулам
электрических парамет-
ров, изменяя диаметр на-
греваемого тела й„ или его
физические свойства р и ц,
можно получить зави-
симости электрического
к. п. д. электромагнитной,
системы индуктор — на-
греваемый материал от
обобщенного аргумента
как отношения ём к глу-
бине проникновения тока
бм (рис. 2-9).
Аналогичные зависимо-
сти т]э (<~У6М) с незначи-
тельными отклонениями
могут быть получены и
для случаев нагрева пла-
стин и тел других конфи-
гураций, если вместо диа-
метра нагреваемого тела
использовать наименьший
размер его сечения.
Из рис. 2-9 видно, что
с увеличением отношения
^м/^м в каждом отдельном
случае растет электрический к. п. д., асимптотически прибли-
жаясь к своему предельному значению т]э.пр. Это значение т)э.п[>
во всех случаях может быть получено при условии, что отноше-
ние Аи/8и будет больше 10—20.
О 400 800 1200 "С
Рис. 2-4. Зависимость удельного сопроти-
вления р сталей от температуры I
&"
/
2
3
4
5
6
7
8
Материал
Сталь ЭЗХВ8, тер-
мически не об-
работанная
Сталь Э16, терми-
чески Не обрабо-
танная
Сталь Э1, терми-
чески обработан-
ная
Сталь ЭУ13, отож-
женная
Углеродистая сталь
То же
То же
Электролитическое
железо
Содержание, %
С
0,22-
0,35
0,15-
0,22
0.10 —
0.16
1,24 —
1,4
1,00
0,54
0,11
Сг
2,2 —
2,7
1,3-
1,7
0,2-
0,5
N1
4,0-
4,7
1,7-
2,3
27

Г-50 Гц
I
Рис. 2-5. Зависимость относи-
тельной магнитной проницае-
мости ц от температуры
/I
10ОО0
5000
3000
2000
О
Рис. 2-7. Зависимость глубины проникно-
вения тока бМ при индукционном нагреве
сталей с начальным значением р =
= 2-10"' Ом-м от температуры при ча-
стоте тока / = 50, 103, 106 Гц и удельной
поверхностной мощности рр = 10-т-
-=-10- Вт/см2
0,10,2 0,5 1 2 5 1020 50 100 200 5001000 5000
Рр,дт/см^
Рис. 2-6. Зависимость расчетного относительного значения
магнитной проницаемости (х от поверхностной удельной мощ-
ности рр для разных частот тока / при значениях р =
==2.10"' Ом-м (сплошные линии) и р= 8-Ю Ом-м (штри-
ховые линии)
Графики рис. 2-9 представляют наибольший интерес в тех пре-
делах, где с увеличением -*М/6М электрический к. п. д. растет не-
значительно, а с уменьшением этого отношения величина т]э мо-
жет значительно понизиться.
Эти соображения почти во всех случаях индукционного нагре-
ва обычно являются основой определения минимально необходимой
28

частоты тока /мин, е увеличением которой Т1э растет незначительно,
а понижение его ечнтаетея нежелательиым.
Из рне. 2-9 следует, что для разных случаев индукциоиного
нагрева условие для определения минимально необходимой часто-
ты тока /мин может быть записано в виде
ЦК =•»-> 4-8-8,
откуда
_ и-р _ иар10» _ тр-10"
к
я4м-а 4с(мИ-
Й-р,
B-21)
Очевидно, что в последней формуле величину х следует вы-
бирать исходя из предельно высокого электрического к. п. д. т]э. пр
и допускаемого его некоторого понижения. Понижение т)э на 5—
10% иногда может быть оправдано наличием источника питания
40.
20
10
8
В
4
1 '
=--■
■""
'-
^
--—■
^
— -
И
_
;->.
=»--;
-_--^
2^
Е^
'
1
м
_]
^■^
-^^
-»•"
2
^
^
А
-=-=
г
200 400 600 800 ~ °С
Рис. 2-8. Относительные изменения
активного сопротивления гм нагре-
ваемого тела от температуры ( при
р = 2-Ю Ом-м (сплошные линии),
р=3-10~? Ом-м (штриховые линии)
и при напряженности поля (штрих-
пунктирные линии) Н == 10 А/см (кри-
вая /), Я=100 А/см (кривая 2) и Я =
-= 103 А/см (кривая 3)
6 7 8 9 ,10
Рис. 2-9. Зависимость электрического
к. п. д. индукционного нагревателя
от отношения диаметра нагреваемого
тела Лм к глубине проникновения
тока бм
с собственным повышенным
эксплуатационным к. п. д. или
возможностью вообще изба-
виться от преобразователя ча-
стоты, в особенности при применении частоты тока 50 Гц, или
какими-либо другими технико-экономическими соображениями.
Для практической ориентации в зависимостях ц (<, рР) и дру-
гих на рис. 2-10 показано приближенное соотношение между ми-
нимально возможным диаметром или. толщиной йл стальных
заготовок и частотой тока ^ при индукционном нагреве с разными
удельными мощностями. Принятые при этом два значения удель-
ного сопротивления соответствуют двум наиболее характерным
температурным режимам нагрева среднелегированных сталей:
начальному при температуре около 20° С и при температуре около
29

600° С, когда начинают быстро утрачиваться ферромагнитные
свойства сталей. ГрафиКи зависимостей б (/), ц (рР) и йп (/) спра-
ведливы е некоторыми допущеииямн при условии, что расчетные
значения ц. будутна 20—30% меньше (гмакскдля[нагреваемой марки
стали. Верхняя штриховая зависимость ^м(/)*на рис. 2-10 соот-
ветствует случаю иидукционного иагрева иеферромагиитиых ста-
лей или нагрева до температур после точки Кюри. При определе-
см
40
30
25
20
15
12
10
Ч
2,5
1,5
1,0
0,10
0,50
0,40
0,30
0,25
0,20
0,15
0,12
0,10
\ \
\ \
\ 1
. V
\'
\\
N >
\
\
\
N
N Ч
\
\ ■
\
Л
,
V
О
\
V
\ \
ч
-V ---
к-5-- !*
\>
А \_
\ \ч
\\
ч\
N ^ \
^ 4
V
*
^~
V--
■.
\
^
,
/
V \
* '
1 <
^
\\
--,-Д
,.:Х
--;^
\;
N
.._ _._
р-1,2-10~60т-м --
I
■^р^О^Вт/см2"
\
V -5
2^.
&-
5-,-Ь
К\-
-^^ч
Л ^~
--Ч л
^-^
С^
5<--
СА
V
ч
ч
I
103
"'.
\
^
N
V
\
ч Х'-
\-л>
^ЛпЛ
Г;К
^
\У
<">*
У\
"ч \
\"Л
. и
Вт/см2
N /
,К
"^ »
ч
\"<<
Ьс
Л\
\ о
\\ ч
ЧЛ
■■ -.
О2 Вт/
,
"!-—-
-■■-\ та*/
^
:■
|
>..."""]
»::.3
.:Х
\
\
?
\
V
>
_^_ -
""..2
10г
10 й
Юч
10л
10"
10'Гц
Рис. 2-10. Зависимость минимального диаметра ^м от частоты тока / при значе-
ниях удельной мощности рр = 10-ь 10* Вт/см2, при значении р = 2-Ю-7 Ом-м
(сплошные линии) и р = 10~вОм-м (штриховые линии) и приц = 1, р = 1,2х
X 10"-Ом-м (штрих-пунктирная линия)
нии энергетических характеристик устройств для индукционного
нагрева необходимо учитывать значительные их изменения глав-
ным образом в результате изменения физических свойств нагре-
ваемых материалов (р и ц).
Так, иапример, исходя из формулы B-14) с учетом зависимостей
р (/) (рис. 2-4), ц (/) (рис. 2-5) и ц \рР) (рис. 2-6) иа рис. 2-11 пока-
заны измеиения электрического к. п. д. цэ устройств для индук-
ционного нагрева ферромагнитных сталей, а на рис. 2-12 —
изменения соз <р.
30

Полученные соотношения с целью достижения приемлемых
значений т]э и соз.ф при индукционном нагреве следует рассма-
тривать как приближенные, так как'они не могут учесть всей со-
вокупности сложных задач расчета электрических параметров
устройств для индукционного нагрева материалов с нелинейно
меняющимися физическими свойствами в неоднородных электро-
магнитных полях.
В тех случаях, когда при индукционном нагреве одновременно
с изменением р и ц материала меняются и его геометрические соот-
ношения, как, например, при расплавлении раздробленной шихты
в высокочастотных электропечах, изменения электрических па-
раметров и энергетических характеристик почти не поддаются
со$<р
1у
2
3
**
\
\
1
200
400 600 800 °С
Рис. 2-11. Зависимость электрического
к. п. д. т|э от температуры / нагревае-
мых ферромагнитных тел при частотах
тока / = 106 Гц (сплошные линии), / =
= 10е Гц (штриховые линии) и при
значениях удельной мощности Рр =
= 10 Вт/см5 (кривые 1), 100 Вт/см2
(кривые 2) и 1000 Вт/см2 (кривые 3)
Рис. .2-12. Зависимость соз <р при ча-
стоте тока 105 Гц от температуры ./при
значениях удельной мощности рр =
= 10 Вт/см2 (кривая /), 100 Вт/см2
(кривая 2), 1000 Вт/см2 (кривая 3)
аналитическому расчету и
должны устанавливаться экспе-
риментально.
Наиболее сложные изменения этих параметрови характеристик
при индукционном нагреве ферромагнитных материалов прихо-
дится наблюдать при поверхностной термической обработке.
Исходя из теоретических предпосылок [16], толщину нагре-
ваемого слоя А под закалку, с учетом непрерывного изменения р
и р, в зависимости от температуры I в направлении распростране-
ния электромагнитной энергии, можно связать с глубиной про-
никновения тока при температуре за точкой Кюри бгор следую-
щими соотношениями:
8гор = Д&или Г = Ш. B-22)
В этих соотношениях бгор и А выражены в сантиметрах.
Если ориентировочно из накопленного практического оиыта
принять зависимость к от частоты согласно рис. 2-13, то и опти-
31

мальная частота тока в зависимости от толщины нагреваемого
слоя |оПТ может быть найдена также по рис. 2-13.
Определив частоту тока для нагрева стали на глубину А,
общее выражение энергобаланса рассматриваемого процесса можно
привести к поверхностной удельной мощности:
суА (/„ - <!>„'
Рр
V
B-23)
50 10
Рис. 2-13. Зависимость оптимальной толщины нагреваемого под закалку
слоя Д и коэффициента к = бгор/Д от частоты тока /
где с и у — теплоемкость н плотность нагреваемого слоя металла;
(^2 — ^)м — разность между конечной 1г и начальной 1± темпера-
турами нагреваемого слоя металла; т — время нагрева; ц( — тер-
мический к. п. д. процесса нагрева, определяемый по формуле
^ — т_ _ь т, = п,(* /-■»_ > B-24)
№т + и^
1 +
ах (B — 1г)а
суД {к — <г)м
где а — усредненный коэффициент теплоотдачи от нагреваемого
слоя металла с его поверхности и вглубь.
Разность температур 12 — ^1 с индексом «п» соответствует тем-
пературам, определяющим теплоотдачу в пограничном слое, а
с индексом «м» — увеличению теплосодержания нагретого слоя
32

металла. Во многих случаях при ориентировочных расчетах эти
разности температур могут быть одинаковы.
Если зависимость к (/), которая для различных ферромагнит-
ных сталей может несколько корректироваться, принять по
рис. 2-13, формула B-23) для усредненных свойств сталей, подвер-
гаемых поверхностной закалке при средней теплоемкости 7 X
X 103 Дж/(кг-К), разности температур (/2 — /х)м = 1000° С
и плотности стали 7000 кг/м3, примет вид
рР = -^—, кВт/см2, B-25)
Рис. 2-14. Зависимость поверхностной удельной мощности рр от частоты тока /
при т)< = 1 и т = 1-5-20 с
Для большей наглядности зависимость B-25) условно при
г\{ = 1 с целью обеспечения последующих пересчетов для любых
значений г\{ приведена на рис. 2-14.
При низких частотах значения РР настолько велики, что ока-
зываются недостижимыми из-за невозможности отвода мощности
от индуктора, в котором выделяется 10—20% энергии, поглощае-
мой нагреваемым материалом. Поэтому при низких частотах, на-
пример при 50 Гц, естественно, приходится увеличивать время
нагрева до 10—20 с и даже более. При этом нельзя*'ожидать, что
некоторое увеличение времени нагрева при низких частотах за-
метно снизит г\(, так как в соответствии с формулой B-24) при
3 Заказ 1113
33

этом увеличивается толщина нагреваемого слоя А, определяющая
тенденцию к повышению г\(.
При увеличенных до 10Б—106 Гц частотах, получаемых в уста-
новках с электронными генераторами, никаких препятствий
для сокращения времени даже до десятых долей секунды за счет
увеличения рР нет.
Еще более сложные изменения электрических параметров и
энергетических характеристик приходится наблюдать в устрой-
ствах индукционного нагрева для зонной очистки полупровод-
ников, выращивания монокристаллов и других процессов.
Только учет всех меняющихся в процессе нагрева параметров
и характеристик может оправдать стремление к аналитической
точности расчетов и предопределить создание современных высо-
кочастотных автоматизированных установок с наивысшими тех-
нико-экономическими показателями.
2-4. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ РЕЖИМЫ В. Ч. Э. УСТАНОВОК
ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА
Режимы работы в. ч. э. установок для индукционного нагрева
в значительной степени определяются условиями эксплуатации
в. ч. з. устройств в виде плавильных печей, закалочных индук-
торов и т. п. Задаваемые условия использования этих устройств
определяют необходимость анализа всех их переменных электри-
ческих параметров и энергетических характеристик и в целом
в. ч. э. установок.
Анализ этих характеристик с учетом изменения термического
и электрического к. п. д. и соз ср в. ч. э. устройств и установок и
некоторых технологических факторов может привести к необхо-
димости изменения частоты тока, мощности установки и ее прин-
ципиальной схемы регулирования и автоматизации. При этом
в. ч. э. устройства, обладающие, как правило, превалирующим
значением индуктивности по сравнению с активным сопротивле-
нием, обычно нельзя рассматривать как непосредственную нагруз-
ку для лампового генератора.
Малые значения соз ф почти всех в. ч. э. устройств для индук-
ционного нагрева исключают возможность непосредственного их
подключения к источникам питания. Поэтому возникает необхо-
димость в компенсации реактивной мощности устройств для ин-
дукционного нагрева посредством образования различных коле-
бательных контуров. Простейшими из них являются контуры с по-
следовательным и параллельным подключением конденсаторных
батарей к устройствам для индукционного нагрева (рис. 2-15).
Выполняя условие резонанса емкостного сопротивления хс
с параметрами устройств для индукционного нагрева л:п и гп при
последовательном включении конденсаторной батареи, получаем:
хп = 2л!Ьп = Хс = ^. B-26)
34

При этом активной нагрузкой для лампового генератора /?
окажется активное сопротивление самого устройства для индук-
ционного нагрева гп, сопротивление токоподводящих шин гш и
активная составляющая сопротивления конденсаторной батареи гс:
К = гп + гш-\-гс = г'к + га + гш + гс. B-27)
Объединив потери энергии в индукторе с потерями в шинах
и конденсаторах, в'^процессе эксплуатации в. ч. э. установок
значение Я целесообразно выразить через электрический к. п. д.
в)
-V
Ю 1Г
0-
1н
а)
•<а-
Ч]
/г
->
иг
Иг^г
■ хс\
}Хп
Рис. 2-15. Основные схемы колебательных контуров при индукци-
онном нагреве: а— последовательного резонанса; б — параллель-
ного резонанса; в — с автотрансформаторной связью
контура т]к и активное сопротивление нагреваемого материала гк
по формулам:
К = ±-/м = ±и?а^У^4. B-28)
Чк т1к "и
При параллельном подключении конденсаторной батареи с ем-
костным сопротивлением хс к устройству для индукционного на-
грева (рис. 2-15, б) приближенное, но вполне достаточное для прак-
тических целей условие резонанса остается тем же. Активное же
сопротивление контуров в этом случае оказывается существенно
отличным от такового при последовательном подключении конден-
саторной батареи и выражается для схемы рис. 2-15, б прибли-
женной формулой
а для схемы рис. 2-15, в
Гц
Я
+
х2
гш+гс
*1к*п I
=
ъ
%-5
)•
B-29)
B-30)
В этих формулах т)к есть электрический к. п. д. контуров, опре-
деляемый как отношение
4- =
'м + 'и + 'ш + 'с
B-31)
35

Ьп — полная индуктивность устройств для индукционного нагрева;
Ьг — часть этой индуктивности, подключаемая к источнику пи-
тания. Эти индуктивности для практических целей настройки уста-
новок можно считать пропорциональными квадрату соответствую-
щих чисел витков ауп и тг.
При эксплуатации в. ч. э. установок в большинстве случаев
для увеличения производительности и повышения термического
к. п. д. стремятся их использовать на номинальную мощность Рп
за весь технологический цикл.
В некоторых случаях требуется регулировать мощность по осо-
бым программам, обеспечивающим определенный температурный
режим.
Выполнение этих условий при переменных электрических па-
раметрах нагреваемых материалов, определяющих изменение
параметров контуров нагрузки лампового генератора, требует
соответствующих условий настройки установок на оптимальный
режим.
Исходя из номинальных значений мощности, которую можно
подвести к нагрузочному колебательному контуру, Рн и номи-
нальных значений напряжения (Ун, к и тока /„. к, можно написать
условие
* н. к -== ~п == -н-\н. г == с^н. г-н. г- B-о2)
■Кн. к
Очевидно, что любому значению мощности, отличному от но-
минального, могут соответствовать два режима. Первому из них
соответствует условие /?к < /?н. к, когда без превышения номиналь-
ного тока /н. к увеличить мощность Р, потребляемую нагрузочным
контуром, можно только посредством увеличения его активного
сопротивления Кк.
Для схемы колебательного контура (рис. 2-15, а) при Ки —
= г'ыЫэ < -*?к. н
Р = ]1Уа-§^УщЫ- B-33)
Для схемы рис. 2-15, б, когда ЬТ1ЬП = хю\1хш\, и рис. 2-15, в
в этом случае
р„. к ■= /н, г ***. = /.. А 2 ^;; (|М2. B-34)
Второму режиму будет соответствовать условие /?к > #„. к,
когда без превышения номинального напряжения с/н. г увеличения
мощности, потребляемой в. ч. э. устройством для индукционного
нагрева, можно достигнуть только посредством уменьшения /?к.
В этом случае для схемы рис. 2-15, а
р= ^н.гУ^_; B.35)
ш-аЯм V ярца/
36

а для схем рис. 2-15, б и в
р--^г~ 4ча ^№<А^-) • B6)
Из приведенных формул видно, что увеличение мощности,
потребляемой в. ч. э. устройствами в виде индукционных печей,
закалочных индукторов и т. п., при достижении номинальных
значений тока /н% г или напряжения (/н, г можно получить только
посредством уменьшения или увеличения Як.
Наиболее существенным средством воздействия на величину #к
во всех схемах колебательных контуров является изменение ин-
дуктивности электромагнитной системы для индукционного на-
грева, наиболее часто определяемой числом витков по.
В некоторой мере изменение /?к может быть достигнуто и изме-
нением геометрических размеров нагреваемых тел (Ям и Ни).
Наиболее рациональным средством изменения #к и настройки
в. ч. э. установок на оптимальный режим их использования яв-
ляется схема рис. 2-15, в с автотрансформаторным способом под-
ключения нагрузки к источнику питания.
2-5. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ УСТАНОВОК
С ЛАМПОВЫМИ ГЕНЕРАТОРАМИ
ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА
За последние 40 лет, прошедших с момента появления первых
опытных образцов высокочастотных установок с ламповыми гене-
раторами для индукционного нагрева, изготовляемых разными
организациями, эти установки подвергались многократным изме-
нениям по всем своим показателям.
Конструктивные изменения установок обусловливались в ос-
новном появлением новых типов комплектующего оборудования
(контурные конденсаторы, анодные трансформаторы, генератор-
ные лампы, тиратроны и т. п.) и необходимостью удовлетворения
радиотехническим и санитарно-гигиеническим нормам допусти-
мых напряженностей электромагнитных полей в зоне действия
обслуживающего персонала.
Изменения принципиальных схем установок были вызваны
необходимостью улучшения их эксплуатационных характеристик.
Так, например, с появлением в промышленности тиратронов и
в связи с возросшими требованиями многократной повторяемости
технологических процессов (поверхностная закалка, зонная очи-
стка и т. п.) оказалось возможным иметь стабилизованные анодные
выпрямители.
Наибольшая потребность в высокочастотных установках для
плавки металлов с сильно меняющимися. электрическими пара-
метрами индукционных печей заставила перейти от простейших
схем колебательных контуров (одноконтурных) к сложным, много-
контурным схемам.
37

Почти при каждом пересмотре конструкций и электрических
схем высокочастотных установок по соображениям наилучшего
удовлетворения радиотехническим и санитарно-гигиеническим
нормам в отношении допустимых уровней излучаемых электромаг-
нитных полей изменялись и диапазоны генерируемых частот тоКа.
Первыми образцами высокочастотных установок серийного и
наиболее массового производства в период 1945—1950 гг. явля-
лись установки типа ГЗ-46 A]. Конструктивно они выполнялись
вместе со станком для поверхностной закалки деталей цилиндри-
ческой формы и не имели никаких средств защиты от излучаемых
электромагнитных полей. В зависимости от параметров индукторов
частота тока при их эксплуатации изменялась в пределах 350—
500 кГц.
Простая одноконтурная схема с понижающим трансформатором
и с переменными кондуктивными обратными связями по анодной и
сеточной цепям не позволяла использовать установки для плавки
металлов. А отсутствие в них стабилизированного и хотя бы ре-
гулируемого анодного выпрямителя исключало всякую возмож-
ность обеспечения многократной повторяемости технологических
процессов для получения высокого качества поверхностной за-
калки.
. Однако эти установки оказались первыми и практически един-
ственными до настоящего времени, в которых успешно сочетался
ламповый генератор с закалочным^станком, снабженным гидро-
приводом. Развитие этого принципа конструирования высокоча-
стотных установок могло бы дать значительный народнохозяй-
ственный эффект.
Серийное производство высокочастотных установок различными
организациями Министерства электротехнической промышлен-
ности началось с 1945—1946 гг. Первые серии этих установок [1 ]
выпускались под шифрами ГЛЭ-60, ЛГ-30, ЛГ-60, где буквы обо-
значали: Г — генератор, Л — ламповый, Э — электротермический
и цифры соответствовали номинальной колебательной мощности
в киловаттах. Предполагаемая универсальность их использования
для плавки, пайки и закалки изделий обусловила более сложную
схему колебательных контуров, обеспечивающую плавную на-
стройку режима в процессе выполнения технологического про-
цесса.
Эти установки комплектовались только вместе с плавильными
печами. Отсутствие серийно выпускаемых- закалочных станков
значительно снижает все технико-экономические показатели ис-
пользования этих установок. Попытки экранирования высокоча-
стотных установок этой серии, работающих при частотах 150—
250 кГц, сводились только к размещению установок в экраниро-
ванных помещениях, что затрудняло их использование в произ-
водственных условиях.
Дальнейшее развитие высокочастотных установок привело
к массовому выпуску существенно улучшенных типов под шиф-
38

рами ЛГПЗ-30 F0) для универ-
сального использования (П —
плавильная, 3 — закалочная):
ЛГЗ-30 F0, 100, 200) — толь-
ко для поверхностной "закалки
и пайки и ЛГП-30 F0) — толь-
ко для приготовления сплавов.
В этих установках стали при-
меияться малогабаритные водо-
охлаждаемые керамические кон-
денсаторы, высокочастотные ки-
ловольтметры для контроля
режима и в дальнейшем регули-
руемые анодные выпрямители.
Однако и такие установки совер-
шенно не удовлетворяли требо-
ваниям радиотехнической и са-
нитарно-гигиенической инспек-
ций, так как работали в диапазо-
не частот тока 180—220 кГц и не
имели зкранирующих средств.
В связи с возросшей необ-
ходимостью выполнения радио-
технических норм по допусти-
мым напряженностям электро-
магнитных полей в конце пяти-
десятых годов для высокоча-
стотных установок определи-
лась частота тока 60—74 кГц,
не входящая в то время в
нормируемый диапазон частот
как по первой, так и по вто-
рой гармонике. Эта серия
установок [11, получившая
наибольшее распространение в
промышленности под шифрами
ЛЗ-37 F7), ЛП-37 C7),
ЛПЗ-37 F7), ЛЗ-107 B07),
- где буквы означают: Л — лам-
повая, 3 — закалочная, П —
плавильная и первые цифры —
десятки киловатт и десятки
килогерц, явилась основой их
дальнейшей модернизации.
Принятое в последние годы
типовое обозначение установок
расшифровывается следующим
образом:
а-
I
1--
3
И
8
5
С
I
С
со
5
в
С
со
(О
В*
м
I
"-4 -Фсчеч оо
ю
СО
5888
оо счсо
(О о
оооо
слез см г~-
со ё
оооо
•-• см^о
а> сосчсо
СЧ~> СЧ -Ф
"?о (вОООЭ
со
о
.л о оооо
2 -о ОСЛО)
—• СЧ -*<—I СЧ м
о
§ "Я •
й • $■<
ХЭ . и .•
22 «СО
1сёсВ
"Ш
Ш о -"
'[»
о.
о * о -
X 3 •
со а -та
Я О ^
п ■ -' я
_ к <->
*-> СУ
К
и 55
Я 2
39

ВЧ И-63/0,066-ЗП(илиПТ)-Л01-ТВ
Высокочастотная.
Индукционная
Колебательная мощность
в киловаттах
1- т
Рабочая частота в мегагерцах.
Назначение: закалка поверхностная,
(или плавильная, тигельная)
Место разработки — Ленинград
Порядковый номер разработки
Для использования в тропическом климате.
Исполнение влагоустойчивое
Буква М в некоторых типах установок соответствует их по-
следнему модернизированному исполнению.
Основные данные установок на этот диапазон частот тока,
намеченных к выпуску Ленинградским заводом высокочастотных
установок (ЛЗВУ) на ближайшие годы, приведены в табл. 2-1.
Все указанные в таблице установки рассчитаны на подключение
к трехфазным сетям с напряжениями 380—400—415—440 В.
В установку типа ЛЗП-2-67 входят ламповый генератор, ин-
дукционная плавильная печь типа ИП-60 и образец закалочного
индуктора. Технические характеристики плавильных печей при-
ведены в табл. 2-2. К этим установкам разработана также конструк-
ция станка для поверхностной закалки типа ВЧИ-1-63-ЗП, имею-
щего следующие данные:
Максимальные размеры детали:
диаметр 90 мм
длина 900 мм
Скорость хода каретки 2—20 и 90 мм/с
Давление закалочной воды 2—6 атм
Расход закалочной воды 100 л/мин
Давление воды на гидроприводе 2 атм
Расход воды на гидроприводе 3 л/мин
Потребляемая мощность для перемещения ка-
ретки 0,7 кВт
Напряжение питающей сети 220 В
Габаритные размеры, мм:
в плане 1025X600
высота 2880
Масса 950 кг
40

Таблица 2-2
Основные технические характеристики
плавильных печей с питанием от ламповых генераторов
Характеристика
Тип установки
ЛШ-10
ЛП-37,
ЛПЗ-37
ЛП-67,
ЛПЗ-67
Емкость тигля по жидкой стали, кг .
Номинальная мощность печи, кВт . .
Рабочая частота, кГц
Напряжение на зажимах печи, В . .
Ток в индукторе печи, А
Время расплавления загрузки, мин
Расход охлаждающей воды, л/мин . .
Мощность электродвигателя поворот-
ного механизма печи, кВт . . . .
Напряжение на электродвигателе, В
Число витков индуктора
Внутренний диаметр индуктора, мм
Внутренний диаметр тигля средний,
мм
Высота тигля, мм
Марка графитового тигля по ГОСТ
3782—59 для плавки цветных метал-
лов
Габаритные размеры, мм:
длина , . ■
ширина
высота
Масса печи без металла в тигле, кг
0,1
10
400—460
около 1
0,6
220/380
150
80
30
80
2420
1680
2110
1270
25
30
60—74
7000
250
60
2,5
0,27
220/380
14
280
180
275
ТГ-30
1200
750
1250
200
50
60
60—74
7000
500
60
4
0,27
220/380
9
300
200
275
ТГ-50
1200
750
1250
225
Примечание,
и ЛПЗ-37 прекращено.
Серийное производство индукционных установок типа ЛП-37
В производственных и тем более лабораторных условиях экс-
плуатации частот бывает необходимо от одного лампового гене-
ратора питать несколько плавильных высокочастотных печей,
или предназначаемых для получения различных сплавов, или
значительно отличающихся емкостями тигля.
При использовании высокочастотных печей для плавки ме-
таллов с незаполненным тиглем снижается к. п. д. печи, создается
перегрузка по напряжению конденсаторной батареи и часто сни-
жается стойкость футеровки. Использование объема тигля менее
половины номинального вообще недопустимо. Ввиду малой но-
менклатуры высокочастотных печей, поставляемых комплектно
с установками, часто приходится печи требуемой емкости изго-
товлять непосредственно в условиях эксплуатации высокочастот-
ных установок по имеющимся образцам. При этом, зная заданную
массу расплавленного металла и его плотность (О и у) и выбрав
41

отношение внутреннего диаметра тигля йм к высоте заполняющего
тигль металла Лм в пределах йы1Ни = 0,5ч-0,8, можно найти
*«=УШ&)
Выбрав толщину стенки тигля А, можно определить внутрен-
ний диаметр индуктора
йл = ам + 2А
й высоту индуктора
К = *« A,1-М.З).
Значения Д в зависимости от емкости тигля могут выбираться
согласно следующим данным:
Емкость тигля по стали О,
кг ' . . . . 1 5 10 20 50 100
Средняя толщина стенки
тигля Д, см 1—2 2—3 3—4 4—5 5—6 6—8
Высота индуктора Ни должна на 10—30% превышать высоту
металла, заполняющего тигель. При этом получается наибольший
электрический к. п. д. печи. Для обеспечения взаимозаменяе-
мости различных высокочастотных печей, включаемых в общую
систему колебательных контуров без внесения каких-либо изме-
нений в другие элементы установки, при расчете печей следует
исходить из заданной индуктивности печи Ьп, входящей в комплект
высокочастотной установки.
С достаточным для практических целей приближением задан-
ную индуктивность печи Ьп можно подсчитать по формуле
-,-Ц^-. B-37)
где ц0 = 4я-10 Г/м — магнитная проницаемость материала
тигля; ка — коэффициент, учитывающий неоднородность поля
индуктора; т — число витков индуктора.
При избранных геометрических размерах другой печи, исходя
из заданного значения индуктивности, число витков можно опре-
делить так:
Ы)
= \/'—ттж-^\ • B'38)
Такой методикой пересчета плавильных печей можно пользо-
ваться только при тех емкостях тигля (обычно не менее 0,5—1 л),
при которых удается без снижения напряжения на печи осуще-
ствить конструкцию многовиткового индуктора.
При необходимости плавления различных металлов в коли-
чествах около десятых долей литра приходится рассчитывать вы-
сокочастотные печи на напряжение всего около 0,5 кВ. Источником
42

^
п
~7
2_
а 6=
□
И
й1
П»
0
0Ф>
ф
13 и 0
2000
"V;
-?.?/о
Ь№
"^
/
/
-I-
Рис. 2-16. Общий вид в. ч. э. установки ЛПЗ-2-67
1 — генераторный блок; 2 — блок промежуточного контура с конденсаторными батареями; 3 — закалочный индуктор; 4 — болты
для подключения заземления; 5 — индукционная печь
4Ь

°?
<-ч
а
«2
а
*-
2?
ю
см"
+1,
ЕГ
и
«
+1
о
-ф
СЯ
*
о
н
4>
о
е-
о
я
т
8
а.
с
Св
ю
си
&
ев
а
о
О
В
о
а
гг
ж
&
X
8
К
§
*
О
п
о
I
ев
е-
и
>%
X
3
аз
ь
о
8"
и
ев
3"
о
о
и
3
ш
3
с
8
Н
0>
3
в
т
о
в
и
О
^
о
с
со
3
о
со
СО
8
гг
Я
1_ч
о
*?
С
го
•^
•«-г'
О
ю*
О)
к
у
М
»-*
о
н
с
**<
о
о*
Я
Г
Я
'
*
к
н
о
о.
О)
н
я
X.
-о о о 0 О СО
со„ —
СХ
с
Ю Юс
СЧ ■* ОС
221
<
со
и:
* <и
о
•о «в
о 3
я 2
3" я
о 6;
* с
3 2
?• 8
ся си и
си ч
5>°
о си в
лак
СЯ с Я
в - 2
СЯЙ>
к ° «
5 & -
г а с.
О О ее
I
5
2
со -"<м ел
О --, О СО
<М XX СМ СО
1150
965
1840
2800
Ё
г
г!
к си
з
т
тные ра
фронту
глубину
ХО
>,
о.
ся"
X
ш
. а
> к,
) к
, 8 О 3 5
о-с и ш й
га р
и
с
)
питания таких печей может слу-
жить обычный понижающий (за-
калочный) трансформатор, кото-
рым снабжаются все установки.
Общий вид и габаритные раз-
меры установки ЛПЗ-2-67 без за-
калочного станка, который должен
быть расположен в непосредствен-
ной близости к закалочному
трансформатору и индуктору, по-
казаны на рис. 2-16.
Особенностью последних типов
высокочастотных установок яв-
ляется то, что в них использует-
ся малогабаритный трансформатор
с водяным охлаждением, генера-
торный шкаф выполнен экраниро-
ванным от излучения электромаг-
нитных полей и анодное напря-
жение стабилизировано с точно-
стью 1—2% при колебаниях
напряжения сети в пределах
±10—15%.
Важным этапом в развитии
высокочастотных установок с лам-
повыми генераторами для индук-
ционного- нагрева является пере-
ход в последние годы на частоту
тока 440 кГц±2,5%. Для поверх-
ностного нагрева под различные
виды термической обработки эта
частота тока обеспечивает мень-
шую толщину нагреваемого слоя
и, следовательно, больший тер-
мический к. п. д. Эта частота
тока значительно ближе к диа-
пазону частот тока в аналогич-
ных установках почти всех стран
мира.
При пересмотре конструкций
высокочастотных установок в свя-
зи с переходом на частоту тока
440 кГц±2,5% оказалось возмож-
ным сократить габариты про-
межуточного анодного контура
с регулятором мощности и, следо-
вательно, общие габариты уста-
новок.
44

Основные характеристики зтой серии установок приведены
в табл. 2-3. Все эти установки, кроме типа ВЧИ-10Т, предназна-
чены для поверхностного нагрева под различные виды термиче-
ской обработки.
Установка ВЧИ-101Т немассового изготовления предназна-
чена для плавки и центробежной отливки зубных протезов из
нержавеющей стали или хромокобальтового сплава в количестве
100 \
Высокочастотные установки с ламповыми генераторами при
частоте тока 440 кГц±2,5% приобрели особое значение в связи
с разработкой и применением в промышленности шовной сварки
труб. Этот технологический процесс, требующий механизации и
автоматизации, может осуществляться подводом энергии в зону
шва как индукционным способом с помощью цилиндрического
индуктора, так и с помощью скользящих или катящихся контактов.
Основные характеристики установок с ламповыми генераторами
при частоте тока 440 кГц±2,5% для шовной сварки труб приве-
дены в табл. 2-4. Эти установки вследствие их большой мощности,
значительно повышенных требований к автоматической регули-
ровке мощности являются наиболее сложными и требуют специаль-
ной быстродействующей защиты генераторных ламп.
Таблица 2-4
Основные характеристики установок для радиочастотной сварки
Характеристика
ВЧС2-160/0,44
ВЧС1-250/0.44
ВЧС1-400/0.44
ВЧС1-600/0.44
Установленная мощ-
ность трансформато-
ра, кВ-А
Номинальная мощность,
кВт
Частота тока, кГц . . .
Напряжение сети E0 Гц),
В
Номинальное анодное на-
пряжение, кВ . . . .
Допустимый анодный
ток, А
Количество и тип гене-
раторных ламп . . . .
320
160
440±2,5%
380
11,0
2X12
2 ГУ23А
560
250
440±2,5%
6000/10000
11,0
4X10
4 ГУ23А
1000
400
440±2,5%
6000/10000
11,0
2X30
2ГК5А
1000
600
440±2,5%
6000/10000
11,0
4X23
4ГК5А
В последние годы высокочастотные установки для индукцион-
ного нагрева с ламповыми генераторами применяются не только
для плавки, поверхностной закалки и сварки металлов, но и для
нагрева ионизированных газов в высокочастотном электромагнит-
ном поле. Имеется несколько опытных образцов таких установок,
используемых в лабораторных условиях для исследования приме-
нения ионизированных газов—плазмы — при выполнении различ-
45

ных технологических процессов (выращивание монокристаллов,
ефероидизация частиц, иапыление и т. п.). Серийно в настоящее
время выпускается только одна установка типа ВЧИ-63/5-ИГ-Л01
колебательной мощностью 63 кВт при частоте тока 5,28 МГц±2,5%.
Общая масса установки 3500 кг, габариты 5250x600x1600 мм
и стоимость 8808 руб. Установка снабжается только индуктором,
в котором предусматривается размещение кварцевой или разрез-
-ной металлической трубки с продуваемым газом. Предварительная
Ю 9 8 7 6
Рис. 2-17. Общий вид в. ч. э. установки «Кристалл Е» для бестигельной зонной
плавки стержней кремния
/ — ламповый генератор; 2 — шкаф аппаратуры управления; 3 — индукционная печь;
4 — пульт управления; 5 — водяной фильтр; 6 — болт заземления; 7 — подвод питания;
8 — подвод воды; 9 — слив воды; 10 — подсоединение к форвакуумной магистрали
ионизация газа до момента значительного возрастания его электро-
проводности производится посредством внешнего воздействия
каким-либо ионизатором (раскаленный графит, электрическая
дуга и т. п.).
Среди высокочастотных установок, имеющих специальное на-
значение, представляет интерес установка для вертикальной бес-
тигельной зонной плавки стержней кремния, для формовки и вы-
тягивания тонких слитков с целью их очистки и выращивания
монокристаллов.
46

После многократного усовершенствования в настоящее время-
выпускается установка под названием «Кристалл Е», общий вид
которой показан на рис. 2-17. Основные технические данные этой
установки:
Мощность, потребляемая от сети, кВ-А 30
Напряжение питающей сети при частоте 50 Гц, В . . 380
Число фаз 3
Выходная мощность генератора (колебательная), кВт .5
Частота генератора, МГц 5,28±2,5%
Давление охлаждающей воды, атм до 2
Расход охлаждающей воды, м3/ч 4,5
Рабочий вакуум в камере, мм рт. ст. . ■ Ю~5
Допустимое избыточное давление газа в камере, атм 0,5
Диаметр обрабатываемого стержня кремния, мм:
при плавке с автоматическим управлением ... до 26
при плавке с ручным управлением до 31
Длина обрабатываемой части стержня, мм ..... 40—400
Скорость рабочего хода индуктора, мм/мин:
рабочего 1—10
обратного 130
Скорость вращения штоков, об/мин 5—50
Скорость движения верхнего штока:
электроприводом, мм/мин 2,4
ручным приводом, мм/об 2
Габариты установки, мм:
в плане 2250Х1350
высота 2900
Масса установки, кг 2400
Установка типа «Кристалл Е» может рассматриваться как при-
мер рационального, комплексного решения всех вопросов, свя-
занных с выполнением технологических процессов с использова-
нием вспомогательных приспособлений.
В дальнейшем приведенные выше типы высокочастотных уста-
новок будут совершенствоваться и дополняться другими, расши-
ряющими диапазон характеристик по мощности, частоте тока и
технологическим приложениям.
2-6. СХЕМЫ УСТАНОВОК С ЛАМПОВЫМИ ГЕНЕРАТОРАМИ
ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА
При всех усовершенствованиях конструкций рассматриваемых
в. ч. э. установок одновременно пересматривались их электриче-
ские схемы. В настоящее время в установках для индукционного
нагрева находит применение только несколько вариантов схем,
существенно отличающихся друг от друга.
Простейшую схему имеет установка типа ЛЗ-13, предназна-
ченная для поверхностной закалки мелких изделий и пайки ин-
струмента и некоторых деталей радиотехнической промышлен-
ности. Ввиду относительного постоянства электрических пара-
метров электромагнитной системы, образуемой индуктором Ь2
из нескольких витков с нагреваемыми объектами, для этих целей
47

оказывается вполне пригодной простейшая схема колебательных
контуров с понижающим (закалочным) трансформатором ТрЗ,
показанная на рис. 2-18. Переменная индуктивная обратная связь
на сетку Ы обеспечивает достаточную подстройку режима нагрева
без отклонения частоты тока от 440 кГц более чем на ±2,5%.
Неуправляемый и нестабилизированный выпрямитель, собранный
по трехфазной мостовой схеме на тиратронах Л1—Л6, с возмож-
ностью его переключения посредством рубильника В на половин-
ное напряжение по трехфазной схеме с нулевой точкой также яв-
ляется наипростейшим и не может гарантировать многократную
повторяемость технологических процессов при колебаниях напря-
жения сети на ±E—10)%.
Накал генераторной лампы Л8, как и во всех установках,
выпускаемых в нашей стране, питается от феррорезонансных ста-
билизаторов Тр2 с точностью поддержания напряжения ±A—2)%
при изменении напряжения сети на ±A0—15)%. Анодный транс-
форматор Тр1 с естественным воздушным охлаждением встроен
в нижнюю часть шкафа и не допускает эксплуатацию установки
в увлажненных условиях, приводящих к электрическому пробою
обмоток.
Благодаря наличию конденсаторов С1—СЗ в трехфазной
сети, блокирующих высокочастотные колебания в сети, и экрани-
ровке генераторной части установки уменьшается излучение элек-
тромагнитных полей до уровня, определенного существующими
санитарно-гигиеническими и радиотехническими нормами. Все
элементы схемы и их взаимодействие подробно освещаются в тех-
нической документации, прилагаемой к каждой высокочастотной
установке.
Увеличение мощности ламповых генераторов и стремление
к созданию установок, пригодных для использования в различных
производственных условиях, привели к значительному усложне-
нию их электрических схем. В получивших большое распростра-
нение установках с ламповыми генераторами для приготовления
сплавов с особыми физическими свойствами из-за сильно меняю-
щихся электрических параметров высокочастотных печей приме-
няются сложные схемы колебательных контуров. Первые уста-
новки с индуктивно связанными'контурами с присущими им яв-
лениями затягивания, с обратными связями от контура нагрузки
в дальнейшем были заменены установками с кондуктивнои связью
между контурами, с возможностью непрерывного изменения об-
ратных связей по анодному и сеточному току.1 Одновременно
возрастающие требования к повышению качества процессов терми-
ческой обработки и к их мнегократной повторяемости привели
к необходимости применения стабилизированных анодных выпря-
мителей [8].
1 Предложение Ю. Б. Вигдоровича.
48

4--
Рис. 2-18. Схема в. ч. э. установки ЛЗ-13 дли поверхностной закалки и пайки мелких изделий

-Примером последних вариантов схем установок с ламповыми
генераторами для индукционного нагрева может служить элек-
трическая схема наиболее распространенных установок ЛЗ-2-67
и ЛПЗ-2-67, показанная на рис. 2-19.
Эта схема обеспечивает настройку лампового генератора почти
на любой режим его использования, так как располагает всеми
средствами регулирования. В анодном контуре, образованном
индуктивностью 12 и конденсатором С1, за счет перемещения
короткозамкнутой индуктивности Ы внутри индуктивности Ь2
удается плавно регулировать напряжение, подводимое к контуру
нагрузки. Напряжение обратной связи для возбуждения генера-
торной лампы Л8 снимается со вторичной обмотки Ь4 трансфор-
матора обратной связи и плавно регулируется ее перемещением
внутри первичной обмотки ЬЗ.
Нагревательный контур, образуемый плавильной печью Ь5
или закалочным трансформатором Ь7, Ь6 с конденсаторной бата-
реей С2, через первичную обмотку трансформатора обратной
связи кондуктивно подключается к индуктивности анодного кон-
тура Ь2
Контроль за технологическим и энергетическим режимами ра-
боты высокочастотных установок осуществляется по показаниям
киловольтметра кУ магнитоэлектрической системы, включенного
через кенотронный выпрямитель Л9 и емкостный делитель напря-
жения СЗ—С4.
Накал генераторной лампы Л8 питается от феррорезонансного
стабилизатора Тр2, предварительное включение которого на хо-
лодный катод во избежание большого скачка тока осуществляется
через пусковой дроссель Др.
Анодный выпрямитель на тиратронах собран по трехфазной
мостовой схеме с нулевым вентилем. Схема выпрямителя Л/—Л7
обеспечивает регулирование анодного напряжения в пределах от
50% до номинального значения. Одновременно анодный выпря-
митель обеспечивает стабильность напряжения на выходе в пре-
делах от 0,7 до 0,85 номинального значения с точностью ±A—2)%
при изменении напряжения в сети ± A0—15)% и при токе на-
грузки не менее 0,05—0;1 номинального его значения.
Большим достижением в последних высокочастотных установ-
ках является применение в них малогабаритных анодных транс-
форматоров Тр1 с водомасляным охлаждением, которые можно
размещать внутри общего шкафа.
Дальнейшее развитие принципиальные схемы установок
ЛЗ-2-67 и ЛПЗ-3-67 получили при создании серии установок на
частоту тока 440±2,5%(±11 кГц). Одной из первых и наиболее
массовых установок этой * серии ;,1 является установка типа
ВЧИ-63/0.44-ЗП-Л01, схема которой приведена на рис.* 2-20.
Анодный контур, образованный индуктивностью Ь2 и конден-
сатором С1 с регулятором мощности Ы, обладающим достоин-
ствами плавного регулирования мощности без значительного
50

1^
-380 В
тр' СП
-ГУ-Г\1
-Г>гч\}
пч
Т2 [ЛЗ
/15
/16
Цепи
управления,
защиты,
измерительные
приборы
/II
Тр1
Т
Ф« га"
-1 отг^—"
/18
: К трансформатору
накала
Рис. 2-19. Схема в. ч. э. установки ЛЗ-2-67 и ЛПЗ-2-67 для плавки и поверхностной закалки металлов

СП
-380В
Рис. 2-20. Схема в. ч. э. установки ВЧИ-63/0.44-ЗП-Л01 для поверхностной закалки

изменеиия частоты тока при 440 кГц, имеет весьма малые габариты.
Кондуктивная связь анодного контура с контуром нагрузки в виде
понижающего трансформатора с индуктором Ь5—Ь7 и секцио-
нированной конденсаторной батареей СЗ—С8 ввиду значитель-
ного его удаления осуществляется посредством высокочастотного
кабеля Ф1 типа РК-50-24-17. Необходимость секционирования
конденсаторной батареи с помощью рубильников В1—В6 воз-
никла с целью сохранения частоты тока в пределах. 440± 11 кГц
при разных параметрах подключаемых индукторов Ь7 и лучшего
согласования параметров колебательного контура нагрузки с пара-
метрами анодного контура и режимом работы генераторной
лампы.
Напряжение обратной связи для возбуждения генераторной
лампы снимается с конденсатора С2 и может плавно регулиро-
ваться перемещением короткозамкнутой индуктивности Ь4, раз-
мещенной внутри индуктивности ЬЗ. В рассматриваемой установке
управление режимом нагрева осуществляется не воздействием
на сетку генераторной лампы Ы, а изменением анодного напря-
жения, получаемого от выпрямителя, собранного по трехфазной
мостовой схеме с нулевым вентилем на тиратронах Л1—Л7. Ре-
гулирование анодного напряжения от нулевого до номинального
значения производится за счет изменения угла регулирования
управляемых тиратронов Л4—Л7.
Рассматриваемая схема обеспечивает стабильность выпрямлен-
ного анодного напряжения в пределах от 0,75 до 0,85 номинального
его значения с точностью до ±A—2)% при изменении напряжения
питающей сети в пределах ±A0—15)%. Стабилизация выпрям-
ленного напряжения может быть достигнута при любом анодном
токе, отличном от нулевого значения. Эта стабилизация, совер-
шенно'Необходимая при многократной повторяемости многих тех-
нологических процессов, достигается Посредством подачи на сетку
тиратронов Л4—Л7 напряжения от двух источников. Положитель-
ное задающее напряжение подается от кенотронного выпрями-
теля Л9 через трансформатор Тр2 и автотрансформатор ТрЗ,
питающийся от феррорезонансного стабилизатора, имеющегося
во всех высокочастотных установках с ламповыми генераторами.
Постоянная составляющая отрицательного напряжения через
кенотроны Л8 и переменная составляющая от трехфазного транс-
форматора Тр1 подаются на сетки тиратронов Л4—Л7 нестабили-
зированными и пропорциональными изменениям напряжения
сети. Поэтому с изменением напряжения сети будет изменяться
в ту же сторону и угол зажигания тиратронов Л4—Л7. Обратная
пропорциональность угла зажигания изменениям напряжения
сети и обеспечивает достаточную стабильность выходного напря-
жения.
При снятии положительного задающего напряжения вентили
управляемого каскада Л4—Л7 запираются, снимается напряжение
на аноде генераторной лампы и прекращается нагрев.
53

Совмещение всех функций выпрямлеиия, стабилизации, регу-
лироваиия и управлеиия геиераторной лампой в аиодном выпря-
мителе обеспечивает более благоприятное протекание электро-
магиитиых процессов в анодном трансформаторе и- большую на-
дежность работы всей высокочастотной установки.
Приведенные на рис. 2-18—2-20 схемы можно считать основ-
ными и для других высокочастотных установок с ламповыми гене-
раторами для индукционного нагрева при частоте тока до 440 кГц.
Существующие отдельные отклонения в применяемой аппаратуре
не имеют принципиального значения и подробно отражаются в тех-
нической документации, прилагаемой к каждой установке. С по-
вышением частоты тока возникает необходимость применения дру-
гих электрических схем, удовлетворяющих требованиям выпол-
няемых технологических процессов и имеющих наибольшую
устойчивость колебаний на основной частоте и наивысшие энер-
гетические характеристики электромагнитной системы индуктор—
нагреваемый материал. Примером может служить электрическая
схема высокочастотной, установки типа ВЧИ-63/5-ИГ-Л01
(рис. 2-21). В ней контур нагрузки образуется индуктором Ь4,
через который продувается газ, и вакуумным конденсатором СП.
После предварительной ионизации газа посредством электрической
дуги или нагретого в электромагнитном поде этого же индуктора
твердого тела газ становится электропроводящим и нагревается
непосредственно индуктированными токами.
Контур нагрузки кондуктивно связан с промежуточным
анодным контуром, образованным индуктивностью ЬЗ с регу-
лятором мощности Ь2 и конденсатором С8. Элементами анод-
ного контура являются и индуктивность обратной связи Ь5,
величина которой изменяется- посредством перемещения корот-
козамкнутой индуктивности Ь6, и конденсаторы цепи обратной
связи С9, СЮ. .
Конденсаторы С1, С2 и СЗ—С5 являются проходными и непо-
средственно замыкают высокочастотные колебания на заземленный
каркас.
Накал генераторной лампы Л9, как и во всех в. ч. э. установ-
ках, питается от феррорезонансного стабилизатора напряжения
Тр2 через промежуточный трансформатор ТрЗ. Наличие индук-
тивностей Ь7, Ь8 и конденсаторов С6, С7 в цепи накала обуслов-
ливается необходимостью предотвращения проникновения элек-
тромагнитных колебаний при частоте тока 5,8 МГц и. высших
гармонических в сеть.
Анодный выпрямитель, собранный по трехфазной мостовой
схеме с нулевым вентилем на тиратронах Л1—Л7 и запасным тира-
троном Л8, находящимся в разогретом состоянии на случай вы-
хода из строя какого-либо из основных тиратронов, отличается от
ранее описанных незначительно. Введенный анодный фильтр Ы,
С12 со всеми дополнительными элементами служит для сглажива-
ния пульсаций выпрямленного тока.
54

Цепи
управления,
измерительные
приборы
Рис. 2-21. Схема в. ч. э. установки ВЧИ-63/5-ИГ-Л01 для ионизации газа
ел
«л

Переключатель В позволяет включать анодный выпрямитель
как по трехфазной схеме с нулевой точкой анодного трансформа-
тора Тр1 в период настройки на половинное анодное напряжение,
так и по мостовой схеме выпрямления при нормальной эксплуа-
тации установки. В случае возникновения каких-либо аварийных
режимов в схеме имеется защита в цепи анодного трансформатора
посредством максимальных токовых реле Р1, Р2. При отклоне-
нии режимов работы генераторной лампы в ее анодной цепи пре-
дусмотрено реле максимального тока РЗ, а в цепи сеточного тока —
реле Р4.
Все прочие элементы схем, применяемые в высокочастотных
установках с ламповыми генераторами для индукционного на-
грева, не нуждаются в пояснениях, так как рассматриваются во
всех электротехнических курсах.
Глава третья
ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ УСТАНОВКИ
ДЛЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАГРЕВА
3-1. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
Мысли о практическом использовании энергии, поглощаемой полупровод-
никами и диэлектриками, помещенными в переменных электромагнитных полях,
высказывались еще в конце прошлого века.
Однако реальные перспективы развития этого способа нагрева различных
материалов открылись только в начале тридцатых годов настоящего столетия
с появлением возможности получения весьма высоких частот тока от ламповых
генераторов.
Наибольшую популярность нагрев полупроводников и диэлектриков в вы-
сокочастотном электрическом поле получил после Великой Отечественной войны,
особенно нагрев материалов с малой электропроводностью и теплопроводностью,
характеризующийся почти равномерным поглощением энергии по всему их объему.
Особое внимание многих организаций нашей страны привлекала возможность
ускоренной сушки таких влажных материалов, как древесина, торф, кожа, пряжа,
картоны, линейные формы и т. п. Было проведено большое количество исследова-
ний и даже организовано серийное производство высокочастотных установок.
Однако огромные энергетические затраты, исчисляемые в 2—4 кВт-ч на 1 кг
удаляемой влаги из материалов, уже к пятидесятым годам заставили прекратить
их дальнейшее производство.
С пятидесятых годов нагрев диэлектриков и полупроводников успешно при-
меняется при выполнении технологических процессов, где не приходится затра-
чивать дорогостоящей энергии высокочастотного электромагнитного поля. К та-
ким процессам можно отнести сварку изделий из пластмасс, ускорение полимери-
зации клеевых швов, подогрев порошков и таблеток при прессовании изделий из
пластмасс и некоторые другие.
За последние 20—30 лет было много попыток применения нагрева мате-
риалов в высокочастотном электрическом поле для плавки стекла, • пасте-
ризации молока, размораживания некоторых пищевых продуктов (мясо, рыба
и др.), для бакелизации изделий из карборунда и для осуществления многих дру-
гих технологических процессов. Часто эти попытки доводились до изготовления
полупромышленных установок мощностью до 100—200 кВт. Однако, несмотря
на благоприятную особенность этого метода — равномерное выделение энергии
56

по всему объему нагреваемых тел, из-за большой стоимости установок, сложности
их эксплуатации и низких общегосударственных энергетических показателей
(по условному топливу) его применение ограничено весьма небольшим числом
вышеперечисленных процессов.
3-2. ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСТРОЙСТВ
ДЛЯ НАГРЕВА ДИЭЛЕКТРИКОВ
Устройства для нагрева диэлектриков и полупроводников
в высокочастотном электрическом поле, применяемые для сушки
различных материалов, сварки пластикатов, подогрева пресс-
порошков и других технологических процессов, могут иметь су-
щественные конструктивные отличия [1]. Однако, рассматривая
эти устройства в виде блоков электрических схем в. ч. э. устано-
вок, их все можно представить в виде эквивалентных схем с соот-
ветствующими значениями электрических параметров.
Рассмотрим предварительно случай, когда нагреваемый мате-
риал заполняет все пространство между металлическими электро-
дами. Представим это устройство в виде конденсатора с емкостью С
и активного сопротивления г в последовательном или параллель-
ном их соединении. Очевидно, что для любой из этих схем общими
будут их полные сопротивления I, активная мощность Р, реактив-
ная мощность ф и {§ б = Р10,.
Для схемы параллельного соединения
р = -^- = ЛС„ар!§й; C-1)
'пар
B = ^2о>Спар; C-2)
-ёб= ', , C-3)
а для схемы последовательного соединения
Р = ^соСпосл-г^; C-4)
<г°с/'гПоМ(!+^); C)
1ёб-=о)Спослгпосл. C-6)
Соотношения между электрическими параметрами этих двух
эквивалентных схем оказываются следующими:
--пар 1 + 1д-б ' \ '
'"пар == ''поел I "Т" (д2б ) " C_°)
Зависимости отношений Спосл/Спар и гпосл/гпар от 1§ б нагре-
ваемого материала показаны на рис. 3-1, из которого видно, что
при {§ б = 0,3-г-0,5 емкость Спосл я=* Спар. Если же нагреваемый
57

материал относится к группе полупроводников и, следова-
тельно, имеет г§ б 5э 0,5-*-1,0, емКость конденсатора становится
условной величиной, зависящей от выбора эквивалентной
схемы.
При значениях 1§ б = 5-т-10 материал приближается к группе
проводников элеКтричесКого тоКа, и гпосл *=& гпар. Принимая
во внимание эквивалентные схемы и реальные условия эксперимен-
тального измерения, общие вы-
ражения электрических парамет-
ров устройств для диэлектриче-
ского нагрева материалов можно
записать с учетом удельного объ-
емного сопротивления ру, абсо-
лютного еа или относительного е
значения диэлектрической прони-
цаемости
у9 а
■20
■18
-16
-П
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
■12
0,5 \-Ю
0Л
0,3\6
0,2
0,1
"?
а
ЬдЬ
е = е0е =
= 4я-9-10-
C-9)
и геометрических размеров 5 и Л:
0,4 0,« 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 5,2 3,61,0
Г = р
8я5
V 8
С = -"^-. C-10)
Рис. 3-1. Соотношения параметров
схем замещения устройств для
диэлектрического нагрева а =
= --'посл'<-'пар И р -= /"посл^пар в за_
висимости от х§ о
Если по последним формулам
определить г и С для схемы па-
раллельного включения, то для
схемы последовательного вклю-
чения они могут быть пересчита-
ны по соотношениям C-7) и C-8).
Когда нагреваемый материал неполностью заполняет простран-
ство между электродами или когда приходится учитывать краевые
эффекты при определении емкости, формулы для эквивалентных
значений параметров несколько усложняются.
Приведенные выше формулы в практике проектирования и
эксплуатации различных устройств для нагрева диэлектриков
и полупроводников в электрическом высокочастотном поле в от-
личие от их использования для расчета обычиых Конденсаторов
являются толысо ориентировочными. Они не учитывают емКости
между электродами устройств относительно окружающих кон-
структивных элементов. Физические свойства нагреваемых ма-
териалов е и 1§ б, 1саК правило, определяются со зиачительиыми
погрешностями. Зависимость этих свойств от влажности, тем-
пературы, частоты тона, напряженности поля при часто встре-
чающейся неопределенности геометричесгах соотношений нагре-
ваемого материала в межэлекгродном простраистве заставляет
уделять большое виимаиие экспериментальиым исследоваииям
процессов иагрева диэлектриков и полупроводииков в высоко-
частотном электрическом поле.
5а

3-3. ИЗМЕНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК УСТРОЙСТВ
ДЛЯ НАГРЕВА ДИЭЛЕКТРИКОВ
При изучении и эксплуатации установок для нагрева диэлек-
триков и полупроводников в электрическом высокочастотном
поле, так же как: и установоК для индукционного нагрева, необ-
ходимо учитывать изменение всех их
характеристик за какой-либо техно-
логический цикл.
Из формул C-1)—C-8) очевидно,
что при допущении постоянства на-
пряжения V и частоты тока со из-
менение всех характеристик будет
происходить за счет изменения па-
раметров г и С, зависящих от ди-
электрической проницаемости е и
тангенса угла поглощения х§ б на-
греваемого материала.
Основным энергетическим пока-
зателем устройств для нагрева ди-
электриков и полупроводников яв-
ляется подводимая к ним мощ-
ность Рп, определяемая теоретически
необходимой энергией для осущест-
вления -технологического процесса,
термическим т]ь электричесшш т)э
к. п. д. устройств и временем осу-
ществления процесса т:
Р*=л^ = """Г' C"П)
Определение теоретически необходимой энергии ЦРТ особенно
важно при практическом осуществлении энергоемких процессов
сушки:
м
^т - -у-—Г [(с + сн) (/к -У + (ия - ьк) (д + *)], C-12)
где М — масса материала, кг; Vн и VК — соответственно началь-
ная и конечная влажность материала, выраженная в долях еди-
иицы; с —- удельная теплоемКость абсолютно сухой массы' ма-
териала; /н и ^ — соответственно начальная и конечная темпе-
ратура материала при сушке, °С; <7 — скрытая теплота парооб-
разования воды при температуре сушки; к —удельная энергия
на преодоление гигроскопической связи влаги с материалом.
На рис. 3-2 приведены зависимости удельного значения щ
от разности между начальной ун и конечной г»к влажностью ма-
териалов.
С целью увеличения т], посредством уменьшения т поглощае-
мая материалом мощность Ри может быть увеличена согласно
квт-ч
9.00
800
700
Б00
500
400
300
200
то
20 40 60 80 100 %
Рис. 3-2. Теоретически необхо-
димый расход энергии Ч^т в
зависимости от разности отно-
сительных значений влажности
чн — ок при сушке материалов
/ — фарфор, глина огнеупорная;
2 — картон; 3 — пряжа; 4 — кожа
(в кВт- ч/т); 5 — дуб; 6 — сосна
(в кВт-ч/м3)
™Т- -у
-+- %г
-а
У-А*
■/№■
-ЯЖ*5
Ж$7\
Л-7.^6
Йй
^К$
ш^
АХ/
-Л&
ш?
-А?
ж
4*
7 Щ-У*
59

формуле C-1) только посредством увеличения подводимого к ма-
териалу напряжения V или частоты тока со.
Очевидно, что повышение напряжения невозможно до того пре-
дела 1/макс, при котором возникнет искрение в нагреваемом ма-
териале или электрический пробой межэлектродного простран-
ства. Величина Имйкс устанавливается в зависимости от допусти-
мого значения напряженности электрического поля:
*-доп ~ ~д <-. 2 ~ -^макс- C-13)
Во избежание случайных явлений, вызывающих электрический
пробой или искрение в материале, необходимо принимать
Ядоп<@,5-ьО,7)Ямакс. C-14)
В реальных производственных условиях нагрева диэлектри-
ков и полупроводников в электрическом высокочастотном поле
величина пробивной напряженности электрического поля Емакс
зависит от очень многих факторов [1].
Следовательно, ускорение процессов нагрева материалов по-
средством увеличения удельной объемной мощности ру возможно
только путем увеличения частоты тока:
ру = 2пЕ1оп{еа{%8. C-15)
Основные изменения всех электрических параметров и энерге-
тических характеристик устройств для диэлектрического нагрева
обусловливаются изменением диэлектрической проницаемости е
и тангенса угла поглощения 1§ б нагреваемых материалов [1].
Совместный учет изменений допустимой напряженности элек-
трического поля Ети, выбранной частоты тока /, а также физи-
ческих свойств нагреваемого материала е и {§ б позволяет найти
в каждом конкретном случае оптимальные технические условия
для проектирования и эксплуатации в. ч. э. устройств для на-
грева диэлектриков и полупроводников.
3-4. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ УСТАНОВОК
ДЛЯ НАГРЕВА ДИЭЛЕКТРИКОВ
К настоящему времени серийный выпуск рассматриваемых
установок производится только для осуществления таких техно-
логических процессов, которые оправдываются технико-экономи-
ческими показателями. В табл. 3-1 приведены основные типы вы-
сокочастотных установок, намеченные к серийному производству
на текущее пятилетие.
Установка типа ЛД 1-0,6 предназначена в основном для на-
грева в высокочастотном электрическом поле таблетированных
пресс-порошков перед прессованием пластмассовых изделий. Этот
тип установок является наиболее массовым, так как при незначи-
тельных энергетических затратах позволяет в несколько раз
60

Таблица 3-1
Основные типы высокочастотных установок для нагрева диэлектриков
Технические данные
Потребляемая мощность
от сети, кВ»А ....
Номинальная колеба-
тельная мощность, кВт
Напряжение, В . . .
Рабочая частота (номи-
нальная), МГц . • .
Габаритные размеры,
мм:
по фронту
в глубину ....
Оптовая цена, руб . . .
со_
о"
^
СС
Ч
1,6
0,63
220
1
40,68
450
800
580
70
565
^
о
Ч
С
В
о
-З1
со
ч
3*
И
5,0
1,6
380/220
3
40/68
530
390
1400
225
о
Ч
Ч
о
со
со
Ч
V
ю
38,0
16
380
3
13,56
1960
1090
2000
120
4325
^
с*
ю
СМ
Ч
з-
га
43
25
380
3
27,12
10 000
1500
2010
950
г~
<м
СО
СО
СС
3*
и
по
63
380
3
27,12
176 000
1800
3100
6100
19 500
§
,Л«
Ч
ч
70
40
380
3 с нулем
13,56
1870
1780
2250
1950
о
со
см
ч
ч
105
63
380
3 с нулем
13,56
1780
1780 ■
2250
2100
3900
увеличить производительность прессового оборудования. Площадь
пластины рабочего конденсатора для размещения таблеток 150 X
Х200 мм, и наибольшее расстояние между пластинами 40 мм.
Предусматриваемая масса нагреваемых таблеток 80—170 г, и
время нагрева 30—60 с.
Установка ВЧД-1,6/40 предназначается также для нагрева
пресс-порошков при изготовлении изделий из пластмасс. При
колебательной мощности установки 1,6 кВт и частоте тока 40,68 ±
± 0,41 МГц одновременно загруженные наиболее распространен-
ные пластмассы К-15-2, К-17-2 и др. массой 0,2—0,6 кг нагреваются
до температуры ПО ± 5° С за время от 0,5 до 1,5 мин. Управление
процессом нагрева может осуществляться как автоматически, так
и непосредственно оператором. Установка, как и все другие,
имеет достаточное экранирование от радиопомех и удовлетворяет
санитарно-гигиеническим нормам по уровню допустимых напря-
женностей электромагнитных полей.
Установка ВЧД-16/13 может быть использована для нагрева
различных диэлектриков и полупроводниковых материалов в за-
висимости от входящего в ее конструкцию технологического
устройства. Однако такие технологические устройства, как прессы
или ваймы для склеивания древесины или конвейеры для сушки,
не входят в комплект поставляемых элементов установки и должны
разрабатываться самостоятельно с учетом всех характеристик лам-
пового генератора и предполагаемого технологического про-
цесса.
61

На рассматриваемой установке производится прогрев клеевого
шва (клей марки М70) площадью 10 см2 при расположении элек-
тродов перпендикулярно шву за 1,5 мин. Конструкция установки
ВЧД-16/13 выполнена в виде трех блоков: шкафа лампового гене-
ратора, высокочастотного переключателя и пульта управления".
В блоке высокочастотного переключателя размещается пневмати-
ческий привод с краном управления и индуктивностью нагрузоч-
ного контура. Блок высокочастотного переключателя позволяет
присоединять установку поочередно к двум технологическим
устаиовкам.
Технологическое устройство к ламповому генератору присоеди-
няется коаксиальными фидерами из медных труб с наружным диа-
метром 80 мм и внутренним 30 мм. Длина фидеров рекомендуется
в пределах 0,5—1,5 м.
Высокочастотная установка ВЧД-16/13 предназначена для
ускорения процессов склеивания паркета, брусьев и других из-
делий из дерева посредством подогрева до температуры полимери-
зации клеевых швов.
Установка типа ЛД2-60, как и установка ЛД1-40, отличаю-
щаяся только меньшей мощностью анодного трансформатора,
предназначена для универсального использования в зависимости
от подключаемых технологических устройств для диэлектриче-
ского нагрева в схему колебательного контура нагрузки лампо-
вого генератора. Такими устройствами могут быть камеры или
конвейеры для сушки или нагрева различных материалов (шерсть,
искусственное волокно, фанера, бумага и др.) в электрическом
поле. Технологические устройства вместе с ламповым генератором
заводом-изготовителем не поставляются и должны разрабаты-
ваться самостоятельно. Для согласования электрических пара-
метров колебательного контура нагрузки с номинальными данными
лампового генератора емкость технологического устройства с на-
греваемым материалом должна находиться в пределах 100—
1000 пФ.
Установка ЛД2-60, выполненная в виде блока питания и экра-
нированного генераторного блока, предусматривает изготовление
технологического устройства также в экранированном исполне-
нии в соответствии с существующими нормами радиопомех и
санитарно-гигиеническими.
Конструктивиые формы всех в. ч. э. установок предусматри-
вают их использование в производственных помещениях, не со-
держащих паров кислот, щелочей и токопроводящей пыли. Нали-
чие в установках газоразрядных приборов (тиратроны, газо-
троны) с ограниченным диапазоном температур их использования
заставляет ограничить и температуру окружающей среды преде-
лами от +10 до +35° С. Повышенная влажность окружающего
воздуха (более 80%) может привести к конденсации паров на
водоохлаждаемых элементах установки и к электрическому
пробою.
62

Для абсолютного большинства в. ч. э. установок с проточно-
водяным охлаждением генераторных ламп и других элементов
схем требуется давление воды на входе не менее 1,6—2 атм. Жест-
кость воды должна^быть не более 8,5 мг-экв./л, а ее электрическое
удельное сопротивление —не менее 4000 Ом-см. Если вода не
удовлетворяет этим условиям, иеобходимо применить замкнутую
систему охлаждения очищенной или даже дистиллированной водой.
В иепоередствеиной близости к в. ч. э. установкам для их пита-
ния от трехфазных сетей должен быть установлен щит с необхо-
димыми контрольно-измерительными приборами и надежной аппа-
ратурой включения и полного гарантированного отключения.
3-5. СХЕМЫ УСТАНОВОК С ЛАМПОВЫМИ ГЕНЕРАТОРАМИ
ДЛЯ НАГРЕВА ДИЭЛЕКТРИКОВ
Основное отличие схем установок е ламповыми генераторами
для нагрева диэлектриков и полупроводников обусловливается
тем, что нагреваемые материалы размещаются в емкостной ветви
колебательных контуров. Многие их отличия от аналогичных уста-
новок для индукционного нагрева определяются более высокими
частотами, применяемыми для нагрева материалов с достаточно
малыми значениями диэлектрической проницаемости и тангенса
угла поглощения.
" На рис. 3-3 приведена схема в. ч. э. установки типа ЛД1-0.6.
При ее мощности 1,6 кВ-А, потребляемой от сети, вполне оправ-
данно предусмотренное питание от однофазных сетей. Частота
тока 40,68 МГц ± 1% (±0,4068) оправдывает применение схемы
лампового генератора с общим анодом и с использованием обрат-
ной связи межэлектродных емкостей генераторной лампы Л.
Колебательный контур генератора составлен из конденсатора
переменной емкости для нагрева таблеток С2 и индуктивноетеи
Ь2 и ЬЗ с учетом межэлектродных емкостей генераторной
лампы Л.
Питание анодной цепи генераторной лампы осуществляется
от выпрямителя, собранного по однофазной мостовой схеме на
германиевых вентилях Д1—Д8. Разделение постоянной и пере-
менной составляющих анодного тока осуществляется с помощью
конденсатора С1 и дросселя Ы. Напряжение сеточного смещения
создается за счет постоянной составляющей сеточного тока через
сопротивление /?, контролируемого амперметром А2.
Режим работы установки контролируется амперметром анод-
ного тока А1. Защита генераторной лампы от перегрузок по
анодному или сеточному току осуществляется реле Р1, Р2.
Цепи управления установкой обеспечивают необходимую по-
следовательность включения всех элементов схемы.
При замкнутых контактах блокировочных колодок В2—В5,
а также штепсельных разъемов Ш поворотом пакетного выклю-
чателя В1 производится включение двигателя вентилятора М,
63

05
-" Ж. — ш
(о——о>э—о о—о о—^-
0 о 1^3—о о—о о—(^
-СКНР
Рис. 3-3. Схема в. ч. э. установки типа ЛД 1-0,6 для нагрева диэлектриков

охлаждающего генераторную лампу и все другие элементы
схемы. Одновременно включается и наКал генераторной лампы.
При замкнутых контактах конечного выключателя В7 и
блокировочной колодки В6 нажатием кнопки Кн1 через магнит-
ный пускатель Р4 включается нагрев. Прекратить нагрев можно
нажатием кнопки Кн2 или автоматически с помощью реле вре-
мени РЗ. Размыканием контактов конечного выключателя или
блокировочной колодки В6 нагрев также прекращается.
Монтаж установки, ее предварительное испытание и настройка
на оптимальный режим работы должны осуществляться в строгом
соответствии с прилагаемыми к каждой установке инструкциями
и другими техническими документами.
На рис. 3-4 приведена схема более мощной в. ч. э. установки
типа ВЧД-16/13-СД-Л01 для нагрева диэлектриков и полупровод-
ников. Ламповый генератор собран на генераторном триоде Л8
типа ГУ-45А по схеме с общим катодом и обратной связью за
счет емкостной проводимости на участке сетка—катод.
Систему колебательных контуров можно разделить на анодный
контур, состоящий из конденсатора С6 и переменной индуктив-
ности ЬЗ, которая позволяет получать требуемую частоту тока
в пределах 13,56 ± 1% МГц, и рабочий контур, куда входят кон-
денсатор переменной емкости С7, регулируемая индуктивность Ь2
и не показанный на схеме конденсатор, соответствующий ка-
кому-то технологическому устройству. Связь между анодным и
рабочим контурами осуществляется посредством конденсатора
переменной емкости С5, а согласование параметров нагрузки
с анодным контуром в процессе эксплуатации установки произ-
водится изменением емкости конденсатора С7 и индуктивности Ь2.
Изменение коэффициента обратной связи осуществляется посред-
ством переменной индуктивности Ь4.
Напряжение сеточного смещения создается за счет постоянной
составляющей сеточного тока по сопротивлению К. 10. Разделение
постоянного и переменного тока в анодной цепи осуществляется
посредством индуктивности Ы и конденсатора С4, в сеточной
цепи —посредством индуктивности Ь5 и конденсатора С8.
Накал генераторной лампы Л8 питается от нестабилизирован-
ного трансформатора Тр4 через пусковой дроссель Др, ограни-
чивающий ток накала в момент включения до номинального
значения. Питание цепей накала тиратронов анодного выпрями-
теля Л1—Л7 осуществляется через пятиобмоточный трансформа-
тор от феррорезонансного стабилизатора Тр2.
С целью защиты токоподводящих сетей от наводок высоко-
частотных напряжений вводы сделаны через проходные конден-
саторы СЗ и С9 и конденсаторы фильтра СИ и С18.
Анодный выпрямитель на тиратронах Л1—Л7 типа ТР1-6/15
собран по трехфазной мостовой схеме с нулевым вентилем с пита-
нием от анода трансформатора Тр1. Посредством переключа-
теля П1 мостовая схема анодного выпрямителя может быть
5 Заказ 1ИЗ
65

9 ? ?<--
Ш
Ь
н
о
КВ?1
I
К технологическо-
му устройству

переключена в трехфазную ехему с нулевой точкой, которая
позволяет получить половинное анодное напряжение.
Управление анодным напряжением осуществляется посред-
ством регулирования угла зажигания тиратронов Л4—Л7 соответ-
ствующим напряжением, которое подается через сопротивления
Р.1—Я4 от трансформаторов Тр5 и Трб через кенотронные выпря-
мители Л9—Л10, нагрузочные сопротивления Р5—Р.8 и кон-
денсаторы фильтров С1 и С2.
При отсутствии напряжения на трансформаторе Трб сетки
тиратронов Л4—Л7 находятся под большим отрицательным на-
пряжением и на аноде генераторной лампы Л8 напряжения нет.
Если на трансформатор Трб питание от сети подается через со-
противление Р9, то сетки тиратронов находятся под незначитель-
ным положительным напряжением и величина анодного напряже-
ния на аноде генераторной лампы составляет половину номиналь-
ного значения. Когда сопротивление %9 окажется закороченным
тумблером В8, то на аноде генераторной лампы будет номинальное
напряжение.
В схеме рис. 3-4 предусмотрено также запирание одного из
вентилей анодной группы Л1 для большей надежности снятия
выпрямленного напряжения.
Управление всей установкой предусматривает такую последо-
вательность включения всех ее элементов, которая обеспечивает
правильную ее эксплуатацию. Общее питание осуществляется
посредством рубильников В1 и В2, жестко связанных с механи-
ческой блокировкой. Пакетным выключателем В4 подается напря-
жение на стабилизатор напряжения Тр2 и автотрансформатор ТрЗ,
питающий цепи управления и трансформатор Трб. При подключе-
нии автотрансформатора ТрЗ подается напряжение на схему управ-
ления двигателем М. При подаче охлаждающей воды на генера-
торную лампу замыкается контакт струйного реле Р9 и загорается
зеленая лампа Л13.
Если на клеммной колодке между проводами 12 и 46 цепь
замкнута, то кнопкой Кн4 включается магнитный пускатель РЗ.
При этом подается напряжение на трансформатор накала Тр7,
блокируется кнопка Кн4 и подается напряжение на термобиме-
таллическое реле времени Р4. Контакт этого реле через 30—40 с
включает пускатель Р5, который своим замыкающим контактом
закорачивает пусковой дроссель Др, и на генераторную лампу
подается полное напряжение накала. Одновременно загорается
желтая сигнальная лампа Л14 и подается напряжение на кнопку
Кн5, если замкнута цепь между проводами 56 и 58 на клеммной
коло'дке.
При подаче охлаждающей воды на анодный трансформатор за-
мыкается контакт реле давления. После этого кнопкой Кнб вклю-
чается магнитный пускатель Р6, через контакты которого подается
напряжение на анодный трансформатор Тр1. При этом загорается
красная сигнальная лампа Л15. Одновременно кнопка Кнб
5*
67

самоблокируется л подается напряжеиие иа киопку Кн7, если
замкиута цепь между проводами 74 и 76 на клеммной колодке. На
выходе высоковольтного выпрямителя напряжения еще нет, так как
на сетки управляемых вентилей подано запирающее напряжение
от блока управления.
При нажатии кнопки Кн8 получает питание реле Р7, реле вре-
мени Р8 и загорается белая сигнальная лампа Л16. Одновременно
кнопка Кн8 еамоблокируетея через замыкающие контакты Р7.
Зажигание вентилей аиодного выпрямителя происходит при вклю-
чении реле Р7, через контакты которого подается напряжение на
трансформатор Трб и снимается напряжение с трансформатора
Тр4. На сетки тиратронов Л4—Л7 поступает положительное <
напряжение. С этого момента подается напряжение на анод гене-
раторной лампы Л8 и возникают высокочастотные колебания.
Выключение нагрева может производиться вручную (при по-
мощи кнопок Кн5 и Кн7) или автоматически —с.помощью реле
времени Р8 в зависимости от положения тумблера В9.
Замыкающий контакт с выдержкой времени Р8-2 и тумбле-
рами В8 и В9 служит для автоматического переключения высокого
напряжения с половинного на полное.
Возможно несколько рабочих положений тумблеров В8 и В9:
1. Если тумблеры В8 и В9 находятся в положении «выклю- .
чено», то после включения Р7 напряжение на аноде генераторной
лампы будет равно половине номинального значения.
2. Если тумблеры В8 и В9 находятся в положении «вклю-
чено», то после включения Р7 напряжение на аноде генераторной
лампы будет номинальное. Реле времени Р8 получит питание и
через определенную выдержку времени разомкнет размыкающий
контакт Р8-1. Реле Р5 обесточится.
Одновременно на сетках тиратронов Л4—Л7 будет отрицатель-
ное напряжение и на аноде генераторной лампы напряжения не
будет.
3. Если тумблер В9 включен, а"тумблер В8 выключен, то после
включения В8 напряжение на аноде генераторной лампы будет
равио половиие номинального значения. Через определенную
выдержку времени замыкающий контакт реле времени Р8-2
замкнется, зашунтировав сопротивление Р9. После этого на
аиоде генераторной лампы напряжение будет равно номиналь-
иому. Сиятие высокого напряжения с анода генераторной лампы
произойдет автоматически с помощью размыкающего контакта
реле времени Р8-1.
4. Если тумблер В9 выключен, а тумблер В8 включен, то после
включения В8 напряжение на аноде генераторной лампы будет
равно номинальному значению. Снятие высокого напряжения
с анода генераторной лампы производится вручную с помощью
кнопки Кн5.
Защита цепей управления и аппаратуры установки от пере-
грузок осуществляется токовыми реле Р1, Р2, Р10 и предохрани-
68

телями Пр1—ПрЗ, а от возиикиовения статического режима
лампы —минимальным токовым реле Р9.
Пуск и остановка двигателя М, служащего для изменеиия
емкости конденсатора С7, производятся с помощью КиопоК Кн1
и Кн2. Конечные включателя В6, В7 отключают электродвига-
тель М в крайних положениях конденсатора С7, при этом соответ-
ствеиио загорается зелеиая сигнальная лампа ЛИ или Л12.
Тумблер В5 служит для переключеиия е меетиого управлеиия
приводом на дистанционное (С пульта управления технологи-
ческого устройства).
Контроль режнма работы геиератора и величииы иапряжеиий,
питающих анодную и иаКальиую цепи геиераториой лампы, про-
изводится по приборам А1, А2, V и кУ.
На клеммной колодке внешних подключений установки выве-
дены контакты ламп сигнализации, кнопок управления и тумбле-
ров с целью связи ее со схемой управления технологическим
устройством.
Среди наиболее мощных установок для нагрева в высокоча-
стотном электричесКом поле различных материалов, обладающих
свойствами полупроводниковых диэлектриков, являются уста-
новка типа ЛД1-40 и аналогичиая ей установКа ЛД2-60. Узкий
разрешенный диапазон частот тока в пределах 13,56 ± 1% МГц
обязывает использовать их только при условии подключения на-
грузки рабочего конденсатора с постоянными электрическими па-
раметрами. Это условие может быть выполнено только при нагреве
материалов с неменяющимися г и т§ б или при размещении их иа
конвейерах, Когда электрические параметры при перемениых е
и 1§ б могут быть в процессе непрерывной эксплуатации усред-
ненными.
Схема этих установок, отличающихся только колебательной
мощностью D0 и 63 кВт) и соответствующими значениями номи-
нальных мощностей аиодиых трансформаторов, приведена на
рис. 3-5.
Ламповый генератор с самовозбуждением собран на мощном
генераторном триоде типа ГУ-23А по Т-образной схеме с обратной
связью за счет емкостной проводимости лампы на участке «анод—
сетка» (схема с общим катодом). Анодное напряжение подается
на анод лампы через фильтр, собранный на трех проходных кон-
денсаторах С/, С2, СЗ и на двух индуктивностях дросселей Ы,
Ь2, обеспечивающий снижение высокочастотной составляющей
анодного напряжения до уровня, допускаемого' нормами.
Колебательный контур генератора состоит из конденсатора
переменной емкости С14, анодной индуктивности 1,4; конденса-
тора С5, закорачиваемого при необходимости шинной перемычкой
В2, коаксиального фидера и рабочего конденсатора (последние
на схеме не указаны). Согласование генератора с нагрузкой
осуществляется изменением переменной емкости конденсатора
С14, анодной индуктивности Ь4 и, в случае необходимости,
69

/Мошоэнадно)/
1&-Г0—I
со
о
а
к
о.
я
ч
те
ч
'а
о
в
о
я
я
8
о,
Ф в в
70

индуктивности нагрузочного контура (последняя на схеме не
указана).
Напряжения возбуждения, необходимые для самовозбуждения
колебаний, еоздаютея регулируемой катодно-ееточной индуктив-
ностью Ь5. Изменение величин индуктивностей Ь4 и Ь5 дости-
гается перемещением перемычек по двухпроводной лииии.
Напряжеиие сеточного смещения образуется за счет про-
текания постоянной составляющей сеточного тока по гридли-
ку Я2.
Разделение постоянной и переменной составляющих тока
в анодной и сеточной цепях обеспечивается дросселями ЬЗ и Ьб
и разделительными конденсаторами С4 и С6 соответственно.
Конденсаторы С7 и С8 служат для заземления высокочастотной
составляющей анодного напряжения. Дроссель 1.7 служит для
защиты рабочего конденсатора от попадания постоянного высо-
кого напряжения в случае пробоя анодно-разделительного кон-
денсатора С4.
Конденсаторы С9 и СЮ соответственно блокируют антипара-
зитное сопротивление ^1 и сопротивление Я2.
Напряжение накала генераторной лампы подается от трансфор-
матора Тр7 через феррорезонансный стабилизатор Тр2.
Высоковольтный анодный выпрямитель собран по трехфазной
мостовой схеме с нулевым вентилем Л7 и является одновременно
управляемым и стабилизированным. Управляемой является ка-
тодная группа вентилей Л4, Л5 и Л6, а группа вентилей Л1, Л2
и ЛЗ не управляется.
Схема обеспечивает стабилизацию выпрямленного напряже-
ния с точностью ±2% при изменении напряжения питающей
сети в пределах ± 10%. Стабилизация выпрямленного напряжения
возможна в пределах 0,7—0,85 номинального значения и может
быть получена при любом токе нагрузке, но не на холостом ходу
(при отсутствии тока нагрузки).
Схема управления и стабилизации выпрямителя построена по
следующему принципу: на сетку каждого управляемого вентиля
подаются одновременно два напряжения. Источником положи-
тельного задающего напряжения, величина которого не зависит
от напряжения сети, является выпрямитель на вентилях Д4—Д7.
На трансформатор Тр5 подается напряжение от феррорезонансного
стабилизатора Тр2 через регулируемый автотрансформатор Трб.
Источниками постоянного регулировочного напряжения, содер-
жащего отрицательную постоянную и переменную составляющие,
являются выпрямитель на вентилях Д1—ДЗ и трехфазный транс-
форматор Тр4. Так как обе составляющие регулировочного на-
пряжения получаются непосредственно от сети, их амплитуды
прямо пропорциональны сетевому напряжению, поэтому с изме-
нением напряжения в любой фазе питающей сети будет изме-
няться в ту же сторону и угол зажигания вентилей управляемого
ряда.
71

Поскольку выпрямленное напряжение и угол зажигания вен-
тилей связаны обратной зависимостью, то изменение напряжения
в сети будет компенсироваться одновременным изменением угла
зажигаиия веитилей управляемого ряда. Параметры ееточиой
цепи подобраны таким образом, чтобы уменьшение выпрямленного
напряжения за счет снижеиия напряжения сети полностью ком-
пенсировалось его увеличением за счет уменьшения угла зажига-
ния вентилей. Схема управления позволяет плавно регулировать
напряжение на выходе выпрямителя от 0 до 10,5 кВ.
Включение и выключение высокочастотных колебаний осу-
ществляется путем управления высоковольтным выпрямителем.
При выключении положительного задающего напряжения вен-
тили управляемого ряда и нулевой вентиль запираются, благо-
даря чему исчезает анодное напряжение. Тагам образом, при
включении и выключении задающего напряжения кнопкой
управления Кн5 одновременно включается и выключается
генерация.
Питание трансформаторов накала генераториой лампы и тира-
троиов высоковольтного выпрямителя (соответственно Тр7 и Тр8)
осуществляется от феррорезонаисного стабилизатора напряже-
иия Тр2. Стабилизатор представляет собой трансформатор, у ко-
торого два сердечника магнитной цепи имеют разное сечение.
На сердечнике меньшего сечения находятся резонансные и вторич-
ные обмотки. Сетевая обмотка рассчитывается таким образом, что
максимальная иидукция в ее сердечнике не превышает 1,0—1,2 Т.
Таким образом, сердечник меньшего еечения работает иа ли-
нейном участке кривой намагничивания, где пронизывающий его
магнитный поток прямо пропорционален напряжению сети. По-
этому э. д. с, наводимая в компенсационной обмотке, изменяется
пропорционально напряжению сети. Основная часть зтого потока
(за вычетом потоков рассеяния) пронизывает второй сердечник,
сечение которого выбрано таким, что магнитный поток-вызывает
его насыщение. Вследствие этого з. д. с, наводимая во вторичной
обмотке, изменяется не пропорционально напряжению сети, а по
нелииейиому закоиу.
Вторичная и компенсационная обмотки включены таким об-
разом, что э. д. с, наводимая в компенсационной обмотке, вычи-
тается из э. д. с, наводимой во вторичной обмотке. Величина
э. д. с. компенсационной обмотки подбирается с таким расчетом,
чтобы разность вышеупомянутых э. д. с. в возможном диапазоне
изменений напряжения сетн практически не изменялась.
Благодаря размещению сетевой и вторичной обмоток на раз-
личных стержнях магнитной цепи стабилизатор обладает, повы-
шенной реактивностью рассеяния. *
Для предотвращения размагничивающего действия нагрузоч-
ного тока служит так называемая резонансная обмотка, нагру-
женная на конденсатор. Этот же конденсатор увеличивает коэф-
фициент мощности стабилизатора до величины порядка 0,8.
72

Следует отметить, что трансформатор сохраняет свои стаби-
лизирующие свойства только при постоянстве нагрузки и частоты
питающего тоКа.
Цепн управления установки допускают ее включение только
в определенной последовательности, обеспечивающей правильиую
эксплуатацию генераториой лампы. Блокировки на дверях блока
питания и генераторного блока позволяют производить включение
установки лишь при закрытых дверях.
Первой операцией является подача воздушного и водяного
охлаждеиия геиераториой лампы. Рубилышк В1, жестко связан-
иый с электромехаиической блокировкой, подает иапряжение на
реле РЗ. Контакт РЗ включает магнитный пускатель Р4, через
контакты которого напряжение подается к двигателю М2 и транс-
форматору ТрЗ. После подачи воды в систему водоохлаждения
срабатывает струйное реле Р13, разрешая дальиейшие операции
включения установки.
Схемой управления предусмотрено двухступенчатое включение
накала. Первая ступень накала включается кнопкой управления
КнЗ, при этом срабатывает пускатель Р7. Включение второй
ступени накала производится автоматически после включеиия
первой ступеии через 30 с. Это время определяется термобиметал-
лическим реле Р8, которое после разогрева замыкает свой
коитакт и включает пускатель Р9, блокирующий контакт
реле Р8.
После подачи воды в анодный трансформатор и включения двух
ступеней накала замкнувшиеся контакты реле давления Р14
и пускателя второй ступени накала Р9 позволяют включить кноп-
кой управления Кн4 пускатель Р10. При этом высокое напряже-
ние подается на запертый выпрямитель.
Последней операцией является включение высокочастотных
колебаний (нагрева) посредством кнопки управления Кн5, при
этом подается напряжение на автотрансформатор Трб. Схема
управления предусматривает возможность автоматического от-
ключения нагрева при помощи реле времени Р12. При этом раз-
рывается цепь питания автотрансформатора Трб.
Управление конденсатором переменной емкости С14 осуще-
ствляется кнопками управления Кн1 и Кн2, включающими ревер-
сивный и моторный привод М1 при помощи пускателей Р5 и Р6.
Выключение установки производится в обратной последова-
тельности.
В схеме предусмотрена релейная защита от коротких замыка-
ний — реле максимального тока Р1 и Р2 в двух фазах сети, пита-
ющей анодный трансформатор. Размыкающие контакты этих реле
шунтируют кнопку Кн4 включения пускателя Р10. Защита анод-
ных и сеточных цепей высокочастотного генератора от перегрузок
и статического режима выполняется реле: Р17 — максимального
анодного тока; Р15 — максимального сеточного тока; Р16 — ми-
нимального сеточного тока.
73

Схема управления предусматривает сигнализацию лампами
Л9—Л14 всех операций включения установки.
Все прочие элементы схем в. ч. э. установок достаточно под-
робно рассматриваются в общих электротехнических курсах и спе-
циальных источниках по промышленной электронике. Более под-
робные указания об условиях монтажа, настройки на оптимальный
режим и эксплуатации каждой в. ч. э. установки даны в прила-
гаемой к ней технической документации, а специальные вопросы
режима работы генераторных ламп и расчета колебательных кон-
туров рассматриваются в следующих главах.
Глава четвертая
АНАЛИЗ РАБОТЫ АВТОГЕНЕРАТОРА
в электротермической установке
4-1. КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ АВТОГЕНЕРАТОРОВ
Ламповый генератор состоит из трех основных частей: колебательной си-
стемы, источника энергии и электронной лампы, которая регулирует поступление
энергии из источника в колебательную систему. Простейшей колебательной си-
стемой является колебательный контур, состоящий из
$ конденсатора и катушки индуктивности (рис. 4-1).
Как известно, в конденсаторе может накапливаться
электрическая, а в катушке — магнитная энергия. -Для
того чтобы сообщить конденсатору, емкость которого
равна С, некоторую энергию, его нужно зарядить электри-
чеством. Если конденсатору сообщить заряд ц, то на-
пряжение на нем будет
и = ?/С, D-1)
а энергия, поданная в него,
\Рс = \сФ. D-2)
Если через катушку, индуктивность которой равна Ь, пропускать ток «,
то магнитная энергия, которая сосредоточится в катушке, будет
1Гх.-=уИ». D-3)
Если к зажимам заряженного конденсатора присоединить катушку, то
энергия из конденсатора будет переходить в катушку. Этот переход будет сопро-
вождаться падением напряжения на конденсаторе и возрастанием тока в катушке.
Когда напряжение упадет до нуля, ток примет максимальное значение, т. е. вся
энергия контура будет сосредоточена в катушке. Далее, ток катушки, замыкаясь
через конденсатор, начинает его перезаряжать; напряжение на конденсаторе
возрастает, а ток в катушке падает. Следовательно, энергия из катушки переходит
обратно в конденсатор. Затем, после того как энергия окажется полностью со-
средоточенной в конденсаторе, начнется обратный переход энергии в катушку
и т. д.
1 ^к *
ьм Ц=
а
Рис. 4-1. Кол
тельный конт
г с
еба
74

При отсутствии потерь описанные колебания энергии происходят неогра-
ниченно долго. При этом, как показывает точный анализ, ток в контуре изме-
няется по гармоническому закону *
- = / зш (со. + ф). D-4)
Применяя обычные законы переменного тока, легко найти напряжение на
конденсаторе:
и = — V соз (со? + ф), D-5)
где Ц==1^с' ' D-6)
Заметим, что амплитуды напряжений на конденсаторе и на катушке совпа-
дают (рис. 4-1). Следовательно, наряду с D-6) можно написать
V = /со/.. D-7)
Сравнивая D-6) и D-7), найдем круговую частоту колебаний в контуре:
со = со0, где
со0 = XIV 1С. D-8)
Величина со0 называется собственной круговой частотой
контура. Она является важным параметром контура.
Как известно, наряду с круговой частотой со гармонические колебания ха-
рактеризуются частотой
/=^, D-9.)
периодом колебаний
Т = -1 = — D-9б)
/со ч '
и длиной врлны (в метрах)
л = —-—. D-9в)
Все четыре величины совершенно равноправны и легко выражаются одна
через другую.
Аналогично наряду с собственной круговой частотой вводятся понятия
собственных частоты /0, периода Т0и длины волны А0
по формулам D-9).
Согласно D-6), D-7) и D-8), реактивные сопротивления конденсатора и
катушки при собственной частоте контура совпадают по абсолютной величине.
Введем обозначение
Р = ю^=-^с- D-10а)
Сопротивление р называется волновым или характеристи-
ческим сопротивлением контура. Оно является вторым пара-
метром контура.
Подставив D-8) в D-10а), легко проверить, что
п-
D-106)
Из формул D-7), D-8) и D-106) вытекает, что волновое сопротивление контура
есть отношение амплитуд напряжения на конденсаторе или катушке контура
и тока в ием:
р=1///. D-11)
Энергии конденсатора и катушки на основании D-2), D-5), D-3) иD-4) равны:
Же -= Ус„акс сов» (со. + ф), D-12а)
75

где
где
Ус макс = "з" «/■;
^ = ^/.макс51п-((В. + ф),
^макс-4"^2-
D-126)
D-13а)
D-136)
На основании закона сохранения энергии ясно, что при отсутствии потерь
в контуре
макс —
Легко проверить справедливость последних выражений, используя D-Юб)
и D-11). Выше мы рассматривали контур, в катушке индуктивности и конденса-
торе которого не расходовалась энергия. В реальных катушках и конденсаторах
энергия всегда расходуется, превращаясь в тепло. Она расходуется на нагрев
провода, из которого сделана катушка, и диэлектрика конденсатора. Кроме того,
она расходуется в проводниках и диэлектриках (например, в экранах, каркасах,
изоляторах и т. п.), расположенных в области, где велико электромагнитное
поле, создаваемое контуром. Невозможно игнорировать, в особенности на более
высоких частотах, потери энергии на излучение в окружающее пространство.
Задача конструктора — максимально сократить эти потери.
Полезно энергия расходуется в изделии, под-
лежащем термообработке. Очевидно, что в пра-
а)
вильно сконструированном контуре полезный рас-
ход энергии должен существенно превышать потери.
-.5 с
Г
Рис. 4-2. Эквивалентная
схема реактивного двух-
полюсника с потерями:
а — сопротивление потерь
включено последователь-
но; б — сопротивление
потерь включено парал-
лельно
Рис. 4-3. Эквивалентные схемы
колебательного контура с поте-
рями
Таким образом, реальные конденсаторы и ка-
тушки представляют собой реактивные двухпо-
люсники с потерями. В эквивалентной схеме такого
двухполюсника наличие потерь учитывается введе-
нием активного сопротивления либо последовательно
с реактивным сопротивлением (рис. 4-2, а), либо параллельно ему (рис. 4-2,6).
Эти сопротивления определяются формулами:
и Я =
V
Эф
D-14)
-эф
Здесь Р — расходуемая в двухполюснике мощность; /Эф и с/Эф — эффективные
(действующие) значения тока (рис. 4-2, а) и напряжения (рис. 4-2, б).
На практике в колебательных контурах ламповых .в. ч. э. установок исполь-
зуются лишь реактивные двухполюсники с малыми потерями. Условие малости
потерь в схемах, представленных на рис. 4-2, записывается в виде
/-«*-н^-» х'2. D-15)
Величина потерь в реактивном двухполюснике обычно характеризуется так
называемой добротностью реактивного двухполюсника,
которая для схем рис. 4-2, а и б определяется равенствами:
О =111 и 0' = --4-г. D-16)
76

Добротности катушек, намотанных толстым медным проводом или трубкой,
оказываются порядка 100—300. Добротности воздушных конденсаторов обычно
превышают тысячу. Конденсаторы с диэлектриком имеют добротности порядка
нескольких сотен.
Эквивалентные схемы реактивных двухполюсников, представленные ^на
рис. 4-2, а и б, могут пересчитываться одна в другую. Этот пересчет основании
том, что сопротивления обеих схем и их добротности должны совпадать. Сравни-
вая сопротивления и добротности, легко получить:
*' = -ЧуГ-*; D-!7а)
гК = Л^-хК D-176)
В случае малых потерь (О2 > -)
х' «=> х; D-18а)
гП^х2. D-186)
Колебательный контур, составленный из реальных конденсатора и катушки
с малыми потерями, характеризуется, помимо параметров со0 и р, которые опреде-
ляются формулами D-8) и D-10а) или D-106), еще третьим параметром, который
называется добротностью контура. В зависимости от того, как
введено в контур активное сопротивление, учитывающее потери, добротность кон-
тура определяется либо формулой
С = р/г D-19а)
для схемы с последовательно включенным сопротивлением (рис. 4-3, а), либо
формулой
О = Я/р, D-196)
если сопротивление включено параллельно контуру (рис. 4-3, б).
Если схемы, представленные на рис. 4-3, а и б, эквивалентны одному и тому же
контуру, то формулы D-19а) и D-196) переходят одна в другую при пересчете
сопротивления с помощьюD-18б).
Наряду с добротностью контура вводят равноценный параметр, называемый
затуханием контура, по формуле
б = 1/Д. . D-20)
Таким образом, затухание контура есть величина, обратная добротности.
Заметим, что параметры ш0, р и б (или 6) совершенно равноценны парамет-
рам Ь, С и г и однозначно с ними связаны. Их введение целесообразно постольку,
поскольку они облегчают электрический расчет контура.
При наличии затухания ток в контуре, строго говоря, уже не будет гармо-
ническим. Как показывает точный расчет, он оказывается равным
- = V 2 Ш"" 5Ш (]/- - -?- со.*) D-21)
4
и имеет форму, представленную на рис. 4-4. Если, однако, затухание мало,
то этот ток мало отличается от гармонического.
В дополнение к параметрам, которые были рассмотрены выше, необходимо
ввести еще один параметр — так называемый коэффициент полезного
действия контура, который определяется формулой
Чк= Р РТр • <42)
-пот ~г 'пол
Здесь Рпол — мощность, расходуемая в контуре полезно; РП0Т — теряемая мощ-
ность (мощность потерь). Этот параметр показывает, какая доля всей мощности,
расходуемой в контуре, тратится полезно.
77

Активное сопротивление контура г (рис. 4-3, а) можно подразделить на со-
противление холостого хода контура гх, в котором энергия расходуется беспо-
лезно, и вносимое сопротивление гвн, обусловленное деталью, подвергающейся
термообработке. Очевидно, что в сопротивлении гвн расходуется полезная энергия.
Так как мощности Рпол и РПОт пропорциональны сопротивлениям гвн и гх
(по этим сопротивлениям протекает один и тот же ток), то
гк
■Чк =
D-23)
Аналогично сопротивлениям полное затухание контура можно представить
в виде суммы
б = 6Х + 8В„,
где
бх = Гх/р;
бвн = гва/р.
D-24а)
D-246)
D-24в)
Рис. 4-4. Ток в колебатель-
ном контуре при свободных
колебаниях
Очевидно, что
Чк =
Рис. 4-5. Виды колебательных конту-
ров: а, б и в — частные случаи;
г — общий случай
D-25а)
бх + бв:
Если выразить затухания через соответствующие
= 1/бх и Овн = 1/6вн), то получим:
_ Рх
^к — п -и Г) '
добротности (Ох =
D-256)
До сих пор мы рассматривали колебательный контур лишь с точки зрения
электромагнитных колебаний в нем. Теперь мы рассмотрим другое его важное
свойство — способность работать как фильтр.
Пусть задан любой из колебательных контуров, указанных на рис. 4-5, а, б
и в, включенный в цепь тока. Для того чтобы не останавливаться на каждом из
этих случаев в отдельности, рассмотрим представленную на рис. 4-5, г общую
эквивалентную схему. Каждое из реактивных сопротивлений ху и х2, образующих
ветви контура, представляет собой либо индуктивность, либо емкость, либо, на-
конец, последовательное соединение индуктивности и емкости.
Мы будем считать ветви контура двухполюсниками с малыми потерями, т. е.
положим (рис. 4-5, г):
Гх € 1*11 и /•- < |*-|
D-26)
Для дальнейшего необходимо вычислить результирующее, или, как его обычно
называют, эквивалентное сопротивление контура. Для
параллельных сопротивлений, как известно, можно написать
V _ -^2
21 + 2*'
D-27а)
где 2Х = г-. + /*1 и 22 = г- + 1'х2.
78

В знаменателе стоит так называемое сопротивление обхода
контура Е—21+2:2=г+1х, где г = г1 + г2 и х = хх + х2.
В силу малости потерь [см. выражение D-26)] можно приближенно записать
2хя-; }х1 и2,й ]хг. Из D-26), однако, не следует, что и для сопротивления
обхода г <^ | х | =| х1 + х21, так как хг и х2 обычно бывают разных знаков и их
сумма может даже превратиться в нуль. Поэтому можно приближенно написать
I -й ЩЬ. =- ^2_. D-276)
г-\-\х г-\-\х
Если частота, при которой рассматривается эквивалентное сопротивление
контура, совпадает с собственной частотой контура, т. е. со = со0, то х= шЬ —
— превращается в нуль. В этом случае .
соС
' х1 I = I Х2 I == Х0 И --Э = "эо>
где
Дэо = *оЛ D-28)
— резонансное сопротивление контура, равное, как показывает формула D-28),
квадрату реактивного сопротивления любой из ветвей контура при резонансе,
поделенному на активную часть сопротивления обхода контура.
Если частота питающей э. д. с. сильно отличается от собственной частоты
контура, то можно считать, что г <^ | х | , и положить 2Э«* ]хэ, где
Хэъ*ЬЪ.= *-*з . D-29)
X Х-у -\- Х2
Для дальнейшего важно подчеркнуть, что резонансное значение сопротивле-
ния 2Э (т. е. Яэо) значительно превышает его значение вдали от резонанса.
Порядок отношения э°, = * ■ оказывается равен порядку доброт-
I Хэ I т
ности контура.
Допустим теперь, что через контур (рис. 4-5, г) протекает некоторый перио-
дический ток I произвольной формы. Поскольку этот ток периодический, он, как
известно, может быть разложен в ряд Фурье, т. е. представлен в виде суммы по-
стоянной составляющей и ряда гармоник:
.= /-+/-. соз (со/ + ф-) + /2 С05 Bсо/ + ф-) + . . . D-30)
Зададимся целью вычислить напряжение, которое создается на контуре про-
текающим через него током ». Так как контур является линейной цепью, то можно
к нему применить принцип наложения, т. е. вычислить сначала напряжения, со-
здаваемые на контуре каждой из составляющих тока в отдельности, а потом все
полученные напряжения сложить. Эта сумма и будет искомым напряжением.
Для того чтобы обнаружить фильтрующую способность контура, положим,
что частота первой гармоники тока совпадает с собственной частотой контура;
другими словами, положим, что контур настроен в резонанс на частоту первой
гармоники тока, протекающего через контур. В этом случае амплитуда первой
и последующих гармоник напряжения будут равны соответственно:
1/1 = ЛЯэо: D-31а)
V» = /а I -^э ] ПРИ М = 2»о; D-316)
^з = -'з \хэ\ ПРИ '-° — Зш- и т. д. D-31в)
Выше уже отмечалось, что /?-,„ > | хэ\ при любой частоте, отличающейся до-
статочно сильно от собственной частоты контура. Отсюда следует, что амплитуда
первой гармоники напряжения, на частоту которой настроен в резонанс контур,
существенно превышает амплитуды всех прочих гармоник напряжения1. Отно-
шение И^ и к, где к = 2, 3, .... оказывается порядка добротности контура.
1 Предполагается, что амплитуды гармоник тока » различаются между собой
сравнительно мало.
79

Поэтому по сравнению с напряжением, создаваемым первой гармоникой тока,
всеми остальными напряжениями можно пренебречь. Следовательно, напряжение
на контуре оказывается практически гармоническим.
Таким образом, контур выделяет то колебание, на частоту которого он на-
строен в резонанс, отфильтровывая практически все остальные колебания, Ка-
кова бы ни была форма периодического тока, протекающего через контур, он
создает на контуре (если последний настроен в резонанс хотя бы приближенно)
практически гармоническое напряжение.
Все вышеизложенное относится к одиночному контуру. Перейдем к рассмот-
рению связанныхконтуров.
Связанными называются такие контуры, в которых энергия может перехо-
дить из одного контура в другой и обратно. Будем рассматривать только такие
случаи, кс)гда энергия передается посредством магнитного и электрического по-
лей. На рис. 4-6 приведены примеры связанных контуров. На рис. 4-6, а представ-
лены индуктивно, или трансформаторно, связанные
"за- сна
"ст "сю
Рис. 4-6. Примеры связанных контуров
С.п — емкость связи
контуры. На рис. 4-6, б изображены контуры, связанные авто-
трансформаторно. Емкостно связанные контуры пред-
ставлены на рис. 4-6, виг. Заметим, что путем преобразования треугольника
емкостей в звезду емкостей схема рис. 4-6, г приводится к схеме рис. 4-6, в.
Наконец, на рис. 4-6, дне изображены контуры со смешанными свя-
зями: трансформаторно-емкостными и автотрансфор-
матор н о-е м к о с т и ы м и.
С технической точки зрения представляет интерес решение задачи о токах
в заданных контурах, возникающих под действием заданной э. д. с. Какова бы
ни была связь между контурами, уравнения для токов могут быть записаны в виде
Ё = 11г1 + /22св; D-32а)
О = /-2СВ + /222. D-326)
Здесь 2| и 22 — сопротивления обхода контуров; 2СВ — сопротивление связи
между ними; Ё — заданная э. д. с, действующая в первом контуре.
Способ составления сопротивлений 2Ъ 22 и 2СВ для конкретных случаев
известен из курсов переменных токов.
Для уяснения процессов.в связанных контурах целесообразно, как показы-
вает опыт, ввести некоторые физические понятия: наведенную э. д. с. и
вносимоесопротивле и е.
Представим уравнение D-326) в виде
Ё„ав = Кг2, D-ЗЗа)
где
4ав = -/1-7св- D-336)
8)
г~чу
т • Г
е)
гн
V*
----=4=3
X
80

Уравнение D-ЗЗа) позволяет рассматривать второй контур системы как оди-
ночный контур, находящийся под действием наведенной э. д. с. Еаав. Эта э. д. с.
выражается формулой D-336). Абсолютное ее значение пропорционально току
в первом контуре (току в контуре, из которого наводится э. д. с.) и сопротивле-
нию связи 2СВ.
Если в уравнении D-32а) вынести за скобку /х, а отношение токов исключить,
определив его из уравнения D-326), то получим:
.5= /1B1 + 2в„), D-34а)
где
2вн = ~-414- D-346)
Уравнение D-34а) позволяет рассматривать первый контур системы как оди-
ночный контур. Влияние второго контура учитывается путем введения в первый
контур сопротивления 2ЪН. Это сопротивление называется вносимым (вто-
рым контуром) и выражается формулой1 D-346).
В тех случаях, которые нас интересуют, в частности для контуров, представ-
ленных на рис. 4-6, сопротивления связи являются практически реактивными
величинами, т. е.
--св'^/Ясв-
В этом случае
2вн = *свА. D-34в)
В дальнейшем мы будем иметь в виду только последнее выражение.
Из формулы D-34в) непосредственно вытекает, что второй контур вносит
наибольшее сопротивление тогда, когда он настроен в резонанс, так как при этом
22 достигает минимума; наибольшее вносимое сопротивление оказывается актив-
ным сопротивлением, равным
'в„-=*свЛ2. D-34г)
Если второй контур — колебательный контур, то при- отклонении от резо-
нанса вносимое сопротивление резко падает. Представляет интерес рассмотреть
в отдельности активную и реактивную составляющие вносимого сопротивления.
Положив
2*= гг+ /*- и 1§ф2 = *2/л2, D-35)
легко получить:
х2
2вН = г2 A+7^2) = "вн ° С08" Фа - ' "ИГ- 81П 2фа"
Отсюда активная и реактивная составляющие вносимого сопротивления равны
соответственно:
'-вн = ''вносо-2Ф2; D-36а)
*вн = - -^р- 81п 2<р2. D-366)
Первая из этих формул показывает, что гвн имеет максимум, равный Лвн о ПРИ
Ф1 = 0, т. е. при резонансе во втором контуре. При отклонении от резонанса
в любую сторону гвн падает. Из второй формулы легко заключить, что при резо-
нансе во втором контуре л:вн = 0 и что хвн достигает максимума, абсолютная
величина которого равна гвн0 /2 при 2ф2 = 90° или ф2 = 45°; при этом| хг\ = /V
Кроме того, видно, что знак реактивной составляющей вносимого сопротивления
обратен знаку х2.
Формулы D-36) можно переписать в виде
*св
4
га; D-37а)
1 Заметим, что сопротивление гви из D-23) является частным случаем D-346).
6 Заказ 1113
81

*вн-=—Ц-Ч\ D-376)
22
4 + хг , D-37в)
,-у-
который часто бывает удобнее для вычислений.
Колебательные системы автогенераторов могут содержать и более двух кон-
туров. Обычно для их анализа оказывается достаточно приведенных выше сооб-
ражений.
4-2. ЭЛЕКТРОННАЯ ТРЕХЭЛЕКТРОДНАЯ ЛАМПА
В мощных автогенераторах чаще всего используется трехэлектродная лампа —
триод, применительно к которому и будем вести дальнейшее изложение. Заме-
тим, что в случае, когда вместо триода используется тетрод или пентод (лампы
с четырьмя или пятью электродами), все изложенное ниже в
1а основном сохраняет силу.
Как уже указывалось, триод является одной из трех
главнейших частей генератора. Триод представляет собой
выполненный из стекла (или керамики) и металла или из
одного стекла баллон (рис. 4-7), внутри которого укреплены
три изолированные один от другого электрода: катод, сетка
и анод; в этом баллоне создан высокий вакуум (давление
порядка 10~7 мм р'1. ст.).
Катод мощного триода представляет собой вольфрамовую
нить, концы которой выведены через баллон наружу. При
пропускании достаточно большого тока нить накаливается
и начинает испускать электроны -.
Сетка и анод обычно окружают катод, причем сетка
Рис. 4-7. Схема располагается ближе к нему. Как показывает ее название,
электронной сетка имеет ряд отверстий, через которые могут проходить
лампы электроны. Как сетка, так и анод имеют выводы через стен-
ку баллона наружу.
Условимся называть анодным еа и сеточным е$ напряжения
соответственно между анодом и катодом и между сеткой и катодом. Таким об-
разом (рис. 4-7),
"а-к=еа и мй-к = еа- D8>
Под действием положительных анодного и сеточного напряжений электроны,
испускаемые катодом, приходят в движение, удаляясь от катода. Часть этих
электронов (обычно большая) проходит через отверстия в сетке и попадает на анод
лампы. Другая часть перехватывается сеткой.
Электроны, движущиеся в пространствах катод—сетка и сетка—анод,
создают катодный «к и анодный )'а токи триода. Положительные
направления этих токов (они обратны направлениюпо токов электронов) показаны
на рис. 4-7 стрелками. <>■»
Разность катодного и анодного токов, т. е. ток, образуемый электронами,
которые перехватываются сеткой, называется сеточным током:
-в='к — «а- D-39)
Его положительное направление также указано на рис. 4-7 стрелкой.
Токи в лампе являются функциями приложенных к ее электродам напря-
жений. Обычно рассматриваются функции:
*а = /(*в. «а); D-40а)
-«==-*(«*, е.). D-406)
1 За последнее время стали производиться мощные лампы с активирован-
ными катодами, способными выделять нужное количество электронов при мень-
шей температуре их нагрева.
82

Если напряжения е§ и еа изменяются настолько медленно, что за время про-
лета электронов от катода до сетки и анода их можно считать постоянными, то
токи оказываются функциями только мгновенных значений этих напряжений.
При этом зависимости D-40) называются статическими характе-
ристиками лампы. Эти характеристики определяют поведение лампы на
длинных, средних и коротких волнах. Лишь на ультракоротких волнах (УКВ)
инерция электронов также начинает влиять на работу лампы. В этой главе мы не
будем учитывать инерции электронов.
Статические характеристики лампы приводятся в справочниках по лампам
в виде графиков либо в координатах е$, 1а и е§, ц для ряда фиксированных зна-
чений еа, либо в координатах еа, [а и еа, «^ (е§— параметр).
При отрицательном напряжении на сетке сеточный ток весьма мал, и им
обычно можно пренебречь. При положительном напряжении на сетке сеточный ток
остается малым до некоторого критического значения сеточного
напряжения е%кр, которое оказывается тем больше, чем больше анодное
напряжение. При ей>е§кр сеточный ток сильно возрастает, причем оказывается
тем больше, чем больше разность е% — "йкр-
Область напряжений е% и еа, внутри которой сеточный ток либо равен нулю,
либо мал, называется областью недонапряжений (е§< е§кр).
Область большого сеточного тока называется областью перенапря-
жений (е§^> -'йкр)- Граница между этими областями, очевидно, условна.
Если лампа работает в некоторой схеме, в частности в схеме автогенератора,
то сеточное и анодное напряжения оказываются функциями времени. Исключив
время, можно выразить сеточное напряжение через анодное е& = ф (еа) или на-
оборот: еа — г|з (е§).
Еели из выражения «а = / (е%, еа) исключить еа, т. е. написать !а =
= / [е§, г|з (е§) ], то получится динамическая характеристика лампы в координа-
тах ей, 1а. Аналогично можно получить динамическую характеристику лампы
для сеточного тока: »г = Р [е§, -ф (е$)].
Еели исключить сеточное напряжение, то получатся динамические характе-
ристики лампы для анодного и сеточного токов в координатах еа, 1а и еа, »<-.
Заметим, что любая из динамических характеристик определяет все осталь-
ные при условии, что заданы статические характеристики лампы.
Если динамическая характеристика (любая) располагается целиком в обла-
сти недонапряжений, то режим работы лампы называется недонапряжен-
н ы м. Он называется перенапряженным, если динамическая характе-
ристика хотя бы частично заходит в область перенапряжений. Наконец, в случае,
когда динамическая характеристика лишь доходит до границы области перена-
пряжений, имеет место критический (граничный) режим.
До сих пор мы исходили из предположения, что в лампе один лишь катод
испускает электроны. В действительности это не всегда так. Наблюдается так
называемый динатронный эффект сетки и анода. Этот эффект заключается в том,
что электроны, падающие на сетку или анод с достаточно большой скоростью,
выбивают из этих электродов вторичные электроны, чиело которых может в не-
сколько раз превышать число первичных электронов.
Наибольшее число вторичных электронов выбивается при вполне определен-
ной скорости первичных электронов. Как при уменьшении, так и при увеличении
скорости относительно указанной динатронный эффект проявляется слабее.
Если потенциал электрода, из которого были выбиты вторичные электроны,
выше потенциалов других электродов, то эти электроны возвращаются назад.
Так протекает обычно динатронный эффект анода. В этом случае он практически
не проявляется.
Еели же потенциал электрода, из которого выбиты вторичные электроны,
ниже потенциала окружающих электродов, то вторичные электроны направляются
к другим электродам, образуя так называемый динатронный ток. Так
обычно протекает динатронный эффект сетки.
Динатронный ток направлен обратно сеточному току и, еледовательно, вы-
читается из него. В результате сеточный ток при увеличении сеточного напряже-
ния может не только перестать расти (рис. 4-8, а), но и начать падать (рис. 4-8, 6)
и даже переменить направление (рис. 4-8, в).
6*
83

' -Динатронный эффект, как будет выяснено ниже, может оказать существенное
(обычно вредное) влияние на работу автогенератора.
Наряду с динатронным эффектом весьма вредное влияние на работу триода
оказывает так называемая термоэмиссия сетки. Это явление возникает
в тех случаях, когда электроны, движущиеся к сетке, обладают большими ско-
ростями и, следовательно, большой кинетической энергией. При падении этих
электронов на сетку их кинетическая энергия превращается в тепло, и сетка на-
гревается. Такая электронная бомбардировка может настолько сильно повысить
температуру сетки, что последняя начинает эмигрировать электроны.
Большая часть электронов, эмиттированных катодом, проникает сквозь
сетку и движется,набирая скорость, к аноду. Поэтому анод бомбардируется элек-
тронами значительно интенсивнее, чем сетка. Мощность, которую может рассеять
без вреда для лампы ее анод, зависит от его размеров, конструкции и материала.
Эта мощность обычно задается в паспорте лампы.
В лампах небольшой мощности анод рассеивает тепло путем лучеиспускания
и отчасти теплопроводности и конвекции в окружающющее пространство.
Рис. 4-8. Влияние динатронпого эффекта на сеточный ток:
а — динатронный эффект выражен: а — слабо; б — средне;
В мощных лампах анод принудительно охлаждается водой или воздухом.
В лампах, охлаждаемых водой, анод представляет собой медный цилиндр, сва-
ренный со стеклянным баллоном. На этом баллоне крепятся сетка и катод. К аноду
приварен фланец, служащий для крепления лампы. Необходимо заметить, что
место сварки меди и стекла (оно обычно окрашено в красный цвет) весьма хрупко;
чтобы лампа не вышла из строя, до этого места нельзя дотрагиваться руками.
При переносе лампу следует брать за анод или за фланец.
Медный анод помещается в специальный бачок, с которым он соединяется
с помощью фланца так, что образуется водонепроницаемая замкнутая система.
В бачке имеются отверстия для ввода и вывода воды. Вода вводится в бачок снизу
с таким расчетом, чтобы бачок всегда был заполнен ею. Так как анод обычно нахо-
дится под высоким напряжением относительно земли, воду необходимо подво-
дить и отводить через трубки из изоляционного материала, например резины,
стекла, фарфора и т. д. Длина этих трубок должна быть такой, чтобы ток утечки
через воду был достаточно мал.
Если лампа охлаждается воздухом, то на ее анод (он выполнен так же, как
в случае охлаждения анода водой) надевается радиатор, через который и проду-
вается воздух.
Помимо анода в мощных лампах охлаждаются водой или воздухом выводы
сетки и катода, а также и баллон лампы.
4-3. ГАРМОНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТОКОВ В ЛАМПЕ
Схема триодного автогенератора в самом общем виде может быть
представлена так, как показано на рис. 4-9, а.
Трехполюсная цепь Т, подключенная к триоду (она обычно
называется анодной нагрузкой), состоит из индуктив-
ностей, емкостей и активных сопротивлений. Она, кроме того,
84

содержит источники питания лампы. Конкретный пример такого
трехполюсника представлен иа рис. 4-9, б.
Заметим, что электроды лампы можно рассматривать как об-
кладки небольших конденсаторов. Емкости этих конденсаторов
Са.е, Сй.к и Са-к называются межэлектро д н ы м и емко-
стями лампы. В особенности на коротких волнах они могут су-
щественно повлиять на работу триода. Часто оказывается необхо-
димым принимать во внимание и индуктивности выводов электро-
дов лампы. На рис. 4-9, а эти емкости и индуктивности отнесены
к трехполюсной цепи.
Если автогенератор работает устойчиво, то он, очевидно, гене-
рирует периодические колебания определенной формы. Такие коле-
бания, как известно, можно разложить в ряд Фурье, т. е. в ряд
д)
а
г . «
I—лх$\1\1[1*
Рис. ,4-9. Схема триодного автогенератора: а — в самом
общем виде; б — конкретный пример
гармонических функций вида D-30). Будем считать, что нагрузка
триода обладает резонансными свойствами (наподобие колебатель-
ного контура) и что она настроена в резонанс на частоту первой
гармоники генерируемых колебаний. В этом случае переменные
напряжения на трехполюснике, а следовательно, и на электродах
триода можно считать гармоническими функциями времени. Это
допущение лежит в основе упрощенного инженерного метода
расчета ламповых генераторов.
В этой главе, основываясь на указанном допущении, мы будем
считать, что сеточное и анодное напряжения выражаются форму-
лами:
ее = Ег-\-1/есо$Ы; D-41а)
еа = Еа — {/созюг. 4 D-416)
Здесь Ее и Еа — постоянные составляющие напряжений е& и еа;
1/е и II — амплитуды их переменных составляющих; ю — круговая
частота, на которой работает генератор. Величина Е& называется
напряжением смещения, а е&„ = 1/е соз со^ — на-
пряжением возбуждения лампы. Величина Еа —
напряжение анодного питания иеа~= {/соз со*—
колебательное напряжение лампы.
В основе D-41) лежит еще одно важное допущение о том, что
переменные напряжения на аноде и на сетке противофазны
85

(т. е. изменяются со сдвигом фаз, равным 180°; на это указывает
знак минус в D-416). Ниже будет показано, что это допущение
обычно выполняется с достаточной для практики точностью.
Располагая статическими характеристиками лампы и напряже-
ниями е-иеа(т.е. считая, что заданы Е8,II е, Еа, II), легко построить
динамические характеристики лампы га = ф (и&) и 1& = 1р (ие).
Порядок построения следующий.
Если имеются статические характеристики лампы в координа-
тах ее, <а и ее, /й, то следует, исключив из D-41) сов со^, выразить ее
через еа:
её = Е8 + -^Еа--^-еа. D-42)
Задаваясь напряжениями еа, указанными на статических ха-
рактеристиках лампы, нужно, пользуясь D-42), вычислить е6.
Точки еа, ей, построенные в заданной системе координат статиче-
ских характеристик, дадут искомые динамические характеристики
-а = Ф (««) и Н = Ф («*)•
Для примера вычислим эти характеристики при Еа = 10 кВ,
Ее = —0,1 кВ, IIе = 0,9 кВ и V = 9 кВ. Выражение D-42) примет
вид: е& -= 0,9 — 0,1еа. Вычислив по этой формуле величины ее,
соответствующие выбранным значениям еа, найдем по статическим
характеристикам токи /а и 1&. Результаты сведем в таблицу.
еа, кВ
ее, кВ
-а, А
«е. А
10
-0,1
2
0
8
0,1
8,5
0,05
6
0,3
17
1
4
0,5
27
3,5
2
0,7
36
10,05
1
0,8
35
18,5
Если имеются характеристики в координатах еа, 1а и еа, 18, то
целесообразно задаваться напряжениями е&, указанными на харак-
теристиках лампы, и определять еа по формуле
еа = Еа + -^Ее--^её, D-43)
вытекающей из D-42). Затем составляется таблица, аналогичная
приведенной выше.
В зависимости от конкретных значений Еа, И, Ее и 11е динами-
ческая характеристика анодного тока га = ср (ее) или г'а = / (еа)
может либо оказаться близкой к прямой (рис. 4-10, кривая 1), либо
иметь в верхней части загиб (рис. 4-10, кривая 2). В первом случае
режим работы автогенератора называется недонапряжен-
86

н ы м, а во втором — перенапряженным. Граница
между этими режимами точно не определена.
В граничном (критическом) режиме динамическая
характеристика еще остается приблизительно прямолинейной.
Во всех режимах га и 1е — одно-
значные функции ей и еа. Так как
последние выражаются формулами
D-41), т. е. являются четными
функциями времени, то токи га и гй
также будут четными функциями
времени и выразятся рядами Фурье,
содержащими только косинусы:
-а = -*а0 + -"а1 С05 СО* + /а2 С05 2о)* -| ;
D-44а)
/й = 1е0 -}- /.-созсо^ -4- /ё2соз2со^ -(-•••.
D-446)
Если входящие сюда коэффициенты Фурье /а0, /а1, . . ., 1&0, /а1>. . .
известны, то легко можно найти все энергетические соотношения
в генераторе. Это будет показано в следующем параграфе.
Рассмотрим разложение тока /а в ряд Фурье в случае прямоли-
нейной динамической характеристики. На рис. 4-11 представлена
Рис. 4-10. Различные формы
динамических характеристик
Рис. 4-1.1. Диаграмма работы мощного генератора: а — динами-
ческая характеристика; б — сеточное напряжение; в — анодный
ток
диаграмма работы лампы в этом случае. Эта диаграмма составлена
из трех систем координат. В координатах ее, г'а построена динами-
ческая характеристика (в данном случае прямая линия). В коор-
динатах I, е& (ось времени I является продолжением оси тока 1а)
построен график сеточного напряжения (рис. 4-11, б). Оси ев коор-
динат е&, га и /, е& совпадают.
87

Справа расположена система координат /, /а, ось / Которой
является продолжением оси ее. В этой системе координат строится
кривая анодного тока каК функция времени. Для примера на этом
рисунке показано, как найти значение тока /а1, появляющегося
в момент времени 1Х. Нужно двигаться по штриховой горизонтали
от точки / на оси времени в координатах /, е& к точке 2, располо-
женной на графике напряжения ее; затем по штриховой верти-
кали — до точки 5 на динамической характеристике и далее по
горизонтали, проходящей через точку 3. Искомая точка 4 лежит
на пересечении этой горизонтали и перпендикуляра, восстановлен-
ного из точки /- на оси времени в координатах /, /а. Аналогично
могут быть построены остальные точки.
Из рис. 4-11 легко заключить, что импульсы анодного тока
в случае прямолинейной динамической характеристики имеют ко-
синусоидальную форму. Анод-
Ш,0)
-120-90
-20°0 20
Ж120° ш1
Рис. 4-12. Импульсы анодного тока
при разных углах отсечки
/ — при в = 20°; 2 — при в = 90*;
3 --- при 9 = 120'
Если выразить А я В через /а.
будет записать в виде
К = I
где
ф(со/, 0) =
ныи ток, следовательно, можно
записать в виде
1а = А + В соз со*.
Здесь А и В— некоторые по-
стоянные. Отсюда, имея в виду,
что 1а = /а
найдем
-а макс
Угол со/ = 0, при котором
анодный ток превращается в
нуль, называется углом
отсечки этого тока. Оче-
видно, что
1а = А + В С05 0 = 0.
макс и 0, то анодный ток можно
при соз (ь1 — 1,
= А + В.
а.максфИ. 9).
С03й)<—'С0$6
1 — соз е
при соз со/^ соз 0;
D-45)
D-46а)
ср (со/, 0) =0 при соз со/ < соз 0. D-466)
Здесь учтено, что анодный ток не может принимать отрицательных
значений. Угол отсечки 0 может принимать значения от 0 до 180°.
На рис. 4-12 изображены функции ср (со/, 20°), ср (со/, 90°) и
Ф (со/, 120°). Чем ближе 0 к 0, тем более узким оказывается им-
пульс анодного тока.
И Для дальнейшего необходимо разложить анодный ток в ряд
Фурье. Четная функция ф (со/, 0) представляется рядом Фурье
вида
Ф (со/, 0) = а0 + а-, соз со/ + аг соз 2со/ + • • • D-47)
88

Коэффициенты А. И. Берга
Таблица 4-1
С08 6
' -1,0
—0,9
—0,8
-0,7
—0,6
-0,5
-0,4
—0,3
-0,2
0,1
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0,996
0,985
0,966
0,940
0,906
е»
180°
154° 10'
143° 10'
134° 25'
126° 50'
120°
113° 35'
107° 30'
101° 30'
95° 45'
90°
81° 15'
78° 30'
72° 30'
66° 25'
60°
533 10'
45° 35'
36° 50'
25° 50'
0
5°
10°
15°
20°
25°
«0
0,500
0,479
0,459
0,441
0,423
0,406
0,389
0,371
0,354
0,336
0,318
0,300
0,281
0,261
0,240
0,218
0,194
0,167
0,136
0,095
0,000
0,018
0,036
0,055
0,074
0,093
а,
0,500
0,516
0,527
0,533
0,536
0,536
0,534
0,529
0,522
0,512
0,500
0,485
0,467
0,446
0,421
0,391
0,356
0,313
0,260
0,187
0,000
0,037
0,073
0,110
0,146
0,181
а-
0,000
0,009
0,025
0,045
0,068
0,092
0,117
0,142
0,166
0,190
0,212
0,232
0,249
0,263
0,272
0,276
0,272
0,257
0,229
0,176
0,000
0,037
. 0,073
0,108
0,141
0,171
а-
0,000
—0,008
—0,025
—0,032
—0,041
—0,046
—0,047
—0,042
—0,033
—0,019
0,000
0,023
0,050
0,079
0,109
0,138
0,163
0,180
0,183
0,158
0,000
0,037
0,073
0,104
0,132
0,155
1,000
1,079
—1,146
1,208
1,266
1,321
1,374
1,425
1,475
1,523
1,571
1,617
1,662
1,707
1,751
1,794
1,836
1,877
1,919
1,960
2,000
2,00
2,00
1,99
1,97
1,96
1
— = «,х
а1
ХA-
— соз 9)
1,000
0,981
0,949
0,906
0,858
0,805
0,748
0,688
0,626
0,564
0,500
0,436
0,374
0,312
0,252
0,196
0,142
0,094
0,052
0,019
0,000
0,0001
0,0001
0,0038
0,0088
0,0170
89

Коэффициенты а о, а-, а2, . . ., называемые коэффициен-
тами Берга, являются функциями угла отсечки. В табл. 4-1
приведены значения этих коэффициентов в зависимости от соз Э.
Располагая рядом Фурье D-47), легко получить искомый ряд
Фурье D-44а).
Учитывая D-45) и D-47), можно написать
-а0~
■а!"
'а. макс^О)
'а. макс°-1>
D-48а)
D-486)
1<Л = -"а. макса2 И Т. Д.
D-48в)
Таким образом, в рассматриваемом случае (прямолинейная
динамическая характеристика) для разложения анодного тока
в ряд Фурье требуется знать
лишь максимальное значение
анодного тока и его угол от-
сечки 0.
Эти данные легко получить
из рис. 4-11. Максимальный
ток 1а. макс находится непосред-
ственно. Для определения соз 0
заметим, что напряжение е&в,
при котором г'а обращается в
нуль, может быть найдено из
D-41а), если там положить
со* = 0:
Рис. 4-13. Определение угла отсечки
по динамической характеристике в
координатах еа, 1а
Отсюда
СО3 0 =
-?яв = -""*'т-г/«с08в-
еев — Е&
Из рис. 4-11 видно, что ее0 — Ее = АБ и V&
тель-но,
г. АБ
С059=-ж-'
D-49)
АВ. Следова-^
D-50)
причем АБ и АВ могут быть выражены, например, в миллиметрах.
Следует обратить внимание на знак отрезка АБ. Если точка Б
расположена правее Л.тоЛБ >0и9 < 90°. В противоположном
случае АБ < 0 и 0 > 90°.
До сих пор мы рассматривали динамическую характеристику
в координатах е&, г'а. Аналогично используется динамическая харак-
теристика в координатах ее, г'а. На рис. 4-13 в координатах еа, г'а
построена указанная (спрямденная) характеристика. На этом
рисунке отмечен ток /а. макс. Для отыскания соз 0 заметим, что
анодное напряжение еа9, при котором анодный ток исчезает, может
быть найдено из D-416):
еав = Еа — 1!со$0.
90

Отсюда
с05е= Е*^е*в
D-51)
Из рис. 4-13 видно, что Еа — еа9 = МЫ и V = М1. Следова-
тельно,
МИ
СО5 0:
Отрезки МЫ и МЬ могут
быть выражены в любых
единицах, например в мил-
лиметрах. Если Еа > еае, то
МЫ > 0 и 6 < 90°; если
Еа < еав, то МЫ < 0 и
6 > 90°.
Рассмотрим теперь слу-
чай, когда динамическая ха-
А,
МЬ
D-52)
едмакс
Рис. 4-14. Кусочно-линейная ап-
проксимация динамической харак-
теристики сложной формы
1а. макс/
I о. мака
Рис. 4-15. Разбиение сложной динами-
ческой характеристики рис. 4-14 на
четыре прямолинейные характеристики
рактеристика существенно отличается от прямой линии. Пусть
она изображается кривой, представленной на рис. 4-14. Аппрок-
симируем эту характеристику отрезками прямых, как показано
на этом рисунке. Заметим, что аппроксимация оказывается тем
точнее, чем больше отрезков использовано. При этом, однако,
увеличивается трудоемкость вычислений.
На примере рис. 4-14 покажем, как производится разложение
в ряд Фурье в этом сложном случае.
Продлим выбранные отрезки прямых до пересечения с верти-
калью ееиакс. Легко проверить, что заданная динамическая ха-
рактеристика (рис. 4-14) может быть представлена в виде алгебраи-
ческой суммы четырех прямолинейных динамических характери-
стик, изображенных на рис. 4-15.
91

Так как каждой из прямолинейных характеристик соответствует
косинусоидальный импульс тока, то результирующий сложный
импульс анодного тока представится в виде суммы косинусоидаль-
иых импульсов. Разложив каждый из этих импульсов в ряд Фурье
и просуммировав эти ряды, найдем ряд Фурье результирующего
тока. Расчет удобно свести в следующую таблицу.
Номер
участка
1
2
3
4
АБц, мм
С08 8дг =
= АБм/АВ
ОСо
а,
'а. макс ЛГ
7аоЛГ
-а о
'ахЛГ
17х
Отрезки АБн, АВ и токи -а. макс# снимаются с диаграммы
(рис. 4-14). Значение соз Э вычисляется по формуле D-50). Коэффи-
циенты Берга находятся из табл. 4-1. Токи 1а оы и /а 1Л- вычисляются
по формулам D-48). Искомые токи
4 4
-"а0= Ц| -'аОЛГ и 1*1 = -1) -"аШ- D-53)
При суммировании необходимо учитывать знаки слагаемых.
Аналогично находится ряд Фурье сеточного тока.
Если заданы динамические характеристики в координатах еа, »а
и еа, 1е, то вычисление коэффициентов Фурье производится анало-
гично.
4-4. УПРОЩЕННЫЙ АНАЛИЗ РАБОТЫ
АВТОГЕНЕРАТОРА
В основу анализа положим уже использованное выше допуще-
ние о сеточном и анодном напряжениях, выражаемое формулами
D-41).
Полагая, что уже по D-53) вычислены постоянные составляю-
щие /а0 и /й0 и амплитуды первых гармоник /а1 и 1^ анодного и се-
точиого токов, можно вычислить все показатели, характеризующие
работу автогенератора.
Главными показателями являются колебательная
(полезная), выделяемая в колебательной системе мощ-
ность и коэффициент полезного действия
(к. п. д.) генератора.
Так как мы считаем, что напряжение на нагрузке генератора
(на его колебательной системе) — гармоническое, то колебатель-
ная мощность
Р_=--^-(Яа1С05ф.
D-54)
92

Здесь <р — угол сдвига фаз колебательного напряжения и первой
гармоники; анодного тока. Обычно этот угол блнзок к нулю (со-
противление анодной нагрузки практически активно), и потому
Р~ = ±ШЛ. D-55)
Подводимая в анодную цепь лампы мощ-
ность Р0 беретея из источника анодного питания с напряжением
Еа. Эта мощность
Р о = -2о/.о- D-56)
Разность Р0 — Р„ является мощностью Ра, расхо-
дуемой на нагрев анода:
Р. = Ро-Р~. D-57)
1 Т
Потери мощности на сетке лампы равны Ра = -=- Г ее1е (И,
где Т — период колебаний. Если /ё и е& выражаются соответственно
формулами D-446) и D-41а), то при условии, что Ее < 0, которое
практически всегда выполняется,
Ре=4" Щ«+V*. = т ^ -1 ^ IV D8>
Из этой формулы вытекает, что мощность в сеточную цепь до-
ставляется источником напряжения возбуждения. Эта мощность
расходуется на нагрев сетки и в источнике напряжения смещения
(этот источник «заряжается» током /е0). Отдаваемая источником
напряжения возбуждения мощность равна -н- ^й/ё1. В источнике
напряжения смещения расходуется мощность \Ее\1ё0. Очевидно,
что разность этих мощностей расходуется на проводах сетки.
К. п. д. генератора определяется, как обычно, выражением
т] = Р~/Р0- D-59а)
Подставив сюда D-54) и ^4-56), получим:
т1-=-2-^со5ф. D-596)
Здесь
у=ии D-60)
и
Б = *//-$.. D-61)
93-

Величины у и \ называются соответственно коэффициен-
том формы анодного тока и коэффициентом
использования напряжения источника
анодного питания. В дальнейшем ради краткости будем
писать «коэффициент формы» и «коэффициеит использования».
Если ф я« 0, то
Л = 4-гё. D-62)
Допустим сначала, что импульсы анодного тока имеют косину-
соидальную форму. При этом, как следует из D-48а) и D-486),
у = а-/а0. D-63)
Так как коэффициенты Берга а - и а 0 зависят только от угла от-
сечки 6, то коэффициент формы зависит от этого же угла. Ниже
приведены значения у при разных 0.
е
7
0
2
15°
1,99
40°
1,90
60°
1,79
70°
1,73
80°
1,65
90°
1,57
100°
1,49
120°
1,32
150°
1,10
170°
1,01
180°
1
Из этой таблицы следует, что у тем больше, чем меньше 0.
Вместе с тем видно, что при малых 0 @ < 40°) значение у изме-
няется мало (не более чем на 10%). Кроме того, необходимо под-
черкнуть, что при уменьшении 0 уменьшаются коэффициент первой
гармоники аъ амплитуда первой гармоники анодного тока D-486)
и колебательная мощность D-55).
На практике выбирают угол отсечки в пределах 60°—90°.
Нижней границе @ = 60°) соответствует больший к. п. д. и мень-
шая колебательная мощность. При 0 = 90° мощность оказывается
больше, но к. п. д. меньше.
Из D-62) следует, что к. п. д. тем больше, чем больше |.
Необходимо, однако, иметь в виду, что при приближении \ к
единице начинает существенно возрастать сеточный ток и поэ-
тому деформируется импульс анодного тока. То значение 1, при
котором импульс анодного тока еще сохраняет косинусоида-
льную форму, называется критическим и обозначается симво-
лом |кр. Очевидно, что точное значение этой величины указать
невозможно. Ее приближенное значение мало отличается от 0,9.
На рис. 4-16 изображены импульсы анодного и сеточного токов
при разных \. Штриховыми линиями показан катодный ток
-к = -а + Н- Можно доказать, что при уплощении импульса
(рис. 4-16, б) коэффициент у уменьшается. Появление выемки
в верхней части импульса (рис. 4-16, в и г) ведет к тем большему
снижению у, чем больше выемка.
94

Режимы работы лампы, при которых \ < §кр и | > \кр, назы-
ваются соответственно недонапряженным и пере-
напряженным режимами. Если | = ^кр, то режим работы
называется критическим. Чем больше разность | — |кр,
тем больше напряженность режима. Заметим, что не следует рас-
сматривать перенапряженный режим работы как нежелательный
или плохой. В ряде случаев такой режим наиболее целесообразен.
Из изложенного следует, что к. п. д. т] при увеличении | в недо-
напряженном режиме возрастает. Его максимум достигается в
слегка перенапряженном режиме.
От коэффициента использования существенно зависят колеба-
тельная мощность и потери мощности на аноде и на сетке.
Колебательная мощность
Р~ при малых \ возрастает
приблизительно пропорцио-
нально \. При приближении
к критическому режиму ско-
рость возрастания Р~ за-
медляется. В критическом
режиме Р „ достигает макси-
мума.
Потери на аноде Ра при
увеличении | убывают. Од-
новременно возрастают по-
тери на сетке Рё.
На мощности Р~, Ра и Ре
йа<$г<$в<$г>1
1
1
1
1
!
1
т1
г)
4-16. Импульсы анодного и сеточ-
ного токов при разных коэффициентах
использования напряжения источника
анодного питания
сильно влияет также величи-
на отбираемого от лампы максимального анодного тока г'а. макс.
Если работа протекает в недонапряженном или критическом ре-
жиме, то этот ток достигается при максимальном напряжении на
сетке и минимальном анодном напряжении (еа = еа. мин).
При заданном I (т. е. при заданном еа. кин = Еа A — I) зна-
чение 1„
и мощности Р„., Ра и Ре
тем больше, чем больше е
ё макс•
При этом возрастают
Если желательно получить от лампы наибольшую возможную
мощность, то надо, выбрав Ь, = |кр, увеличивать еЁ макс до тех пор,
пока не будет достигнуто одно из равенств (или оба одновременно):
Р = Р
а. доп
и р
8
«доп. гДе Ра.доп и -«доп — предельно
допустимые потери мощности на аноде и
на сетке лампы. Эти мощности указываются в паспорте
лампы. Если первым будет достигнуто равенство Ра = Ра. доп, то
можно считать, что наибольшая колебательная мощность получена.
Если же первым получится равенство Рй = Ргдоп, что часто слу-
чается при современных лампах, то целесообразно перевести лампу
из критического в недонапряженный режим (сделать | < ^кр). При
этом Ре уменьшится и появится возможность дальнейшего увели-
чения е
Ё макс' 1ъ. макс
и Р_. Не следует упускать из виду, что умень-
шение § ведет к уменьшению к. п. д.
95

Если от лампы требуется ие максимальная, а заданная мощ-
ность Р_, то максимальный анодный ток /а. макс можно найти из
D-55), представив эту формулу в виде
"~ == ~2~ 6°-^а-а. макс ^ ~~§~Еа1а, макС И га. макс ?» —-^ . D-64)
Мы воспользовались тем, что при § я« 0,9 иа^ 0,44 величина
1 -. 1
Выбрав 5а и зная Р~, найдем приближенное значение га. макс.
Если при этом выполняются условия
Л,<^а.„оп; D-65а)
^^доп, D-656)
то задачу о получении заданной колебательной мощности можно
считать в первом приближении решенной.
Для осуществления заданного режима необходимо, чтобы со-
противление нагрузки генератора имело определенную величину
#э. опт (-^э. опт — оптимальное эквивалентное сопротивление), кото-
рую можно найти по формуле
Я, опт = -77" = Т- -г*— ~ 2 т^-. D-66)
- а1 -п 'а. макс 'а. макс
Мы положили здесь приближенно | «=< 2а-.
Колебательная система автогенератора должна быть построена
так, чтобы ее сопротивление при резонансе 7?э0 было равно /?-,. опт.
Если #э0 > 7?э. опт, то режим работы будет перенапряженным, ко-
лебательная мощность будет меньше, чем в критическом режиме,
а к. п. д. изменится мало.
Если же окажется, что #э0 < #э,опт, то режим работы будет не-
донапряженным, колебательная мощность и к. п. д. уменьшатся,
а потери на аноде возрастут.
Если #э0 > /?э. опт, то автогенератор недогружен. При
#э — Яз. опт он нагружен нормально. При #э0 < #э. 0ПТ —
автогенератор перегружен.
При недогрузке автогенератора возрастают, сеточный ток и
потери на сетке лампы. Обычно схема автогенератора построена
так, что при возрастании сеточного тока автоматически повышается
напряжение смещения, и поэтому потери на сетке увеличиваются
незначительно. Отсюда следует, что недогрузка не опасна для авто-
генератора. Перегрузка генератора ведет к увеличению аноднОго
тока и потерь на аноде. Она опасна для генератора, и допускать ее
не следует.
До сих пор мы рассматривали работу при постоянном напряже-
нии питания анода Еа. Как показывают теория и опыт, при изме-
иении Еа амплитуда колебательного напряжения V изменяется
приблизительно пропорционально Еа.
96

Уменьшение Еа может понадобиться, если желательно умень-
шить колебательную мощность. К уменьшению Еа приходится
также прибегать при работе на коротких волнах, когда невозможно
построить колебательную систему с достаточно большим эквива-
лентным сопротивлением #э0. В этом случае равенства #эо = #э.опт
можно добиться, уменьшая /?э. опт. Из формулы D-66) следует, что
для зтого надо уменьшить Еа и увеличить /а. макс.
4-5. УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ
РЕЖИМА РАБОТЫ АВТОГЕНЕРАТОРА
Будем считать, что лампа, которая должна работать в схеме
автогенератора, задана и имеются ее статические характеристики
в координатах еа, /а и еа, 1& и что все паспортные данные лампы
также известны.
В основу упрощенного расчета режима работы автогенератора
положим два допущения. Первое выражается формулами D-41).
Входящие в эти формулы постоянные Её, 1?Ё, Еа и V должны быть
выбраны или рассчитаны. Второе допущение состоит в том, что
динамическая характеристика 1а = ф (еа) удовлетворительно ап-
проксимируется прямой линией и что, следовательно, импульсы
анодного тока имеют косинусоидальную форму.
Для построения динамической характеристики достаточно знать
две ее точки— верхнюю и нижнюю. Верхней точке дина-
мической характеристики соответствуют значения ее =■ е8 макс,
еа = еа. мин и 1'а = -а. макс- в нижней ее точке г'а = 0, еа = еав и
ее = евв> ГДе
еав = Еа — ^созв; D-67а)
^==.^ + ^008 6. D-676)
Для отыскания верхней точки динамической характеристики
нужно по паспорту лампы выбрать напряжение Еа источника
анодного питания. Зная колебательную мощность Р„, которую
желательно получить от лампы, по формуле D-64) найдем /а макс.
Следует иметь в виду, что Р„ не должно быть значительно
меньше номинальной мощности РноМ лампы, ука-
занной в ее паспорте. Вспомогательные мощности, которые расхо-
дуются на накал катода, на систему охлаждения, на защитную ав-
томатику, должны быть существенно меньше Р~.
Если Р_ существенно превышает Рном данной лампы, то можно
использовать две лампы, соединенные параллельно.
При этом каждая лампа рассчитывается на мощность Р_/2. Допу-
стимо параллельное соединение трех ламп. Большее число ламп
соединять параллельно не рекомендуется.
Помимо параллельного соединения, используется двухтакт-
ное включение ламп, которое будет рассмотрено в § 4-6.
После выбора Еа и определения /а. макс нужно найти максималь-
ное напряжение на сетке еёмакс.
7 Заказ 1113
97

Точка е
е макс -а. «акс располагается на статической характери-
стике лампы, соответствующей ее = ее макс, в той области, где она
резко изменяет свой наклон (рис. 4-17). Целесообразно аппрокси-
мировать эту характеристику кусочно-линейно, как показано на
рис. 4-17, и нз точки излома А провести биссектрису А Б. Точку Б
можно считать искомой верхней точкой динамической характери-
стики. Эта точка, как видно из рис. 4-17, помимо 4. макс и егмакс»
определяет также н минимальное анодное напряжение еа. „,,„.
Дальнейший расчет производится в следующем порядке.
Амплитуда Ц колебательного анодного напряжения
и = Ел-еът. D-68)
,я
>*с
■А
8д1
ч7
(?у-
, "ёдь
^\^*^'е9''
""" >ц. ш
Ва.тин -о
Рис. 4-17. Построение верхней
точки динамической характери-
стики
Рис. 4-18. К построению динами-
ческой характеристики в коорди-
натах е&, /а по заданной в коорди-
натах еа, «а характеристике
Задаемся углом отсечки 9 в пределах 60—90° и находим по
табл. 4-1 коэффициенты Берга а0 и а-..
Далее определяем постоянную составляющую /а0 и амплитуду
первой гармоники /а1 анодного тока:
D-696)
'яA — 'а
-«о
а. макс*!.
'аО^'а. макс^О. D-69а) /а1
Вычисляем колебательную Р„ и подводимую к анодной цепи
Р0 мощности:
D-70а) Р0 = Бл1а0. D-706)
Р„ = -$-Ша1;
Потери мощности на аноде лампы и к. п. д. вычисляются по
формулам:
Ра-=Р0-Р„; D-71а) ц = Р„/Р0. D-716).
Если окажется, что потери на аноде не превышают допустимых
(Ра -с--; Ря ) и Р~ и т] удовлетворительны, то можно перейти к рас-
чету сеточной цепи. Для этого необходимо построить динамические
характеристики анодного и сеточного токов в зависимости от
сеточного напряжения: /а = ф (ее) и 1й = яр (ее). Это построеиие
легко выполиить, располагая дииамической характеристикой в ко-
ордииатах еа, 1&. Верхнюю точку этой характеристики мы нашли
98

выше. Нижняя точка расположена на оси абсцисс. Ей соответ-
ствует еа = еа9
Ы соз 0. Прямая линия, соединяющая
верхнюю и нижнюю точки, является частью динамической харак-
теристики, вторая ее часть идет вдоль оси абсцисс. Точки пересе-
чения этой характеристики со статическими характеристиками
(рис. 4-18) позволяют заполнить первые три столбца таблицы.
Значения ее1, еа. . . указаны на статических характеристиках.
Значения /а1, 1аа,. . ., еа1, еа2. . . можно прочитать на осях ординат
и абсцисс соответственно.
Располагая статическими характеристиками сеточного тока,
по значениям ее н еа (из первой и третьей граф таблицы) легко
найти значения сеточного тока (четвертая графа таблицы).
ее
'а
еа
-8
41
-ах
еЯ1
«их
«й з
*а г
«а а
'в 2
. . .
. . .
. . .
После того как за-
полнена таблица, ее пер-
вая и вторая графы дают
4 = Ф (ее)< а первая и
четвертая — 1е = 1]з (ее). На
рис. 4-19 изображены эти
динамические характерис-
тики, построенные с по-
мощью рис. 4-18.
Аппроксимируя дина-
мическую характеристику
-а = Ф (ее) куеочно-линей-
но, как показано на
рис. 4-19, найдем сеточное
напряжение ег9, при котором анодный ток исчезает.
Теперь оказывается возможным определить напряжения воз-
буждения и смещения, решив совместно уравнения:
Рис. 4-19. Кусочно-линейная аппроксима-
ция динамических характеристик анодного
и сеточного токов для разложения этих
токов в ряды Фурье
кев
Ее + 1!й соз 0; е
2 макс
= Ее + V,.
Решение имеет вид
V.
. ее макс — еев
1— соз в
^Ё — её макс У &•
D-72а)
D-726)
99

Аппроксимировав кусочно-линейно динамическую характери-
стику сеточного тока (из рис. 4-19), найдем постоянную составляю-
щую /в0 и амплитуду первой гармоники 1&х этого тока. Для этого
можно воспользоваться методом разложения в ряд Фурье, описан-
ным в § 4-3.
Потери мощности на сетке определим по формуле
Л. =-г ^Л.1-I ^ IV D-73>
Если окажется, что найденное таким образом значение Рё
удовлетворяет условию D-656) (Ре < Ретп), то расчет режима
можно считать законченным.
Если необходимо уточнить расчет режима, то можно воспользо-
ваться найденными выше величинами Еа, II, Ее и V& и построить
уточненные динамические характеристики 1а = ср (ее) и 1е —
— гр (ей) методом, описанным в § 4-3.
Необходимость в уточнении расчета может возникнуть, если
потери на аноде и на сетке окажутся близкими к их предельно
допустимым значениям.
В качестве примера рассчитаем режим лампы ГУ-23А, стати-
ческие характеристики которой в координатах еа, г'а представлены
на рис. 4-18. Положим Еа — 11 кВ и 0 = 70°. Пусть верхней точке
динамической характеристики 1а = / (еа) соответствуют её макс =
= 0,8 кВ, га.„акс = 32,5 А и еа.ЫШ1 = 1,25 кВ.
Далее, по формуле D-68) найдем V = 11 — 1,25 = 9,75 кВ.
Углу Э = 70° соответствуют соз 0 = 0,342, а0 = 0,253 и а- =
= 0,436. По формулам D-69) определим /а0 = 32,5-0,253 = 8,2 А
и /а- = 32,5-0,436 = 14,2 А. По формулам {4-70) вычислим
Р~ = ■— ■ 9,75 • 14,2 = 69 кВт и Р 0=- 11 • 8,2 = 90 кВт. По формулам
D-71) найдем Ра - 90 — 69 = 21 кВт и г\ = -Ц- 100 = 77%.
Нижней точке динамической характеристики 1а = / (еа) соот-
ветствует еав = 11 — 9,75-0,342 -= 7,66 кВ. Динамическая харак-
теристика изображена на рис. 4-18. Пользуясь ею, составим таб-
лицу, аналогичную таблице на стр. 99 (статические характери-
стики еа, 1& представлены на рис. 4-18 штриховыми линиями).
ее, кВ
-а. А
еа, кВ
-8. А
0,8
32,5
1,25
11,5
0,7
29,9
1,75
8,7
0,6
26,3
2,4
6
0,5
22,2
3,2
3,8
0,4
18,1
4
2
0,3
14
4,8
1,1
0,2
10
5,7
0,4
0,1
6,1
6,35
0,2
0
3
7,1
0
-0,1
0,7
7,4
—
100

На рис. 4-19 изображены динамические характеристики /а -=
= ф (еЁ) и 1й = ф (ег), построенные по данным последней таблицы.
Аппроксимировав характеристику анодного тока и определив
еев = —0,06 кВ, найдем по формулам D-72) 1/е = '__ ^ ' =
= 1,31 кВ и Ее = 0,8 — 1,31 = —0,51 кВ.
Сеточный ток мы аппроксимировали двумя отрезками прямых.
Воспользовавшись методом, изложенным в § 4-3, составим таб-
лицу, аналогичную таблице на стр. 92.
Номер
участка
1
2
АБы,
мм
62
95
С05 вк.
0,472
0,723
«0
0,225
0,160
а,
0,400
0,301
'в макс Ыг
А
4,8
6,6
А
1,08
1,06
2,14
7в1Л?,
А
1,92
1,98
3,9
Определив /ё0 = 2,14 А и 1е1 = 3,9 А, можно вычислить потери
на сетке по формуле D-73): Рй =~ ■ 1,31 -3,9 — 0,51 -2,14 =
= 1,47 кВт.
Из паспорта лампы*ГУ-23А известно, что -°а.доп = 60 кВт и
-°йдоп = 2,6 кВт. Следовательно, условия D-65) выполняются
с большим запасом. По этой причине мы не будем производить уточ-
ненного расчета.
4-6. СХЕМЫ ГЕНЕРАТОРОВ
Для того чтобы схема общего вида (рис. 4-9, а) могла работать
как автогенератор гармонических колебаний, она должна обладать
двумя основными свойствами: 1) присоединенный к лампе трехпо-
люсник должен быть колебательной системой, эквивалентное со-
противление которой достаточно велико; 2) коэффициент обратной
связи должен быть достаточно большой вещественной положи-
тельной величиной или, по крайней мере, его вещественная часть
должна быть положительной и достаточно большой.
Помимо этих основных свойств, схема должна обладать еще
одним: трехполюсник, подключенный к лампе, должен содержать
пути, по которым на анод и сетку лампы могут подаваться постоян-
ные напряжения анодного питания и смещения.
Имея в виду эти требования, рассмотрим конкретные схемы
простейших генераторов. Остановимся сначала на первых двух
требованиях.
Выберем в качестве трехполюсника колебательный контур.
Напряжение на сетку лампы может быть подано тремя способами:
101

трансформаторным (рис. 4-20, а), автотрансформаторным D-20, б)
и емкостным D-20, в).
Проверим знаки коэффициентов обратной связи, соответствую-
щих этим схемам.
Рассмотрим схему рис. 4-20, а. Ток /, протекая по катушке Ь,
создает иа ией напряжение
а)
?о-
Енав
к о-
Э
Рис. 4-20. Способы подачи напряжения возбуждения: а — транс-
с форматорный; б — автотрансформаторный; в — емкостный
В сеточной катушке Ьг наводится э. д. с, положительное
направление которой указано на рис. 4-20, а стрелкой:
Е„ы = — //соМ;
эта э. д. с. равна напряжению на сетке 0е == 08.к. ,я V
Л
<А
Так как Ок.а == V, то коэффициент обратной связи в рассматри-
ваемом случае
к= А = _ Ц
0 ь
Если выбрать взаимоиндуктивность М так, чтобы ее знак был
отрицателен, то получится положительный коэффициент обратной
связи, что нам и требуется.
Заметим, что знак М можно изменить на обратный, либо по-
вернув одну из катушек Ьй и Ь на 180°, либо переключив иду-
щие к одной из них провода (рис. 4-21).
Для схемы рис. 4-20, б можно написать
[/к-а = -7соЬа и 1Уе.К =
Следовательно,
Аналогично для схемы рис. 4-20, в:
1
//оIй.
С/к-а = /
/соСа
И V
й-к
/соСв '
к = Сй/Си.
102

На основании изложенного можно сформулировать правило,
которое, как легко проверить, сохраняет силу во всех случаях:
для того чтобы коэффициент обратной связи оказался положи-
тельным, анод и сетка должны подключаться к точкам колеба-
тельной системы, находящимся ближе к ее краям, чем точка при-
соединения катода. Под краями колебательной системы мы по-
нимаем точки соединения индуктивности и емкости.
Тт^г
Рис. 4-21. Способ изменения
знака обратной связи путем пе-
реключения концов: а — кон-
турной катушки; б — катушки
обратной связи
а) 6}
1Г»Л-—Г ко-* ' (То-Л-—г
Рис. 4-22. Примеры правильного
(а, б, в) и неправильного (г, д, е)
подключения колебательного кон-
тура к лампе
Пользуясь этим правилом, легко проверить, что схемы
рис. 4-22, а, б, в обеспечивают правильный знак коэффициента
обратной связи, а схемы рис. 4-22, г, д, е — нет.
Перейдем к вопросу о том, как подаются напряжения питания
лампы и смещения на анод и сетку.
Рис. 4-23. Схемы питания анода:
а — последовательньная; б — парал-
лельная
Рис. 4-24. Пример не-
приемлемого включе-
ния источника анод-
ного питания
Различают схемы последовательного (рис. 4-23, а) и параллель-
ного (рис. 4-23, б) питания анода.
В схеме последовательного питания нагрузка Н должна про-
пускать постоянный ток для того, чтобы на анод подавалось
поетояиное напряжение. Источник этого иапряжеиия обязательно
должен быть заземлен. Схема, представленная на рис. 4-24,
праКтичесКи неприемлема, таК КаК в ней источниК питания нахо-
дится под высоким напряжением высокой частоты относительно
103

земли, в результате чего в нем расходуется много высокочастотной
энергии.
Кроме того, ионные вентили, используемые в источнике анод-
ного питания (в выпрямителе), не могут работать в сильном вы-
сокочастотном поле. Наконец, нужно иметь в виду, что большие па-
разитные емкости источника питания на землю могут существенно
ухудшить работу генератора.
В схеме параллельного питания емкость блокировочного кон-
денсатора Сбл (рис. 4-23, б) выбирается настолько большой, чтобы
его сопротивление переменному току рабочей частоты было зна-
чительно меньше сопротивления нагрузки; индуктивность дрос-
селя 1др должна, быть настолько велика, чтобы шунтирующее
Эффективной
'боты конденсатора
Рис. 4-25. Эквивалентная схема блокировочного конденсатора (а); зави-
симость его сопротивления от частоты (б) (штриховой линией показана та
же зависимость для идеального случая 1,пар =0); та же зависимость для
разных значений емкости (в): С&ц <С Свл2 <^ Сблз
действие этого дросселя было незначительным. Чем больше
емкость Сбл и индуктивность ЬДр, тем лучше.
Необходимо, однако, иметь в виду, что с увеличением емкости
растут габариты конденсатора, его емкость на землю и паразит-
ная индуктивность его выводов. На рис. 4-25, а представлена
эквивалентная схема блокировочного конденсатора, а на
рис. 4-25, б — зависимость его сопротивления Хсб от частоты.
Как видно из рис. 4-25, б область эффективной работы блокиро-
вочного конденсатора (в этой области его сопротивление доста-
точно мало) занимает некоторый диапазон частот, в средней части
которого лежит так называемая собственная частота
блокировочного конденсатора
V СблА-пар
на которой сопротивление конденсатора равно нулю.
По мере увеличения емкости собственная частота <ос умень-
шается. На рис. 4-25, в представлены примерные зависимости хСбл
от частоты для разных блокировочных конденсаторов. Из этого
рисунка легко заключить, что увеличивать емкость конденса-
104

тора Сбл имеет смысл только до тех пор, пока собственная частота
конденсатора не делается равной рабочей частоте х. Дальнейшее
увеличение емкости конденсатора С6л приведет к увеличению хСбл.
Аналогично обстоит дело с дросселем Ьдр. Если его индуктив-
ность увеличивается, например, за счет увеличения числа витков,
то при этом неизбежно возрастают и паразитные межвитковые
емкости, а также и емкость на землю. Действие всех этих емко-
стей можно приближенно заменить действием одной емкости,
шунтирующей индуктивность. В результате эквивалентная схема
дросселя принимает вид рис. 4-26, а. Сопротивление дросселя хь
при изменении частоты меняется по кривой рис. 4-26, б. Область
Ьдр\ Спор
Область эффективной
работы дросселя
Рис. 4-26. Эквивалентная схема дросселя (а); зависимость его сопротивления
от частоты (б) (штриховыми линиями показана та же зависимость для идеального
случая Спар =0); та же зависимость для разных значений индуктивности (в):
--ДР1 <3 -^ДР2 <. А
-■дрз
эффективной работы располагается около собственной
частоты дросселя
1 D-75)
со, =
VI
дрСпар
на которой хь обращается в бесконечность. При увеличении
индуктивности а>1 уменьшается.
На рис. 4-26, в изображены кривые, выражающие зависимость
Х1Ар от частоты при разных Ьлр. Из этих кривых следует, что
увеличение 1,др целесообразно только до тех пор, пока рабочая
частота не окажется равной <аь или несколько превысит ее. Даль-
нейшее увеличение индуктивности дросселя приведет к умень-
шению *-,„„.
--др
Практика показывает, что на частоте <аь часто возникает
перегрев дросселя. Для объяснения этого явления необходимо
более точно, чем это сделано на рис. 4-26, а, учесть распределен-
ную емкость дросселя. Для того чтобы избежать этого явления,
1 Допустимо сделать ее несколько меньше рабочей частоты.
105

нужно выбирать со-, так, чтобы рабочие частоты оказались меньше,
чем соь.
Условия, при которых рабочая частота не превышает заметно
сос и со-,, легко выполнимы на длинных во(Н1Х. Поэтому на этих
волнах схемы параллельного и последовательного питания мало
различаются между собой. На коротких волнах добавочные
элементы схемы параллельного питания (Сбл и Ьлр) могут суще-
ственно ухудшить ее работу.
Большим достоинством схемы параллельного питания анода
является отсутствие постоянного анодного напряжения на на-
грузке, что важно для обеспечения безопасности обслуживающего
персонала. По этой причине одноконтурные автогенераторы,
используемые для промышленных целей, строятся, как'правило,
по схеме параллельного питания анода.
Рис. 4-27. Подача напряжения смеще-
ния на сетку лампы: а — последова-
тельная схема; б — параллельная
схема
Рис. 4-28. Подача напряжения смеще-
ния на сетку лампы с помощью грид-
лика: а — последовательная схема;
б —- параллельная схема
Конденсатор Сбл и дроссель Ь№ должны быть изолированы
от земли на двойное анодное напряжение. Электрическая проч-
ность конденсатора должна быть такова, чтобы он выдерживал
анодное напряжение. Напряжение на дросселе Ь№ равно коле-
бательному напряжению генератора. По дросселю протекает
постоянная составляющая анодного тока и переменный ток вы-
сокой частоты, амплитуда которого равна (//(со1др). Провод
дросселя должен выбираться по току высокой частоты^и затем
проверяться по постоянному току.
Напряжение смещения на сетку лампы подается также по
схемам последовательного и параллельного питания (рис. 4-27).
Эти схемы по существу не отличаются от схем питания анода.
На практике напряжение смещения, как правило, создается
с помощью так называемого гридлика (рис. 4-28). Гридлик
представляет собой зашунтированныи конденсатором Сгр рези-
стор /?гр, который вгслючается в^сеточную цепь триода так:, чтобы
по нему протекала постояиная составляющая сеточного топа 1ео.
При этом на гридлике образуется напряжения Ее = —/во-"?гр-
Знак минус поставлен по той причине, что сеточный ток вне
лампы протекает от катода к сетке и потому на сетке образуется
отрицательное напряжение. Для того чтобы на гридлике не
106

«
создавались иапряжеиня высокой частоты, параллельио #гр
включается Конденсатор Сгр, Который выбирается таК, чтобы его
сопротивление для токов высокой частоты было мало по сравне-
нию с Ятр (ягр > —-^-). В результате сопротивление параллель-
ного соединения ■/?-.„ и Сг„ оказывается порядка —7;—, т. е. до-
к ЮСгр
статочно малым, и напряжение высокой частоты на нем будет
тоже достаточно малым.
Гридлик в качестве источника напряжения обладает весьма
ценным свойством: пока колебания автогенератора отсутствуют,
отсутствует и сеточный ток и, следовательно, напряжение сме-
щения; по мере того как возрастает амплитуда колебаний, возра-
стает и сеточный ток, а вместе с ним и напряжение смещения,
достигая нормальной величины при установлении амплитуды.
При отсутствии напряжения смещения -в автогенераторе легко
возбуждаются колебания, зато его к. п. д. оказывается низким.
При большом (нормальном) напряжении смещения к. п. д. высок,
однако колебания возбуждаются с трудом или даже вовсе не воз-
буждаются. Если в качестве органа смещения применяется грид-
лик, то благодаря его свойству, описанному выше, колебания
возбуждаются легко; по мере их нарастания автогенератор авто-
матически переходит в режим с высоким к. п. д. Последователь-
ная схема включения гридлнка (рис. 4-28, а) не всегда приме-
нима. На рис. 4-28, б изображена схема параллельного его вклю-
чения. Показанный на этом рисунке конденсатор Сгр, шунтиру-
ющий #гр, может быть при желании опущен. Его роль сводится ;
к уменьшению напряжения высокой частоты на сопротивлении /?гр
и, следовательно, к уменьшению потерь высокочастотной энергии.
Для суждения о режиме, в котором работает автогенератор,
служат различные приборы, включаемые в его цепи. Наиболее
важными являются приборы, - измеряющие постоянные состав-
ляющие анодного и сеточного токов /а0 и 1е0. Для измерения
этих токов удобнее всего использовать магнитоэлектрические при-
боры. Эти приборы должны быть включены в разрыв цепи, по
которой протекают рассматриваемые токи, и притом в таком
месте, чтобы-высокочастотное напряжение между прибором и
землей практически равнялось нулю. Если прибор включен в уча-
сток цепи, находящийся под высоким постоянным напряжением
относительно земли, то он должен быть соответствующим образом
изолирован.
На рис. 4-29 показан пример включения приборов, о которых
шла речь. На этом же рисунке показано, как можно включить
вольтметр постоянного тока для измерения анодного напряжения
и высокочастотный вольтметр для измерения колебательного
напряжения V. Часто бывает полезно знать, как изменяется
контурный ток /к. Для этой цели можно включить амперметр
(тепловой или термоэлектрический) в цепь колебательного кон-
107

Рис. 4-29. Пример включения измери-
тельных приборов в схему генератора
тура или связать его с коитуром иидуктивно, как показано на
рис. 4-29. Амперметр должен связываться с той частью контурной
катушки, высокочастотный потенциал которой относительно земли
близок к нулю.1
Для того чтобы автогенератор отдавал наибольшую мощность
при наилучшем к. п. д., необходимо регулировать сопротивление
нагрузки, коэффициент обратной связи и напряжение смещения.
Напряжение анодного пита-
-|| 1 ния Еа регулируется (если
предусмотрены средства его
регулировки) только с целью
регулировки генерируемой
мощности, которая прибли-
зительно пропорциональна
квадрату Еа.
Регулировка напряжения
смещения в автогенераторах
производится путем измене-
ния сопротивления гридлика.
В мощных автогенераторах, в которых ограничение роста ампли-
туды происходит из-за перехода в перенапряженный режим,
величина сопротивления гридлика сравнительно мало влияет на
генерируемую мощность и к. п. д. Поэтому сопротивление грид-
лика обычно оставляют неизменным.
Таким образом, основными средствами управления режимом
автогенератора являются коэффициент обратной связи и сопро-
тивление нагрузки генератора. Некоторые способы их регулировки
рассмотрим в следующем параграфе. До сих пор мы считали, что
лампа, работающая в схеме автогенератора, задана. На практике
часто возникает другая задача: для известных значений коле-
бательной мощности и рабочей частоты требуется спроектировать
соответствующий генератор. Как мы увидим ниже, эта задача
отличается от предыдущей лишь первыми шагами ее решения.
Прежде всего необходимо выбрать желательный тип лампы.
Для этого следует воспользоваться справочником мощных гене-
раторных триодов, в котором приведены номинальные колеба-
тельные мощности ламп. Выбирается та лампа, номинальная
мощность Рном которой' ближе всего к требуемой мощности.
При этом, очевидно, должно выполняться условие
Р~ < Рном- D-76)
Если такую лампу подобрать нельзя, то в генераторе придется
использовать несколько ламп (п ламп), работающих совместно.
При этом необходимо при выборе ламп исходить из условия
Я~<п/>
D-77)
1 В случае необходимости один полюс контурного амперметра может быть
заземлен.
108

Лампы разиых типов на совместную работу не ставятся.
Прл выборе числа п совместно работающих ламп следует учиты-
вать следующее. Лампы могут включаться для совместной работы
параллельно и по двухтактной схеме (рис. 4-30, а и 4-31, а).
Следует иметь в виду, что представленные на этих рисунках
схемы являются принципиальными. Реальные схемы, в особен-
ности при параллельном включении ламп, содержат некоторые
дополнительные элементы, которые будут рассмотрены ниже.
Рис. 4-30. Образование генератора с двумя параллельно включенными
лампами из двух одноламповых генераторов
«)
7<ьЧ? 1|!|1
\2Я.
30
Рис. 4-31. Образование двухтактного генератора из двух
одноламповых генераторов
Выбрав общее число п ламп, которые будут работать в генера-
торе, следует произвести расчет генератора на мощность Р1 =
= -°_/я, приходящуюся на одну лампу. Располагая таким расче-
том, легко найти данные генератора, лампы которого соединены
параллельно или по двухтактной схеме. Для этого составные
генераторы следует рассматривать как параллельно или двух-
тактно соединенные одноламповые генераторы. Рис. 4-30, б и
4-31, б поясняют, как определяются искомые данные по даиным
однолампового генератора.
Если лампа нспользуется неполностью, т. е. в случае, когда
Р'~ <: -°ном> она» так же как ПРИ полном ее использовании, ста-
вится в критический режим с углом отсечки 0 порядка 70°. Для
109

уменьшения мощности можно уменьшать использование лампы
как по току, так и по иапряженню. Если уменьшается использова-
ние лампы по току, то возрастает необходимое эквивалентное
сопротивление. При этом возрастает и к. п. д. На коротких
волнах увеличение необходимого эквивалентного сопротивления
нежелательно, так как трудно осуществить большое эквивалент-
ное сопротивление. В этом случае можно идти по пути уменьше-
ния Еа. При этом требуемое эквивалентное сопротивление умень-
шается. Если желательно, чтобы #э0 оставалось неизменным,
можно уменьшать пропорционально и ток, и напряжение.
В этом параграфе мы ограничились рассмотрением схем лишь
одноконтурных автогенераторов. Схемы двухконтурных и много-
контурных автогенераторов будут рассмотрены ниже.
4-7. РЕГУЛИРОВКА АВТОГЕНЕРАТОРА
Режим автогенератора в основном определяется напряжением
питания анода, сопротивлением анодной нагрузки, коэффициентом
обратной связи и сопротивлением гридлика. Среди прочих фак-
торов, в некоторой степени влияющих на режим, упомянем лишь
затухание анодного контура. Его влияние на режим автогенера-
тора становится существенным, если затухание превышает значе-
ния порядка нескольких десятых долей единицы. В дальнейшем
будем полагать, что затухание анодного контура не делается
больше чем 0,1—0,2 и не будем учитывать его влияния на режим.
Для того чтобы оценить влияние напряжения анодного пита-
ния на режим автогенератора напомним, что для мощного авто-
генератора нарастание колебаний ограничивается тем, что авто-
генератор переходит в перенапряженный режим. Как мы знаем,
в этом режиме, в особенности когда напряжение смещения по-
дается от гридлика, колебательное напряжение мало отличается
от напряжения питания анода Еа. Отсюда следует, что оба напря-
жения изменяются приблизительно пропорционально. Опыт по-
казывает, что существенные отклонения от этого закона наблю-
даются лишь при значениях Еа, меньших чем —10% от номинала,
указанного в паспорте лампы.
Перейдем к рассмотрению влияния гридлика на режим. Будем
считать, что гридлик выбран в предположении, что автогенератор
работает в критическом режиме. В этом случае гридлик практи-
чески не ограничивает нарастания колебаний. Если мы изменим
сопротивление гридлика, оставив порядок его величины прежним
(например, увеличим или уменьшим сопротивление гридлика
в 1,5—2 раза), то колебания в автогенераторе будут всякий раз
нарастать до тех пор, пока автогенератор не войдет в перенапря-
женный режим. Чем меньше сопротивление гридлика, тем, оче-
видно, напряженнее будет тот режим, при котором наступит
ограничение. Однако, как известно, сеточный ток нарастает очень
быстро при увеличении напряженности режима. Поэтому режимы,
ПО

кВт
а)
м
20
10
5
\Р
1и
11
' 1
/
/
'
/
'
оХ
0,3
о,1*
/
/
^
оу
0,8
У
■0.1
№,15
Л=Р,Ов
Яэо
В нОм
соответствующие разным сопротивлениям гридлика, мало разли-
чаются между собой. Таким образом, изменив сопротивление
гридлика #гр, мы получим резкое изменение сеточного тока и
его постоянной составляющей 1е0 и незначительное изменение
анодного тока, мощности, к. п. д. и др. Очевидно, что при умень-
шении Нгр ток 1е0 будет увеличиваться и наоборот. Как показы-
вает |[опыт, произведение
1е0Ктр (т. е. напряжение
смещения) мало изменяется
при изменении 7?гр.
Напомним, однако, еще
раз, что при сильном уве-
личении сопротивления Кгр
оно начинает ограничивать
колебания, а потому суще-
ственно влияет на режим
автогенератора. Этот случай
мы здесь рассматривать не
будем, так как в практике
электротермии он практиче-
ски не встречается.
Изложенное позволяет
сделать вывод, что регули-
ровать мощный автогенера-
тор, изменяя сопротивление
гридлика, нецелесообразно.
Исследование влияния
сопротивления анодной на-
грузки #э0 и коэффициента
обратной связи к на режим
автогенератора удобно про-
изводить одновременно. Для
заданных лампы и напряже-
к ния питания ее анода, считая
напряжение смещения задан-
ным, легко построить так
называемые нагрузочные ха-
рактеристики генератора,
т. е. кривые, выражающие
зависимость мощности и к. п. д. от 7?з0 при разных значениях
коэффициента обратной связи к. Такие кривые для лампы Г-431
представлены на рис. 4-32, а я б. Хотя эти кривые построены
для определенной лампы, они являются Типичными и позволя-
ют сделать ряд весьма важных выводов:'
1) при изменении #э0 колебательная мощность автогенера-
тора переходит через максимум; следовательно, существует опти-
мальное относительно мощности эквивалентное сопротивление
анодной нагрузки Яэ. опт;
Рис. 4-32. Нагрузочные характеристики
автогенератора при разных значениях
коэффициента обратной связи: о — коле-
бательная мощность; б — коэффициент
полезного действия
111

2) величина оптимального эквиалентного сопротивления за-
висит от к: оно тем меньше, чем больше к;
3) оптимальная мощность автогенератора (т. е. колебательная
мощность, соответствующая оптимальному /?э0) переходит через
максимум при изменении к; таким образом, существует оптималь-
ный коэффициент обратной связи;
4) максимум к. п. д. достигается при сопротивлении анодной
нагрузки, несколько большем, чем оптимальное его значение;
5) максимальное значение к: п. д. тем больше, чем меньше
коэффициент обратной связи к.
Оптимальное эквивалентное сопротивление не зависит от ра-
бочей частоты и элементов контура и нагрузки. Оно полностью
определяется режимом работы лампы.
Пользуясь^формулой D-66), можем на-
писать:
г> " "» 5кр
-^э. опт I : „
-а! -а. макс ах
Из этой формулы видно, что /?э0 за-
висит практически только от Еа, /а, макс
и от угла отсечки 0 (через коэффи-
Рис. 4-33. К определению циент первой гармоники а-).
коэффициента анодной связи Эквивалентное сопротивление на-
грузки (мы полагаем, что нагрузкой
является колебательный контур) выражается формулой D-28),
которую мы, учитывая, что г = гх + гвн, представим в виде
Гх + Гии Р2 г ГХ + /■„„
Отношение
Р = х0/р D-78)
называется коэффициентом анодной связи, оно
характеризует связь лампы с контуром. Легко проверить, что
этот коэффициент представляет собой отношение амплитуд напря-
жения на аноде И и максимального напряжения в контуре (/макс
(рис. 4-33):
Р = ^/^макс- " D-79)
В схеме рис. 4-21 с трансформаторной обратной связью р = 1.
В схемах с автотрансформаторной и емкостной обратными
связями (рис. 4-22, а, б и в) коэффициент анодной связи оказы-
вается меньше единицы. Так как в этих схемах ^/макс -= II +
+ Ц8 = 11 A + к), где к — коэффициент обратной связи, то
для них
р = ттг- <4-80>
112

Отношение
А,=-- р
'вн
представляет собой добротность контура с уче-
том нагрузки. Эту добротность можно записать в виде
В =_^ ^_ = _Е. И 1я_ . D-81)
Отношение
Ях = р/гх D-82)
представляет собой добротность контура при
отсутствии нагрузки. Учитывая D-23), можно на-
писать:
Д, =ДхA-г)к), D-83)
где пк — к. п. д. контура.
Добротность /)х определяется конструкцией контура. Чем
лучше выполнен контур, тем выше его добротность Ох. Обычно
эта добротность бывает порядка 100—300.
К- п. д. контура г\к выгодно максимально приблизить к еди-
нице. Однако при увеличении г|к уменьшается йн. Между тем
при малых значениях Эн контур плохо колеблется и к. п. д.
генератора уменьшается. Добротность Г>н не следует делать меньше
4—5. Отсюда следует, что к. п. д. контура не следует делать больше
95—98%.
Воспользовавшись D-78), D-81) и D-83), можем выражение
для #эо представить в виде
Яэ0 = р2РЯх A - г,к). D-84)
Для того чтобы поставить генератор в оптимальный режим,
нужно добиться равенства
Яэо = Яэ.опт- D-85)
В осуществлении этого равенства и состоит задача согласова-
ния лампы с нагрузкой. Для того чтобы добиться согласования,
можно, как показывает формула D-84), изменять величины р,
Р и Т)к.
При конструировании анодного контура выбирают т]к или,
что то же самое, /)х и Д, и полагают р = 1. Зная из расчета ре-
жима /?э. опт и имея в виду D-85), можно из формулы D-84) опре-
делить необходимое р = ]/7,/С и далее, зная рабочую частоту
/раб = 1/Bл1//,С), найти индуктивность и емкость контура Ь и С.
Будем считать, что в генераторе, регулировкой которого мы
занимаемся, Ь и С выбраны указанным способом. Обычно кон-
структор предусматривает возможность изменения Ь и С в не-
которых пределах.
На рис. 4-34, а, б, в представлены способы регулировки коэф-
фициента обратной связи скачком путем переключения сеточного
8 Заказ ШЗ 113

провода (обозначен на рис. 4-34 буквой §). При таком способе
регулировки необходимо при всяком переключении выключать
генератор и затем вновь его включать-. В практике эксплуатации
автогенераторов для промышленных целей возникает настоя-
тельная потребность плавной регулировки коэффициента обратной
связи и притом без выключения генератора. В этом случае можно
применить способы регулировки, показанные на рис. 4-34, г, д, е.
На рис. 4-34, г представлена трансформаторная связь, причем
сеточная Ье и контурная Ь катушки образуют вариометр связи
той или иной конструкции.
На рис. 4-34, д представлен случай, когда коэффициент обрат-
ной связи изменяется путем перемещения внутри контурной
катушки короткозамкнутой катушки небольшой длины. Как
Рис. 4-34. Способы регулировки коэффициента обратной связи: а, б и в — коэф-
фициент обратной связи изменяется скачком; г, д и е — коэффициент обратной
связи изменяется плавно
известно, индуктивность катушки под влиянием введенной в нее
короткозамкнутой катушки уменьшается до значения Ь A — ко),
где Ь — индуктивность при отсутствии короткозамкнутой ка-
тушки, а к0 — коэффициент связи между рассматриваемой и
короткозамкнутой катушками. В случае, представленном на
рис. 4-34, д, обратная связь уменьшается, когда короткозамкну-
тая катушка ЬК 3 вводится в участок @—к контурной катушки.
На рис. 4-34, е представлен способ изменения обратной связи
путем плавного изменения емкостей Са и Сё; чем больше Се
и чем меньше Са, тем меньше коэффициент обратной связи (к =
г =Са/С&).
<!*• Способы регулировки сопротивления нагрузки генератора
-<^ вытекают из формулы D-28). Это сопротивление можно регули-
?эЬ \ ровать, изменяя активное сопротивление г. Как указывалось,
,4."^ сопротивление г представляет собой сумму сопротивления холо-
стого хода контура гх и вносимого сопротивления гш, ь котором
расходуется полезная энергия. При изменении гт изменяется
и сопротивление г, а вместе с ним и &э0. Второй способ""РегУли-
ровки /?э0 — изменение сордотивления ветвл контура *0. Под
сопротивлением х0 в случаяхГ~прёдставлмшы5Г'на рис!' 4-34,
можно понимать сопротивление между точками а и к, показан-
ными на этом рисунке. Если, например, в случае, показанном на
рис. 4-34, а, опускать вниз провод, помеченный буквой а, то со-
противление л:0 будет уменьшаться и #э0 будет падать. Заметим,
114
я

что при опускаиии вииз провода, помеченного на рис. 4-34, а
буквой к, мы будем одновременно увеличивать /?э0 и уменьшать
коэффициент обратной связи к. Аналогично изменяются К^
и Ь случае, представленном на рис. 4-34, д.
Необходимо подчеркнуть, что сопротивление х0 изменяется
не только при изменении индуктивности или емкости между
точками а и к, но и при изменении генерируемой частоты.
Приступая к регулировке мощного автогенератора, необходимо
прежде всего принять ряд мер предосторожности: проверить
соответствие анодных и силовых плавких предохранителей рабо-
чим токам, исправность максимальных выключателей и т. п.1
Первоначальное включение желательно производить при пони-
женном анодном напряжении, при минимальной обратной связи
и при отсутствии нагрузки.
Если при включении анодного напряжения не появляется
сеточного тока, то это означает, что автогенератор не самовозбу-
дился. В этом случае следует увеличивать обратную связь до
появления самовозбуждения.
При отсутствии нагрузки условия самовоздуждения генера-
тора весьма облегчены, и потому колебания должны возникнуть
при слабой обратной связи. Если работающий без полезной
нагрузки генератор возбуждается лишь при большой обратной
связи, то это означает, что имеется паразитная нагрузка. Такую
нагрузку могут создать различные неисправности в схеме: пло-
хие контакты, неполное замыкание контура, неполный пробой
конденсаторов и т. д. Неудачная конструкция генератора также
может создать большую паразитную нагрузку — в частях кар-
каса, в изоляции и в других элементах конструкции может расхо-
доваться большая мощность. Такие паразитные потребители
высокочастотной энергии легко обнаруживаются по их нагреву.
Если генератор исправен, то самовозбуждение должно возни-
кать при малой обратной связи. Так как мы включаем генератор
вхолостую, т. е. при отсутствии нагрузки (т]к = 0), то эквивалент-
ное сопротивление контура оказывается чрезвычайно большим.
При этом постоянная составляющая анодного тока /а0 мала,
а постоянная составляющая сеточного тока 1&0 велика, по сравне-
нию с их расчетными значениями — генератор находится в пере-
напряженном режиме.
Теперь можно увеличивать нагрузку генератора, увеличивая
гвН и Лк- При этом анодный ток /а0 растет, а сеточный 1ё0 падает.
Когда сеточный ток примет значение, равное 10—20% от анод-
ного: /й0 = @,1-4-0,2)/а0, следует прекратить увеличение на-
грузки, так как достигнут оптимальный режим. Если при этом
ток /а0 будет меньше расчетного, то это указывает на малость
1 Разумеется, необходимо строго соблюдать нормальный порядок включения
генератора: запуск устройств для водяного и воздушного охлаждений, прогрев
вентилей выпрямителя и т. д.
8*
115

обратной связи. При увеличении обратной связи анодный ток
возрастет мало, а сеточный — очень резко. Теперь можно увели-
чивать нагрузку до тех пор, пока снова не будет достигнуто преж-
нее соотношение между 1е0 и 1а0.
Подобную операцию можно повторять до тех пор, пока потери на
аноде лампы не приблизятся к максимально допустимому значению.
Как указывалось, начинать регулировку следует при пони-
женном анодном напряжении. Перед подъемом анодного напря-
жения до нормального значения следует несколько уменьшить
нагрузку генератора во избежание перегрузки, которая может
появиться при полном анодном напряжении. Признаком пере-
грузки является большой анодный ток /а0 при малом сеточном
токе /а0 (/в0<0,1/ао)-
Увеличение связи контура с нагрузкой (увеличение гвн и т)к)
ведет, как видно из формулы D-84), к уменьшению #э0. Таким
образом, мы приближаемся к /?э. опт сверху. Если органы связи
сконструированы так, что не позволяют довести гт до желатель-
ной величины, то дальнейшего уменьшения 7?э0 (приближения
его к #э. опт) можно достичь, уменьшая р и р. Уменьшение р
достигается путем увеличения емкости и уменьшения индуктив-
ности контура. Уменьшение р достигается переключением прово-
дов (или одного из них), идущих от анода и катода лампы к кон-
туру.
Необходимо иметь в виду, что уменьшение р ведет к увеличе-
нию напряжения на контуре. Поэтому уменьшение р допустимо
лишь в том случае, если напряжение на контуре ниже рабочего
напряжения конденсаторов. В противном случае уменьшение р
приведет к пробою контурных конденсаторов. По этой причине
желательно добиваться согласования лампы с нагрузкой путем
уменьшения характеристического сопротивления контура р, а не
коэффициента анодной связи р. На очень высоких частотах (на
коротких и ультракоротких волнах) согласование лампы с на-
грузкой встречает существенное затруднение, которое заклю-
чается в невозможности построить контур с достаточно большим
характеристическим сопротивлением р. Действительно, по фор-
муле D-10а) имеем р = 1/(оHС). Если выразить С в пикофарадах,
а вместо со0 ввести длину волны Х0, выраженную в метрах, то
получим:
_ 530А-,
р— с ■
Для получения максимального р нужно выбрать минимальную
емкость контура. Эта емкость складывается из выходной емкости
лампы Свых, емкости монтажа Сы и начальной емкости контура С0:
После того как емкость С достигнет минимального значения
Смин, сопротивление р будет зависеть только от длины рабочей
волны.
116

Минимальная емкость контура обычно оказывается порядка
нескольких десятков пикофарад, причем она растет при увеличе-
нии мощности. Поэтому чрезмерно малое р может получаться на
волнах короче 10—15 м.
Из-за низкого р эквивалентное сопротивление контура может
оказаться меньше ^э.опт- Как видно из формулы D-84), при
р = 1, р = рмакс и Г),. я« сопз! единственный способ увеличе-
ния #Э(Г заключается в уменьшении к. п. д. пк. Этот способ,
однако, весьма не желателен.
Добиться согласования лампы с нагрузкой можно, не только
приближая 7?э0 к заданному /?э. опт. Как показывает формула
D-66), можно уменьшать 7?э. опт, приближая его к тому значе-
нию ^э0, которое получается
при приемлемом к. п. д. цэ.
Для этого нужно максималь-
но использовать лампу по
току и выбрать достаточно
малое значение Еа. Разумеет-
ся, при этом будет умень-
шаться полезная мощность.
Однако к. п. д. лампы и
контура остаются высокими.
До сих пор мы рассмат-
ривали процессы, происхо-
дящие при регулировке ав-
тогенератора, производимой
оператором.
При нагреве различных материалов происходит изменение их
свойств. Поэтому в процессе нагрева изменяется режим автоге-
нератора. Для того чтобы выяснить характер изменения режима,
нужно установить зависимость эквивалентного сопротивления
контура #э0 от свойств материала. Располагая такой зависимостью,
легко судить об изменении мощности и к. п. д. автогенератора,
если воспользоваться графиками, аналогичными представленным
на рис. 4-32, а и б.
Необходимо подчеркнуть, что режим работы автогенератора,
наблюдаемый по приборам, может отличаться от режима, найден-
ного расчетным путем. Причины этого многообразны.
Может случиться, что параметры используемого экземпляра
лампы будут хуже параметров «усредненной» лампы, характе-
ристики которой приводятся в справочниках. Различие в пара-
метрах ламп влечет за собой различие в режимах. Если пара-
метры используемой лампы совпадают со средними, то к. п. д.
все же несколько завышается, а потери на аноде соответственно
занижаются из-за «хвоста» рабочей характеристики лампы, ко-
торый мы в расчете не учитывали.
На рис. 4-35 приведены реальная рабочая и идеализированная
характеристики. Справа на том.же рисунке показаны импульсы
Рис. 4-35. Реальная рабочая и идеализи-
рованная характеристики (а) и импульсы
анодного тока (б)
/ — реальные характеристика и импульс то-
ка; 2 — идеализированные характеристика и
импульс тока
117 *

анодного тоКа, соответствующие обеим характеристикам. Различие
в форме импульсов ведет к тому, что реальный импульс имеет
несколько большую постояиную составляющую, чем идеализи-
рованный импульс.
Амплитуды первых гармоник различаются мало. Следова-
тельно, реальному импульсу анодного тока соответствует боль-
шая подводимая мощность при такой же колебательной мощности,
большие потери на аноде и меньший к. п. д.
Некоторые из причин понижения мощности и к. п. д., завися-
щие от схемы, заключаются в следующем.
5) ъа.
Рис. 4-36. Век-
торная диаграм-
ма генератора в
случае, когда
цепь обратной
связи сдвигает
фазу , напряже-
ния возбужде-
г ния
Рис. 4-37. Искаженные второй гармоникой напряже-
ние возбуждения (а) и анодный ток (б)
Форма импульсов анодного тока и вре-
мя их появления для генератора, работаю-
щего в недонапряженном нлн критическом
режимах, в основном определяются напря-
жением на сетке. Если напряжение на сет-
ке" выражается формулой D-41а), то анодный ток представляет
собой ряд импульсов косинусоидальной формы, максимумы кото-
рых практически совпадают с максимумами сеточного напряже-
ния. В этом случае первая гармоника анодного тока совпадает по
фазе с сеточным напряжением возбуждения.
Векторы /а1 и 0е, изображающие эти колебания, представ-
лены на рис. 4-36. Если окажется, что цепь обратной связи гене-
ратора вызывает сдвиг по фазе между напряжением возбуждения
и напряжением на контуре (векторы 1/е и 0 на рис. 4-36), то
и первая гармоника анодного тока будет сдвинута по фазе на
угол ф относительно напряжения на контуре (векторы /а1 и О
на рис. 4-36). Это означает, что будет генерироваться такая частота,
при которой эквивалентное сопротивление контура будет иметь
реактивную составляющую. В этом случае колебательная мощ-
ность и к. п. д. должны вычисляться по формулам D-54) и D-596),
прнчем в нихч соз ф << 1.
Может также случиться, что напряжение на сетке будет со-
держать заметные высшие гармоники. Эти гармоники могут быть
созданы высшими гармониками как анодного, так и сеточного
тока. Под влиянием высших гармоник может заметно исказиться
118

форма сеточного напряжения и, как следствие, форма импульсов
анодного тока.
На рис. 4-37, а штриховыми линиями показаны первая и вто-
рая гармоники сеточиого напряжения, а сплошной линией —
их сумма. На рис. 4-37, б штриховой линией изображен импульс
анодного тока, который получился бы при угле отсечки 0 = 90°
при отсутствии второй гармониКи; сплошной линией показан
импульс при наличии второй гармоники. Как видно из этого
рисунка, весь импульс, а следовательно, и его первая гармоника
сдвинулись в сторону запаздывания. В этом случае первая гармо-
ника анодного тока оказывается сдвннутой по фазе относительно
контурного напряжения, и, следовательно, в формулах D-54)
и D-596) вновь оказывается соз <р < 1.
До сих пор мы рассматривали нормальные режимы авто-
генератора, т. е. такие режимы, при которых отсутствовали ди-
натронный эффект, термоэмиссия сетки и т. д. Теперь рассмотрим,
как влияют на режим эти явления, причем ограничимся лишь
качественным исследованием.
При наличии динатронного эффекта результирующий сеточ-
ный ток можно рассматривать как сумму нормального сеточного
тока (обозначим его временно буквой С&) и тока, обусловленного
динатронным эффектом (/д). Таким образом,
'в = 'в + 'а-
Разложив токи 1'& и г"а в ряд Фурье, найдем их первые гармо-
ники Гй\ и \д\ и проводимости промежутка сетка—катод для этих
Ч-армоник
Здесь йа — амплитуда напряжения возбуждения. Реактивными
составляющими проводимостей мы пренебрегли.
Так как динатронный ток отрицателен, то §д < 0; может
случиться, что результирующая проводимость §е = д'е + §д при
достаточно сильном динатронном эффекте также окажется отри-
цательной. При этом, как известно, могут возникать паразитные
колебания, называемые динатронными.
При сильно выраженном динатронном эффекте постоянная
составляющая сеточного тока может оказаться отрицательной.
При этом на сетку лампы подается от гридлика положительное
напряжение смещения. В этом случае отрицательная проводи-
мость §д оказывается особенно большой и возникновение паразит-
ных колебаний наиболее вероятно.
Динатронный эффект обычно проявляется при чрезмерно ма-
лых коэффициентах обратной связи и малых сопротивлениях анод-
ной нагрузки.
Если сеточный прибор дает отклонения в обратную сторону
(при условии, что он включен правильно), что указывает на
119

сильный динатронный эффект, то генератор следует выключить
и принять меры для устранения этого явления.
- Перейдем к рассмотрению влияния термоэмиссии сетки.
В § 4-2 уже указывалось, что под действием отрицатель-
ного напряжения на сетке часть эмиттированных сеткой элек-
тронов устремляется к катоду и, отдавая ему свою кинетическую
энергию, вызывает его дополнительный нагрев. Так как явление
носит лавинообразный характер,
то оно легко приводит к выходу
лампы из строя.
Другая часть электронов, эмит-
тированных сеткой, направляется
к аноду. Так как на аноде относи-
тельно сетки обычно положитель-
ное напряжение, то анодный ток,
обусловленный термоэмиссией 1л1
(в отличие от нормального анод-
ного тока г'а), протекает в течение
всего периода анодного напряже-
Рис. 4-38. Анодный ток лампы, ния (РИС- 4-38), причем он дости-
. обусловленный термоэмиссией гает максимума в тот момент вре-
сетки мени, когда оказывается макси-
мальным напряжение между ано-
дом и сеткой (еа—ей). Из рис. 4-38 легко заключить, что постоян-
ные составляющие токов га и 1а( складываются, а первые их
гармоники вычитаются. Отсюда следует, что подводимая мощ-
ность при наличии термоэмиссии увеличивается, а колебатель-
ная мощность уменьшается. В результате резко возрастают поте-
ри на аноде лампы, что также может привести к ее гибели.
Признаком появления термоэмиссии является самопроизволь-
ное и убыстряющееся возрастание постоянных составляющих
анодного и сеточного токов.
4-8. КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ КОЛЕБАНИЙ
В МНОГО КОНТУРНОМ ГЕНЕРАТОРЕ
Одноконтурным мы будем называть такой генератор, в схеме
которого могут возникнуть свободные колебания только одной
частоты. Если таких колебаний может возникнуть 2, 3, . . , п,
то генератор будет называться соответственно двухконтурным,
трехконтурным, п-контурным.
Заметим, что реальные, используемые на практике генераторы,
конструкции и схемы которых были рассмотрены ранее, как будет
видно из приведенных ниже примеров, всегда являются много-
контурными, если учесть контуры, образуемые дросселями, бло-
кировочными конденсаторами, паразитными индуктивностями и
емкостями и т. д. Отсюда видна практическая важность изучения
многоконтурных генераторов.
:]1<г(
120

Из п свободных колебаний я-контурного генератора могут
генерироваться колебания только тех частот, для которых вы-
полнены условия самовозбуждения. Если условия самовозбужде-
ния выполнены для нескольких из свободных колебаний, то обычно
генерируется лишь одно из них. Только в редких случаях воз-
можна генерация двух-трех колебаний одновременно. При этом
обычно частоты этих колебаний сильно различаются между собой.
Заметим, что изложенный в предыдущих параграфах материал
относится к одноконтурному генератору. Он, однако, остается
верен и для многоконтурного генератора при условии, что гене-
рируется лишь одно колебание.
С точки зрения практики случай, когда условия самовозбужде-
ния выполнены одновременно для нескольких колебаний, является
нежелательным, так как при этом генератор, как правило, работает
неустойчиво: в процессе нагрева или при регулировке режим ра-
боты генератора претерпевает резкие скачки, обычно сопрово-
ждающиеся ухудшением к. п. д. и возрастанием потерь на анодах
ламп. Такие изменения режима происходят тогда, когда условия
самовозбуждения для генерируемого колебания резко ухуд-
шаются, а для одного из других возможных колебаний соответ-
ственно улучшаются.
В этом параграфе рассматривается метод качественного иссле-
дования вопроса о том, сколько свободных колебаний допускает
схема данного генератора и каким из этих колебаний соответствуют
положительные коэффициенты обратной связи. Практическая
важность такого исследования весьма велика. Она позволяет
выяснить, будет ли генератор работать устойчиво и какие меры
можно принять в случае его неустойчивой работы для того, чтобы
он начал работать устойчиво.
Для упрощения задачи целесообразно пренебречь всеми актив-
ными сопротивлениями в схеме. При этом частоты свободных
колебаний обычно изменяются несильно.
Пренебрежение потерями сводится к тому, что малые активные
сопротивления, включенные последовательно с большими (по
сравнению с ними) реактивными сопротивлениями, полагаются
равными нулю; большие активные сопротивления, включенные
параллельно малым (по сравнению с ними) реактивным сопротив-
лениям, в частности сопротивления промежутков анод—катод
и сетка—катод, принимаются равными бесконечности. При этом
исследуемая схема делается реактивной.
Как известно [18], сопротивление реактивного двухполюс-
ника х с изменением частоты изменяется по одному из законов,
представленных на рис. 4-39. Частоты, на которых реактивное со-
противление обращается в нули и в бесконечности, называются
соответственно нулями и полюсами этого сопротивления.
Как видно из рис. 4-39, нули и полюсы всегда чередуются;
невозможно, чтобы два нуля или два полюса оказались рядом.
На нулевой или бесконечной частотах располагаются либо нули,
121

либо полюсы. По этому признаку различаются между собой че-
тыре кривые, представленные на рис. 4-39. Если при замыкании
накоротко всех индуктивностей рассматриваемого двухполюсника
последний также окажется замкнутым накоротко, то на нулевой
частоте будет расположен нуль; если же двухполюсник превра-
тится в емкость, то на нулевой частоте окажется полюс. Анало-
гично при замыкании накоротко всех емкостей двухполюсника на
бесконечной частоте будет лежать нуль или полюс в зависимости
от того, будет ли на этой частоте двухполюсник коротко замкнут
или будет представлять собой некоторую индуктивность.
Рис. 4-39. Четыре типа зависимости сопротивления
реактивного двухполюсника от частоты
Наклон кривых сопротивления всегда остается положитель-
ным. Переход через полюс сопровождается скачком сопротивле-
ния от -т-оо к —сю (при условии, что частота возрастает).
Все сказанное относительно сопротивления реактивного двух-
полюсника можно без всяких изъятий повторить и относительно
его проводимости Ь = —Их. Очевидно, что нули и полюсы со-
противления превращаются в полюса и нули проводимости.
Как мы знаем, в реальных индуктивностях и емкостях при на-
личии токов в них всегда расходуется некоторое количество энер-
гии. Поэтому двухполюсники, образованные из них, отличаются
от рассмотренных выше реактивных двухполюсников. Если по-
тери в двухполюснике невелики, то основное различие будет
вблизи полюсов реактивного двухполюсника. Рассмотрим это
различие подробнее. ,
Вблизи полюса реактивный двухполюсник ведет себя как па-
раллельный контур. При наличии потерь сопротивление такого
контура выражается формулой D-276). Положив хг = аЬ и
хг — —1/ (шС) и имея в виду D-10а) и D-19), это выражение можем
представить в виде
7 -= Р2 = ?Л. /4-86)
122

Введя обозначение
(^-?)*-*Ф.
D-87)
можем написать
О
29 = р Б соз фе-'4',
так же как мы это делали, исследуя в
предыдущей главе вносимое сопротив-
ление.
Найдем вещественную и мнимую
части эквивалентиого сопротивления:
I
?/ ' \
Яэ = р0созгср; D-88а)
хэ = — -^-зш2ф. D-886)
Максимальное значение хэ равно
рО/2, что составляет половину макси-
мального значения #э, и достигается
при ф = 45° или
-0=1.
со со0
(|H со
Если В > 1, что обычно имеет место,
то последнее равенство равносильно
следующему:
СО
1
1
± 2Д
Рис. 4-40. Зависимость со-
противления параллельного
контура от частоты при от-
сутствии потерь (штриховые
линии) хэ.бп и при наличии
потерь (сплошные линии)
(#э и хэ)
D-89)
Прн отсутствий потерь (т. е. при И = оо) выражение D-86)
превращается в
D-90)
■*э.бп
со
со„
о>о
— -+- 1/Оэто
(индекс «бп» означает «без потерь»). При-
выражение превращается в ±р_9 — ±Кэ0.
Можно, следовательно, высказать следующее важное утвер-
ждение.
Пусть штриховая кривая на рис. 4-40 изображает сопротивле-
ние х9. бп двухполюсника вблизи одного из полюсов при отсут-
ствии потерь. Для того чтобы изобразить сопротивление этого же
двухполюсника при наличии потерь, нужно знать его доброт-
ность Б. Зная эту добротность, найдем по формуле D-89), выбирая
в ней, например, знак минус, частоту о> = и0 A ш~\ Зна-
чение х3, бп при этой частоте дает значение #э0. Половина этой
величины дает значение хэ, макс с учетом потерь.
Для построения графика хэ (с учетом потерь) мы располагаем
следующими данными: вдали от со0 кривые х3 с учетом и без учета
потерь практически совпадают, точка хэ, макс найдена, при со =
123

= ю- значение хэ = 0. Для построения графика #э нам известны
#эо и точка, в которой #э = Кэ0/2. На рис. 4-40 по этим данным
изображены графики для хэ и #э с учетом потерь.
Изложенные выше общие сведения о реактивных двухполюс-
никах находят непосредственное применение при качественном
определении частот свободных колебаний в реактивной цепи.
Как известно, свободные колебания в такой цепи — гармони-
ческие функции времени. Для определения их частот надо соста-
вить и решить характеристическое уравнение
цепи. Его корни дадут искомые частоты.
Чтобы составить характеристическое уравнение, надо выбрать
один из проводов цепи (любой) и разорвать его. Сопротивле-
ние 2ра3р = /#ра-.р между концами, образовавшимися в резуль-
тате разрыва провода, называется с о п р о т-и влением раз-
рыва. По этому сопротивлению протекает свободный ток /,
создающий на нем напряжение ]хр&зр1. Поскольку в рассматри-
ваемой.цепи отсутствует э. д. с, то это напряжение равно нулю.
Так как / Ф 0, то
*разр N = 0. D-91)
Это и есть характеристическое уравнение реактивной цепи.
Следовательно, частоты свободных колебаний в такой цепи
являются нулями функции Хра3р (со). Если нарисовать пример-
ный график этой функции (он будет иметь вид одного из графиков,
представленных на рис. 4-39), то его нули укажут число свобод-
ных колебаний и их примерные частоты.
Часто удается выбрать точку разрыва так, чтобы сопротив-
ление .Хразр распалось на несколько слагаемых. Полюсы суммар-
ного сопротивления совпадают с полюсами слагаемых. Помня,
что между полюсами расположен только один нуль, и выяснив
поведение функции лгразр (со) при со = 0 и со = со, легко начер-
тить качественный ход функции хразр (со) и определить число
нулей.
Если схема генератора состоит из нескольких (например, п)
параллельных участков, то, отделив разрывом участок с прово-
димостью Ьг от остальных участков, уравнение лгразр (со) = 0
можно записать в виде
Ьх ^ Ь2 + Ь3 + ■ ■ • + Ьп "•
где Ь1г Ь2, • ■ •, Ьп — проводимости участков.
Приведя это выражение к одному знаменателю и опустив его,
получим:
Ьг + Ь2 + Ь3 + ■ ■ ■+ Ьп = 0. D-92)
Теперь отыскание нулей можно провести так же, как выше,
найдя предварительно полюсы каждого из слагаемых.
124

В качестве примера рассмотрим эквивалент схемы генератора
60-киловаттной установки ЛГПЗ-60 модели 1951 г. (рис. 4-41, а).
Для определения числа свободных колебаний произведем разрыв
схемы в точке А. При этом схема распадается на два последова-
тельно соединенных участка, подключенных к точкам А и Б.
Каждый из участков содержит по параллельному колебательному
контуру. На каждый из контуров приходится по одному полюсу.
Кроме того, имеется полюс при со = оо; при со = О имеется нуль.
На основе этих сведений легко по-
строить график *разр(сй). Он изо-
бражён на рис. 4-41, б.
а)
А
Рис. 4-41. К определению
частот свободных коле-
баний в схеме генератора
ЛГПЗ-60 (модель 1951 г.)
Рис. 4-42. К определению
частот свободных колеба-
ний в схеме генератора
ЛГЗ-100 (модель 1953 г.)
Таким образом, в рассматриваемой системе могут существо-
вать два свободных колебания (по числу нулей, которые на
рис. 4-41, б отмечены цифрами / и 2).
В качестве второго примера рассмотрим эквивалент схемы
генератора стокиловаттной установки ЛГЗ-100 модели 1953 г.
Эта схема отличается от предыдущей только добавочным кон-
денсатором в левом-контуре (рис. 4-42, а). Будем действовать
так же, как в предыдущем примере. Мы убедимся, что введе-
ние добавочного конденсатора сказалось лишь на том, что нуль
при со = 0 превратился в полюс. Кривая лгра3р (со) для этого случая
представлена на рис. 4-42, б. В этом случае имеются уже три
нуля A, 2, 3) вместо двух в предыдущем примере.
Таким образом, генераторы, колебательные системы которых
изображены на рис. 4-41, а и 4-42, а, являются соответственно
двухконтурным и трехконтурным.
В отношении коэффициента обратной связи мы ограничимся
лишь замечанием, которое часто облегчает его определение.
Пусть схема генератора распадается на две части 1 и 2, соеди-
ненные только двумя проводами, причем первая часть содержит
зажимы а, § и к — анода, сетки и катода лампы (рис. -43, а).
Для определения коэффициента обратной связи можно отбросить
вторую часть, заменив ее э. д. с. Е. Из получившейся в резуль-
125

тате схемы (рис. 4-43, б) легко определить комплексные ампли-
туды сеточного (между точками § и к) и контуриого (между точ-
ками к и а) напряжений. Они, очевидно, будут пропорциональны
э. д. е. Е:
0е =аЁ и(/= ЬЁ.
Здесь а и Ь — Коэффнциенты пропорциональности, вычисляе-
мые исходя из схемы рие. 4-43, б. Отсюда лепсо иаити и коэффи-.
циент обратной связи:
0 Ъ
а)
а о—
<7о_
к О—
Я)
1
/
1
5> Г
(Го—
до-
к°—
1
1
ч*
1
1
1
1'
Во многих случаях схема генератора
может быть приведена к частному виду,
представленному на рис. 4-44. В этих
00-
Рис. 4-43. К опре-
делению коэффици-
ента обратной связи
Рис. 4-44. Часто
встречающаяся на
практике схема ге-
нератора
Рис. 4-45. Упрощенное изо-
бражение схемы генератора
ЛГД-10 модели 1952 г. (при-
водится к виду рис. 4-44)
случаях анализ упрощается. Действительно, произведя разрыв,
например, в точке А, можем написать
Хразр === Ха-$ ~\~ Х% -\- Ха == I), D-Уо)
Коэффициент обратной связи
""■" Ха D-94)
'й-к
х&
-Л<-а *а-г
+**
Учитывая D-93), можно написать
Ъ = хй/ха. . D-95)
Так КаКдля колебании, которые могут генерироваться, к >■ О,
то х« и ха имеют на частоте генерации одинаковые знаки.
Из D-93) имеем:
—ха.е = х& + ха. D-96)
Следовательно, знак сопротивления ха.е на частоте генерации
обратен знакам сопротивлений хе и ха.
Для того чтобы выяснить число свободных колебаний и число
колебаний, которые могут^генерироваться, следует нарисовать
графики сопротивлений х&, ха, х& + ха и —х^ как функции
частоты. Последние два графика следует совместить. Точки пере-
126

сечения графиков (ха + ха) и (—ха.е) дадут частотьГсвободных
колебаний. Те из этих частот, для которых х8 и ха окажутся
одного знака, могут генерироваться.
Поясним изложенное примером. Схема первоначального вари-
анта генератора десятикиловаттной коротковолновой установки
ЛГД-10 модели 1952 г. при некоторых допущениях может быть
приведена к виду рис. 4-45. Легко видеть, что эта схема относится
0,0-
7, о
к, о
г^к
>У<=&.
т=^Е
Рис. 4-46. К определению
частот колебаний, кото-
рые могут генериро-
ваться в схеме рис. 4-45
к тому типу схем, общий вид ко-
Рис. 4-47. К анализу схем двухтакт-
ных генераторов: а — общий вид, к ко-
торому могут быть приведены схемы
некоторых двухтактных генераторов;
б — эквивалентная схема для опреде-
ления частот двухтактных колебаний;
торых изображен на рис. 4-44, в ~ эквивалентная схема для опреде;
-причем для нее'лга-г = -=-
ления „частот однотактных колебаний
а-в
На рис. 4-46, а, б, в построены кривые сопротивлений х&,
Ха + Ха И
ха-г —
шС
а-е
причем последние два графика сов-
мещены. На рис. 4-46, в отмечены три точки A, 2, 3) пересечения
кривых х„ + хя и —ха.е, соответствующие свободным колебаниям
в схеме. Из этих колебаний могут генерироваться только первое
и второе, так как для них знаки х& и ха совпадают (оба сопро-
тивления положительны). Для третьего колебания, как видно из
рисунка, ха > 0, но хе < 0; оно, следовательно, не может гене-
рироваться.
До сих пор мы рассматривали однотактные схемы. Рассмотрим
теперь двухтактные схемы. -'
В общем случае двухтактная схема анализируется так же, как
однотактная. Однако, так как она содержит большее количество
элементов, то и анализ ее значительно сложнее. Анализ суще-
ственно упрощается, если двухтактная схема может быть при-
ведена к виду, представленному на рис. 4-47, а. Здесь по-прежнему
а1( 81> к1 и й2. #2. «2 — точки присоединения анодов, сеток и ка-
тодов ламп. Многополюсники 1 и 2 совершенно симметричны по
отношению к точкам 01г 02 и 03.
127

В этом случае, который в электротермической практике часто
встречается, все свободные колебания целесообразно разделить
на двухтактные и однотактные.
Двухтактными будем называть такие колебания, при
которых мгновенные потенциалы точек а1г §1г кх обратны по знаку
соответствующим мгновенным потенциалам точек а2, §2 и кг- При
этом из-за симметрии потенциалы точек О-, 02 и 03 равны нулю,
й потому их можно соединить с землей. В результате схема рас-
падается на две идентичные части, одна из которых представ-
лена на рис. 4-47, б. Таким образом, частоты двухтактных коле-
баний двухтактной схемы совпадают с частотами свободных коле-
баний в однотактной схеме (рис. 4-47, б).
а) I. ^Р<*б СраВ .
Рис. 4-48. Пример схемы, которая приводится к схеме рис. 4-47:
а — упрощенная схема генератора установки ЛГЕ-3 (модель
1951 г.); б — эквивалентная схема для двухтактных колебаний;
в — эквивалентная схема для однотактных колебаний
Однотактными будем называть такие колебания, при
которых мгновенные потенциалы соответствующих точек (ах и а2,
8\ и 8%, кг и ка) совпадают. В этом случае можно соединить на-
коротко соответственно аноды, сетки и катоды лампы. Изучаемая
схема при этом превратится в параллельное соединение двух
идентичных однотактных схем, одна из которых представлена
на рис. 4-47, е. Таким образом, частоты однотактных колебаний
двухтактной схемы совпадают с частотами свободных колебаний
в однотактной схеме (рис. 4-47, в).
Из соображений симметрии ясно, что никаких других коле-
баний, кроме двухтактных и однотактных, в схеме быть не может.
Для примера рассмотрим двухтактную схему, изображенную
на рис. 4-48, а. При некоторых допущениях ее можно считать экви-
валентом схемы генератора одного из вариантов коротковолновой
установки ЛГЕ-3 модели 1951 г.
Легко видеть, что эта схема и схема, изображенная на
рис. 4-47, а, относятся к одному и тому же типу. Частоты двух-
тактных и однотактных колебаний в рассматриваемой схеме могут
128

быть найдены соответственно из схем, представленных на
рис. 4-48, б и 4-48, в. Эти схемы различаются между собой лишь
индуктивностями (в первой Ьх, а во второй Ьг + 2Ьлр). Анали-
зируя их.методом, указанным выше, легко убедиться, что в самом
неблагоприятном случае могут генерироваться два двухтактных
и два однотактных колебания.
Меры подавления нежелательных колебаний будут рассмо-
трены в следующем параграфе.
4-9. БОРЬБА С НЕУСТОЙЧИВОСТЬЮ
РАБОТЫ АВТОГЕНЕРАТОРА
Условимся все колебания, генерируемые рассматриваемым
генератором, кроме рабочего, называть паразитными.
Генератор работает устойчиво, если в процессе его работы илн
при его регулировке „генерируется только рабочее колебание.
В этом параграфе рассматриваются меры борьбы с неустойчи-
востью работы автогенераторов.
Заметим, что неустойчивый в некоторой мере генератор иногда
с успехом может быть использован на практике. Пусть, напри-
мер, неустойчивость появляется при сильной перегрузке генера-
тора. Поскольку перегрузка генератора допущена быть не мо-
жет, очевидно, указанная неустойчивость роли не играет.
Основываясь па условиях самовозбуждения, рассмотренных
в предыдущей главе, можно наметить три пути борьбы с паразит-
ными колебаниями:
1) такой выбор схемы автогенератора, при котором число не-
желательных свободных колебаний сокращается до минимума,
а их разнос по частотам оказывается наибольшим;
2) такой выбор схемы обратной связи, при котором коэффи-
циент обратной связи на нежелательной частоте оказывается либо
отрицательным, либо, если он положителен, достаточно малым;
3) введение в схему таких элементов (активные сопротивле-
ния, емкости, индуктивности), которые делают эквивалентное
сопротивление на нежелательной частоте настолько малым, что
условие самовозбуждения для схемы перестает выполняться; при
этом, однако, надо следить, чтобы на рабочей частоте самовоз-
буждение не затруднялось.
Меры борьбы с неустойчивостью работы автогенераторов для
конкретности рассмотрим на частных примерах. Начнем с длин-
новолновых автогенераторов.
Пусть задан автогенератор, схема которого, представлена на
рис. 4-49. Легко проверить, что в этом автогенераторе, помимо
основного колебания рабочей частоты, могут возникнуть длинно-
волновое и ультракоротковолновое паразитные колебания. На
рис. 4-50, а, б к в представлены эквивалентные схемы рассматри-
ваемого генератора для каждого из этих колебаний. При состав-
лении этих схем было принято, что на рабочей частоте и тем более
9 Заказ 1113
129

на частоте длинноволнового паразитного колебания можно пре-
небречь всеми паразитными, и в частности внутриламповыми,
индуктивностями и емкостями, кроме емкости между анодом и
сеткой. Несмотря на малость этой емкости, она может существенно
повЛиять на работу схемы, как будет показано ниже. На рабочей
частоте мы можем считать сопротивления всех блокировочных
конденсаторов равными нулю. Анодный
дроссель Адр1 оказывается при этом
включенным параллельно индуктив-
ности контура (рис. 4-50, а).
На частоте длинноволнового пара-
зитного колебания блокировочные кон-
денсаторы необходимо принять во вни-.
мание. Зато контурный конденсатор
можно отбросить, считая его сопротив-
ление бесконечно большим (рис. 4-50,6).
На частоте ультракоротковолнового
паразитного колебания все блокиро-
вочные и контурный конденсаторы мож-
но рассматривать как короткие замы-
кания, а все дроссели — как обрывы в цепи. Принимая во
внимание внутриламповые индуктивности и емкости, можно со-
ставить эквивалентную схему, изображенную на "рис. 4-50,-' в.
Рис. 4-49. Пример схемы
длинноволнового автогене-
ратора
а)
Щ1
Рис. 4-50. Схемы, эквивалентные изображенной на рис. 4-49:
а — для основного; б — для длинноволнового ив — для
ультракоротковолнового колебаний
Рассмотрим сначала меры борьбы с длинноволновым паразит-
ным колебанием. Из схемы рис. 4-50, б видно, что обратная связь
осуществляется, во-первых, трансформаторно (так же как на ра-
бочей волне) и, во-вторых, через емкость Са-Й. Хотя емкость Са.г
весьма мала и, следовательно, ее сопротивление весьма велико,
но так как последовательно с ней включен параллельный контур,
образованный Ь№2 и Сбл2 , сопротивление которого может ока-
заться также весьма большим, эта емкость должна быть принята
во внимание.
Коэффициент обратной связи, обусловленный трансформатор-
ной связью, имеет отрицательный знак. Это легко проверить
путем следующего рассуждения. На рис. 4-50, а, относящемся
к рабочему колебанию, катушка Ьн, с которой связана катушка Ьй,
130

образует (совместно с ЬАр1) индуктивную ветвь контура. На
рис. 4-50, б, который относится к длинноволновому паразитному
колебанию, эта же катушка Ья входит в емкостную ветвь контура.
Следовательно, знаки коэффициентов обратной связи в этих двух
случаях различны. Так как на рабочей частоте знак к должен
быть положительным, то для рассматриваемого паразитного ко-
лебания он оказывается отрицатель-
ным, и поэтому эта обратная связь
роли не играет.
Коэффициент [обратной связи, обу-
словленный емкостью Са.г, оказывает-
ся положительным, что легко заклю-
чить из рис. 4-51. На этом рисунке
изображены сопротивления хя и х&,
их сумма ха + хе и сопротивление ха.й
с обратным 'знаком, причем индуктив-
ностями \Ь^ и Ьа мы пренебрегли.
Точки пересечения кривых ха + хё и Ка*^
— ха.е задают частоты свободных ко-
лебаний. Из рисунка видно, что толь-
ко на меньшей из частот свободных
колебаний ха > 0 и хе > 0. Следова-
тельно, только это колебание может
генерироваться. Для того чтобы коэф-
фициент обратной связи оказался ма-
лым на этой частоте, хг должно быть
Рис. 4-51. К определению
частоты длинноволнового па-
разитного колебания
мало, аха — велико. Из "рис. 4-51 легко
заключить, что для этого нужно, чтобы собственные частоты кон-
туров Ь
Др!
-бл1
и Ь
'№■
7бл2 различались как можно больше,
лричем собственная частота контура Ьдр2, Сбл2 должна быть
больше
лать Ь
Для того чтобы получить такой результат, нужно еде
Др1
по возможности большим, а Ь
ДР2
по возможности
малым.
Для того чтобы не возникли паразитные колебания, помимо
малого к, надо получить еще и малое #э0. Для этого нужно ввести
активное сопротивление в контур. Введение активного сопро-
тивления последовательно с дросселем Ьяр1 (рнс. 4-49) нежела-
тельно, так как по этому дросселю протекает постоянная состав-
ляющая анодного тока, которая создаст в активном сопротивле-
нии большие потери энергии. Активное сопротивление следует
ввести последовательно с сеточным дросселем Ьдр2 (рис. 4-49).
Если это сопротивление обеспечит настолько большое затухание,
что окажется |ха.в|> \ха + хе\ (рис. 4-51), то длинноволновое
паразитное колебание не сможет возникнуть.
Перейдем к ультракоротковолновому паразитному колебанию.
Из рис. 4-50, в видно, что схема, обусловливающая это паразит-
ное колебание, образована межэлектродными емкостями лампы
и индуктивностями Ье и Ьпр. Последняя индуктивность обуслов-
9*
131

лена соединительными проводами. По внешнему виду эта схема
не отличается от схемы рис- 4-50, б, соответствующей длинно-
волновому паразитному колебанию (при условии, что в последней
отсутствуют Ье и Ьн). Следовательно, кривые, представленные
на рис. 4-51, качественно изображают процесс и на УКВ. Однако
в этом случае меры, которые мы применяли на длинных волнах,
оказываются; непригодными, так как всегда Ье ^> Ьпр. Поэтому
коэффициент обратной связи на УКВ, как правило, оказывается
большим. Этим объясняется бурное возникновение ультракоротко-
волновых паразитных колебаний, сопровождающееся большим
анодным током и большими потерями на аноде.
Для подавления этих паразитных колебаний следует вводить
в цепь анода и сетки сопротивления, шунтированные малыми
дросселями (рис. 4-52). Постоянные составляющие анодного и се-
точного токов проходят по дросселям, минуя активные сопротив-
ления. Для длинноволновых рабочих колебаний сопротивление
дросселя должно быть значительно меньше активного сопротив-
ления и потому общее сопротивление оказывается индуктивным.
Для ультракоротковолновых паразитных колебаний, наоборот,
активное сопротивление оказывается меньше индуктивного и ре-
зультирующее сопротивление будет практически активным. Таким
образом, на ультракоротковолновых колебаниях в контуры вво-
дится большое затухание.
Полезно также включить параллельно зажимам сетка—катод
как можно ближе к лампе антипаразитную емкость. Величина
этой емкости должна быть как можно больше, однако такой, чтобы
не мешать генерации рабочего колебания. Наряду с антипаразит-
ной емкостью обязательно следует включать в схему сопротивле-
ния, шунтированные индуктивностями, как было указано выше.
Если в схеме длинноволнового генератора работают две лампы
(в параллель или двухтактно), то способность к генерации пара-
зитных колебаний возрастает. При наличии двух ламп в схеме
могут возникать как однотактные, так и двухтактные паразитные
колебания. Однотактными называются такие колебания,
при которых потенциалы анодов обеих ламп, так же как потен-
циалы сеток и катодов, совпадают. Если же эти потенциалы равны
по абсолютной величине, но обратны по знаку, то колебания назы-
ваются духтактными.
Рассмотрим сначала генератор с параллельно включенными
лампами. Однотактные паразитные колебания в этом случае по-
давляются так же, как в рассмотренном выше одноламповом гене-
раторе. Двухтактные паразитные колебания обычно являются
ультракоротковолновыми. Роль индуктивностей играют провода,
соединяющие лампы. Для подавления таких паразитных колеба-
ний целесообразно соединить аноды и сетки ламп безындукцион-
ными активными сопротивлениями, например силитовыми стерж-
нями (рис. 4-53). При однотактных колебаниях в антипаразитных
сопротивлениях не расходуется мощность. Они в этом случае
132

не работают. При двухтактных колебаниях антипаразитные со-
противления оказываются под большим высокочастотным на-
пряжением и поглощают большую мощность. Очевидно, что
они обусловливают большое затухание двухтактных колебаний.
Рис. 4-52. Средства по-
давления ультракорот-
коволновых паразит-
ных колебаний в од-
нотактном автогене-
раторе
Рис. 4-53. Средства подавле-
ния двухтактных ультрако-
ротковолновых паразитных
колебаний в схеме длинно-
волнового генератора, лампы
которого соединены парал-
лельно
Двухтактный генератор менее склонен к генерации паразит-
ных колебаний, чем однотактныи с двумя лампами, включенными
параллельно.
Помимо обычных, описанных выше мер подавления паразит-
ных колебаний, можно для борьбы с однотактными колебаниями
гП^И
а
(а) о—г
(кI—\
\С„
к
(9) *
1
Рис. 4-54. Средства подавления одно-
тактных пар 1 итных колебаний — ан-
типаразитные сопротивления К^. и Ц2
Рис. 4-55. Схема генератора,
коэффициент обратной связи ко-
торого меняет знак при перехо-
де от одной частоты к другой
рекомендовать включение антипаразитных сопротивлений /?х и Я2
так, как показано на рис. 4-54. На двухтактные колебания эти со-
противления не влияют, так как они оказываются включенными
между точками с равными потенциалами. Для однотактных коле-
баний они оказываются включенными в контур и создают значи-
тельное затухание.
До сих пор мы говорили об одноконтурных генераторах. Как
известно, на практике широко используются и двухконтурные
генераторы, к рассмотрению которых мы и перейдем. В двухкон-
133

турном генераторе могут генерироваться два колебания. Одно
из них мы будем рассматривать как рабочее колебание, а дру-
гое — как паразитное. Нашей задачей является такой выбор
обратной связи, при котором паразитное колебание не может гене-
рироваться. Убедимся прежде всего в том,
что обычные способы подачи напряжения с
этой точки зрения оказываются непригод-
ными. Действительно, при трансформа-
торной, автотрансформаторной или ем-
костной обратных связях, Изображенных
на рис. 4-20, коэффициенты обратной свя-
зи оказываются постоянными положи-
тельными числами, которые не зависят
от частоты. Поэтому на частотах обоих
колебаний связи коэффициент обратной
связи сохраняет одно и то же значение.
Следовательно, оба колебания могут ге-
нерироваться и работа генератора будет-
неустойчивой. Для того чтобы генериро-
валось только одно колебание, коэффи-
циент обратной связи должен зависеть от
частоты и менять свои знак при переходе
от одной частоты к другой.
Простейшая схема, в которой коэф-
фициент обратной связи ведет себя
требуемым образом, представлена на
рис. 4-55. Точки присоединения анода,
сетки и катода лампы обозначены буквами
а, § и к. Те же буквы в скобках обозна-
чают второй вариант присоединения
лампы.
Коэффициент обратной связи для пер-
вого варианта присоединения лампы вы-
ражается формулой
Рис. 4-56. К определению
частоты колебания, ге-
нерируемого в схеме
рис. 4-55: а — график
зависимости хразг> от ча-
стоты; б и в — графики за-
висимости коэффициента
обратной связи от частоты
при двух способах под-
ключения лампы к коле-
бательной системе
аЬа
1
■— 1
мСй
С-
С0--Й
шСо
соС«
ю-
сот
D-97)
где
Су
@-
1
СеРк
Сё + ск ' ё ^ёРё
Ш? =
Ь^С1
:©,
('+*)•
Эта формула вытекает из формулы D-94).
На рис. 4-56, а изображена зависимость сопротивления л:разр
от частоты для рассматриваемого случая. Нули этого сопротив-
ления определяют частоты свободных колебаний. На рис. 4-56, б
показан график коэффициента обратной связи, построенный на
134

основании формулы D-97). Из этого рисунка видно, что коэффи-
циент обратной связи сохраняет положительный знак (что не-
обходимо для самовозбуждения) только в промежутке между
частотами сой я ю^ В случае, представленном на рисунке, будет
генерироваться колебание с меньшей частотой. Очевидно, что
можно выбрать частоты сой и а1 так, чтобы генерировалось коле-
бание с большей частотой.
Если выбран второй способ подключения лампы (буквы а, §
и к в скобках на рис. 4-55), то коэффициент обратной связи выра-
жается формулой
(йЬа
к =
-оСй _
Ск_
соСк
1
D-98)
На рис. 4-56, в представлен график к в этом случае. Очевидно,
что при таком включении лампы можно создать условия (они
показаны на рис. 4-56, в), когда может генерироваться только
одно медленное колебание связи.
е о-
/Го-
Рис. 4-57. Схема генератора, в
котором напряжение возбужде-
ния подается из второго контура
\НК
Рис. 4-5§. Схема длинноволновых ге-
нераторов предприятия «Севзаппром-
электропечь», предложенная Ю. Б.
Вигдоровичем
Подавления одного из колебаний связи можно добиться, если
связывать цепь сетки со вторым контуром (рис. 4-57). Коэффи-
циент обратной связи в этом случае
к = 0^ =
1*тЦ
(йЬв
/2/со/,г + /-.
D-99)
/сйСх
со1е —
Отношение токов в двух связанных контурах выражается
формулой
'1111г = -2г11съ, D-100)
которую легко получить из уравнения D-99).
Если пренебречь активным сопротивлением второго контура, то
А/4^ — *«/*« D-Ю1)
к-.
(йЬа
^СВ 1 ЮС/х
D-102)
135

'! Для того чтобы к оказалось положительным, х21хсъ должно
, \ быть отрицательным и превышать по абсолютной величине соЬй.
\Так как на разных частотах связи сопротивление второго кон-
■тура имеет разные знаки, то в зависимости от знака хсв будет
"Генерироваться либо медленное, либо быстрое колебание связи.
На медленной частоте связи х2 < 0. Для того чтобы генерирова-
лось медленное колебание связи, должно быть хсв > 0. Если сде-
лать хсв < 0, то будет генерироваться быстрое колебание связи,л
для которого х2 > 0. Изменения знака можно добиться путем
переключения концов, идущих либо к катушке Ьи либо к ка-
тушке Ь2 (рис. 4-57).
Если не пренебрегать сопротивлением второго контура, то
т^-тЧ1-'-?-)- D03)
Отметим, что отношение гг1х2 может быть достаточно большим
\ Поэтому пренебрежение этой величиной допустимо лишь при к а
!|Чественных исследованиях. Если учесть сопротивление второго
,: ' контура, то коэффициент обратной связи становится комплексным
; числом. Как мы знаем, в этом случае автогенератор работает на
'! расстроенный контур. Это вызывает уменьшение мощности и
} к. п. д. генератора, тем большее, чем больше г2/х2.
Для того чтобы уменьшить отношение г2/хг, нужно макси-
мально увеличить х2, т. е. генератор должен работать на частоте,
достаточно сильно отличающейся от собственной частоты второго |
контура. Расстройка второго контура при постоянной связи между
контурами сопровождается, как мы знаем, уменьшением вноси-
мого сопротивления. Это сопротивление можно довести до исход-
ного значения путем увеличения связи. При этом, однако, возни- *
кают конструктивные трудности осуществления большой связи.
^Эти затруднения и ограничивают величину приемлемой рас-
г стройки второго контура.
г\^ Контуры генераторов мощных длинноволновых установок,
^выпускаемых нашей промышленностью, строятся по схеме, пред-
м. ложенной Ю. Б. Вигдоровичем (рис. 4-58).
Легко проверить, что эта схема является трехконтурной. Для
^ этого произведем разрыв этой схемы в точке, помеченной бук-
1"> вой р на рис. 4-58. Сопротивление разрыва складывается из со-
противлений двух соединенных последовательно параллельных
контуров — анодного А К я нагрузочного НК- Обозначим сопро-
тивления этих контуров буквами ха и хн. Для того чтобы сопро-
- тивление разрыва оказалось равным нулю, необходимо
Л ха = — хн. D-104)
Для определения частот свободных колебаний представим со-
противления ха и хн (последнее с обратным знаком) графически
(рис. 4-59, а). Точки пересечения кривых ха и.—хп дадут частоты
свободных колебаний. Как видно из рисунка, всегда существуют
136

три точки пересечения. Следовательно, в системе существуют три
свободных колебания и она является трехконтурной.
Обозначим нули сопротивления ха (в порядке возрастания)
буквами ту и со2, нуль сопротивления ха — буквой со0н и полюсы
сопротивлений ха и хн ■— буквами соа
и со„. В частном случае, представленном
на рис. 4-59, легко заключить, что
наименьшая из частот свободных ко-
лебаний меньше, чем любая из частот
сох, со 2, соа и сон. Наибольшая из частот
свободных колебаний больше, чем лю-
бая из этих частот. Средняя из частот
свободных колебаний лежит между ча-
стотами сох и со2, а также между ча-
стотами соа и сон.
Выясним, какие из трех свободных
колебаний могут генерироваться, если
лампа присоединена к точкам а, д и к,
отмеченным на рис. 4-58. Обозначим
токи, протекающие по ветвям анодного
контура, буквами /- и /2 и выберем
их положительные направления, как
показано на рис. 4-58. Сопротивления
ветвей обозначим соответственно Ъх
Коэффициент обратной связи
1
Рис. 4-59. К определению
частот колебаний, генерируе-
мых в схеме рис. 4-58
]ХХ и
]Хг.
и
й-к
/
(йСс
± /о) | М |
л
— 1
1
0)Са
Так как /-я-, = 12х2
то
-СО'
М\С^.
D-105)
D-106)
Если в этой формуле выбран в скобке знак плюс, то к будет
положительным только в том случае, если х± и х2 разных знаков.
На рис. 4-59, б представлены сопротивления хх и х2. Из этого
рисунка видно, что хх и х2 оказываются разных знаков только
при частотах, лежащих между нулями этих сопротивлений,
т. е. между частотами сог и со2- В случае, представленном на
рис. 4-59, б, между этими частотами лежит только средняя из
частот, свободных колебаний. Следовательно, в этом случае может
генерироваться только одно среднее колебание. Учитывая, что
-°н < Юон и «! < соа < со2, можно составить десять комбинаций
расположения нулей и полюсов, например: сон, со0н, со
1>
•и
со
Он»
со„
со2 и т. д.
При соп < со-, построив графики, аналогичные представлен-
ным на рис. 4-59, легко убедиться, что одно колебание будет гене-
137

Х0 ,
рироваться лишь при условии, что либо й0н < со1( либо оHн >
> со2. Если ©-_ < юн < а>2, то-одно колебание будет генериро-
ваться при условии, что со0н > со2. Наконец, в случае со0н*;> ю2
будет генерироваться только одно колебание со средней частотой.
Если в формуле D-106) выбран
знак минус, то могут быть два
случая: либо ю2|М|Сй << 1, либо
со2|М|Сг > 1. В первом случае
сохраняет силу сказанное выше.
Во втором случае коэффициент
обратной связи оказывается по-
ложительным при условии, что
сопротивления хх и х2 имеют одина-
ковые знаки. В этом случае будут
ьраб-г*
Рис. 4-60. Эквивалент устойчи-
вой схемы коротковолнового
генератора, предложенного
Ю. Б. Вигдоровичем
Ха+Эу,
Рис. 4-61. К определению час-
тоты колебания, генерируемого
в схеме рис. 4-60
Рис. 4-62. Устойчивая схема коротковолнового генератора, ■
предложенная Г. С. Раммом (а), и ее эквивалент (б)
генерироваться те колебания, которые в предыдущем случае ге-
нерироваться не могли, и наоборот. '
Перейдем к схемам генераторов коротковолновых установок.
Заметим прежде всего, что в схемах этих генераторов очень важ-
ную роль играют межэлектродные емкости. Они составляют су-
щественную, нередко преобладающую часть емкостей контуров
генератора. Поэтому включение антипаразитных сопротивлений,
138

показанных на рис. 4-52, является неприемлемым. Антипаразит-
ные сопротивления в этих схемах могут и должны применяться
для подавления длинноволновых паразитных колебаний. Они
в этих случаях включаются последовательно с сеточными дроссе-
лями.
Основным средством борьбы с коротковолновыми и ультра-
коротковолновыми паразитными колебаниями является правиль-
ный выбор схемы генератора.
Выше мы рассматривали ранний вариант схемы генератора
ЛГД-10 модели 1952 г. (рис. 4-45) и показали, что в этой схеме
могут генерироваться два колебания,
вследствие чего работа генератора не
будет устойчивой.
Рассмотрим сейчас два примера
устойчивых схем коротковолновых ге-
нераторов. Ю. Б. Вигдорович предло-
жил схему, эквивалент которой пред-
ставлен на рис. 4-60, Легко видеть,
что этот генератор, так же как боль-
шинство других коротковолновых гене-
раторов, относится к типу, представ-
ленному на рис. 4-44. Поэтому анализ
его схемы можно произвести, изобра-
'жая графически сопротивления ха, хе,
, ха-д
Л 2 I ля
ха.е так, как было ука-
Рис. 4-63. К определению
частоты колебания, генери-
руемого в схеме рис. 4-62
зано в § 4-8. На рис. 4-61 показано
соответствующее построение. Нетрудно
видеть, что при любом расположении
полюсов сопротивлений ха и х8 из двух
свободных колебаний может генериро-
ваться, либо одно колебание, либо ни
одного.
В качестве другого примера рассмотрим схему, предложенную
Г. С. Раммом (рис. 4-62, а). В этой схеме, как видно из рисунка,
по высокой частоте заземлен анод. Поскольку источник напряже-
ния накала лампы также должен быть заземлен, ток накала под-
водится через контурную катушку Ьк и специальный дроссель Ь№.
Этот недостаток схемы становится несущественным на коротких
волнах, когда в качестве контурных катушек используются ка-
тушки малой индуктивности, выполняемые из проводов большого
сечения и периметра.
Достоинством схемы является то, что стенд водяного охлажде-
ния анода лампы не находится под высокочастотным потенциалом
относительно земли.
На рис. 4-62, б приведена эквивалентная схема последнего
генератора. На рис. 4-63 изображены его сопротивления ха.е,
хл, ха-е + ха и — хе. Поскольку сопротивлание хе в этой схеме
емкостное, сопротивление ха также должно быть емкостным,
139

а сопротивление ха.ё — индуктивным. Из рис. 4-63 легко видеть,
что в том случае, который изображен на рисунке, может генери-
роваться только второе (в порядке возрастания частот) колебание.
При любом другом расположении полюсов сопротивлений ха.&
и ха число колебаний, которые могут генерироваться, будет равно
либо единице, либо нулю.
Главапятая
АНАЛИЗ схем ламповых автогенераторов
ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА
5-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
В предшествующих главах книги были рассмотрены основные
вопросы, касающиеся конструкций, принципиальных схем и основ
расчета ламповых автогенераторов, применяемых в установках
для индукционного нагрева. Кроме этого, для успешной эксплуа-
тации установок, используемых, как правило, при выполнении
различных электротермических процессов, необходимо проана-
лизировать основные соотношения в схемах современных лампо-
вых автогенераторов. Этот анализ совершенно необходим при
разработке новых установок и, кроме того, может существенно
облегчить использование в оптимальном режиме находящихся
в эксплуатации автогенераторов и их настройку при различных
параметрах нагрузки.
На одноконтурных схемах, применяющихся для некоторых
видов термообработки, а в некоторых случаях и для плавки ме-
таллов, мы останавливаться не будем, так как их расчет и настрой-
ка элементарно просты.
Мы рассмотрим ряд схем с промежуточным контуром, приме-
нение которых вызвано необходимостью обеспечения быстрого
и простого согласования широкого диапазона нагрузок с пара-
метрами генераторной лампы, возможностью плавного регулиро-
вания режима нагрева по .заданной программе при сохранении
удовлетворительных энергетических показателей, а также необ-
ходимостью обеспечения устойчивой работы автогенератора при
значительном удалении нагревательного контура от остальной
части установки. Более подробно преимущества таких схем перед
одноконтурными будут рассмотрены ниже.
По таким схемам нашей промышленностью выпущены большие
серии высокочастотных установок, и поэтому они часто встреча-
ются в промышленной эксплуатации.
Что касается диапазона частот, то для индукционного нагрева
частоты выше 5,28 МГц применяются крайне редко. Поэтому в на-
стоящей главе будут рассмотрены такие схемы, для которых
140

эта частота является предельной. При необходимости примене-
ния более высоких частот следует использовать коротковолновые
или ультракоротковолновые автогенераторы, которые будут рас-
смотрены в гл. 6. ,.
5-2. РАСЧЕТ г.
И
НАГРЕВАТЕЛЬНОГО КОНТУРА
Нагревательный контур можно представить в виде двух поеледовательно
включенных двухполюсников — чисто активного двухполюсника гг и чисто
реактивного двухполюсника х2. В общем случае этот контур может быть включен
в схему автотрансформаторным способом. Автотрансформация может осущест-
вляться как в индуктивной ветви, так и в емкостной. Поэтому мы произведем
расчет для обоих случаев.
аг' Я- -л- витков о)
4=3-
1**
п, витков
Рис. 5-1. Принципиальная (а)
и эквивалентная (б) схемы
нагревательного контура с
автотрансформацией в ин-
дуктивной ветви
Автотрансформация в индуктивной ветви. На рис. 5-1 изображены прин-
ципиальная (рис. 5-1, а) и эквивалентная (рис. 5-1,6) схемы нагревательного
контура для этого случая. Индуктивность Ц + Ь\ + 2М12 является эквивалент-
ной индуктивностью либо высокочастотного понижающего трансформатора, либо
индуктора высокочастотной плавильной печи или другого нагревательного уст-
ройства. Активное сопротивление г'-\-г" является суммой приведенного активного
сопротивления нагреваемого объекта и активного сопротивления индуктора (или
приведенного активного сопротивления индуктора и обмоток высокочастотного
трансформатора). »
Введем обозначения:
л'+/<в/.2 = 22; г" + / (соЦ— сПш) = ^;
г' + г" = г; Ь'2 + Ц + 2М12 =
Тогда собственная частота нагревательного контура
1
= !..
/02 —
его волновое сопротивление
Рг == юог-^2 =
2я^1-С- '
С2й)п!
-V-
затухание
б2 = Г/Рг
Если генератор работает на частоте /, то отношение /У/02 = а.

Из рис. 5-1 следует
Ё2 = 122'2 — /соМ12/2; E-1)
Ё2 = 1'г21 — ](йМп1'2. E-2)
Решение этой системы уравнений дает
• _ а 2\ + /<вЛ412 .
'а - Г» ~Щ+&Щ ' <&-л>
/а _ *2 Гг22 + соШ12 • E4)
Ток в фидере, питающем контур,
/ф - /»+ Л - -5* 2222 + шШЬ ' ' ( '■
Из уравнения E-5) вытекает
_ 2222 + со-Л422 .
^ ~ 21 + 21 + 21<оМ12 • ^
Разделив вещественную и мнимую части уравнения E-6) и имея в виду ранее
сделанные обозначения, окончательно получим:
+ ~- [««02 (г'Ц + г"Ц) - -"-^--] (а- - 1) } [аЩ + (а2 - 1J]-ь E-7)
( а2б, Г / , -» , » - /* '"'р, 1 о Г »» -I •--2 »
- а2со22(ЦЦ-МЪ)] ( - -)} [аЩ + («2 - О*]. E-8)
Так как заданным обычно является г, то необходимо иметь формулы для
расчета:
0,.^- - г'=Ь-> E-9>
^"о2- /.-_ п2
а. E-10)

Здесь п2 — полное число витков катушки индуктивности Ь2; п2 — число витков,
приходящихся на долю Ь'й, а п2 — число витков, приходящихся на долю Ь.\.
Представляет интерес частный случай включения нагревательного контура
без автотрансформации (/•' = г, г" = 0, Ь2 = /-г, Ь'2 = 0, М12= 0). Тогда
E-11)
2 а-6| + (а2 — IJ '
_ < 1 — а2 — 61
*2-ара а261 + (а2-1J • (Ь~12)
Поскольку при реальных расчетах величина а достаточно близка к единице,
для повышения точности расчетов величину а2 — 1 следует рассчитывать по фор-
муле
а2— 1 = (а — 1) (а + 1).
142

Автотрансформация в емкостной ветви. На рис. 5-2 изображены соответ-
ствующая принципиальная (рис. 5-2, а) и эквивалентная (рис. 5-2, б) схемы.
Очевидно, что
/
--2 — т1 + 1Х2
С20)
г + / / ш/,2
1
С2о>
г + / ( со!.
V С2со )/
E-13)
где
С,=
а)
1 р
С2С2
с'2 + с;'
е)
1г
1 1
т
Рис. 5-2. Принципиальная (а) и эквивалентная (б) схемы нагре-
вательного контура с автотрансформацией в емкостной ветви
После соответствующих преобразований и разделения вещественной и мни-
мой частей уравнения E-13) получим:
г2 =
р2С22со22|а262+(«2-1J| '
X» = —'й
1
а Р2С2Ш02
(я2-1) + 622
С2со02[а2б2+(а2-1J]
E-14)
E-15)
5-3. ТРЕХКОНТУРНАЯ СХЕМА АВТОГЕНЕРАТОРА
Мы начинаем рассмотрение ряда схем именно с трехконтурной,
так как она является в настоящее время основной для целой серии
высокочастотных установок мощностью от 10 до 600 кВт, рабо-
тающих в диапазоне частот от 440 кГц до 5,28 МГц. Различие
в этих установках состоит только^в способе подключения нагрева-
тельного контура, о чем подробно будет сказано в дальнейшем.
Здесь мы ограничимся рассмотрением подключения контура с ав-
тотрансформацией в его индуктивной ветви (рис. 5-3, а).
Сразу отметим, что изображенный на этой схеме, а также на
всех последующих способ автотрансформации путем перемещения
к центру катодного (заземленного) провода более выгоден, чем
способ автотрансформации за счет перемещения к центру высоко-
вольтного питающего конца,
143

Ценным преимуществом такого способа является то обстоятель-
ство, что, имея высокое напряжение на нагревательном контуре,
мы имеем значительно меньшее напряжение относительно земли.
Другим достоинством схем с промежуточным контуром является
возможность использования сравнительно низковольтных радио-
частотных кабелей для подключения нагревательного контура
в случае необходимости его удаления от лампового генератора.
Рис. 5-3. Принципиальная (а) и эквивалентные (б и в) схемы трехконтурного
автогенератора
Само собой разумеется, что рассматриваемая схема отнюдь
не исключает возможности подключения нагревательного контура
без автотрансформации. Это возможно в тех случаях, когда для
нагрева не требуется большой реактивной мощности. Надо иметь в
виду, что получение необходимой реактивной мощности при сравни-
тельно низких напряжениях на контуре связано со значительным
увеличением емкости конденсаторной батареи. Но тогда индук-
тивность шин этой батареи становится соизмеримой с эквивалент-
ной индуктивностью высокочастотного трансформатора или индук-
тора, что приводит к плохому использованию ее реактивной мощ-
144

ности. В изображенной на рис. 5-3, а схеме согласование пара-
метров генераторной лампы с нагрузкой и регулирование режима
автогенератора осуществляются перемещением двух коротко-
замкнутых катушек Ьк, 3 и Ьк.3, т. е. бесконтактным способом,
причем такое регулирование обеспечивает поддержание частоты
в разрешенных пределах. В одноконтурных схемах бесконтакт-
ное регулирование режима всегда связано с недопустимым изме-
нением частоты и сопровождается увеличением реактивной мощ-
ности конденсаторной батареи по сравнению с реактивной мощ-
ностью нагревательного устройства (высокочастотный трансфор-
матор с индуктором или только индуктор).
Индуктивность Ц вместе с Ьк.3 составляет индуктивность
анодного контура Ьъ которая состоит из двух частей: Ьг — М
и М (рис. 5-3, б). Соотношение между этими двумя частями опре-
деляется положением короткозамкнутой катушки Ькз внутри
катушки Ц. Высота короткозамкнутой катушки Ьк.3 составляет
половину высоты катушки Ц. Совокупность катушек Ц и Ьк.3
называется регулятором мощности.
Обозначим максимальный коэффициент связи между коротко-
замкнутой катушкой и половиной катушки /,{/2 буквой кг. Тогда
в нижнем положении короткозамкнутой катушки, если пренебречь
взаимоиндукцией между обеими половинами катушки Ц,
:'.К Мт = -Ь-(\-Щ, E-16)
а в верхнем ее положении
М„акс = ^72. E-17)
Совершенно очевидно, что
-^1 — Ммакс = (Ц — М)мш = Ммин;
-"-1 — Ммин = (^1 — М)макс = Ммако
т. е.- индуктивность анодного контура
Ь1=^-[1 + A-^)] = 4-B-^- . С5'18)
При практических расчетах величины Ьх по формуле Нагаока
следует рассчитывать индуктивность не всей катушки Ц, а только
ее половины Ц/2..
Минимальный коэффициент связи
"мин
КМ-мин
а максимальный коэффициент связи
E-19)
,= У_Мш^=У 1 . E.20,
10 Заказ ШЗ
145

Из выведенных формул видно, что для расширения пределов
регулирования М или к следует стремиться увеличивать коэффи-
циент связи кг. Однако увеличение его свыше 0,73 связано со зна-
чительным увеличением размеров катушки Ь{. Поэтому на прак-
тике ограничиваются именно этим значением кх. Указанное зна-
чение кх соответствует внутреннему диаметру катушки Ц 280 мм,
ее длине 400 мм и зазору между катушками Ьх и ЬК 3 15 мм.
Индуктивность катушки Ь'о с короткозамкнутой катушкой Ь'к. 3
является регулируемой индуктивностью цепи обратной связи
иС'оС0 (рис. 5-3, б).
Очевидно, что
Ы макс = -^0 A — &2мин) > E-21)
-^0 мин = Ьй(\ — к2 Макс)> E-22)
где к2 — коэффициент связи между катушками ^6 и Ь'К. 3. Если
катушка Ь'К.3 целиком выходит из Ь'о, то &2МИН может быть при-
нят равным нулю. При внутреннем диаметре катушки Ц 250 мм,
ее длине 220 мм и зазоре между катушками Ь'о и Ь'К. 3 20 мм к2макс
составляет приблизительно 0,7. (Высоты обеих катушек обычно
делают одинаковыми.)
Для удобства исследования несколько преобразуем схему
рие. 5-3, б. Для этого рассчитаем эквивалентное сопротивление
параллельно включенных цепей (обратной связи д0-с и г2 + /я2).
Произведя необходимое преобразование, получим:
х0.с = со^--^±Я; E-23)
С0С0со
х2 г
г2э -= 2 , „ , ч2 » E-24)
Г2 + (*0. с + *а)
х (г1 + Х2Хо,с) ^
^ + (*о.с + -<г)
Таким образом, мы приходим к схеме рис. 5-3, в, в которой
На эквивалентных схемах рис. 5-3, б и 5-3, в не изображены
анодный Ьа и сеточный Ьебл дроссели, анодно-разделительная
емкость Сбл, сопротивление гридлика Кгр, блокирующая его
емкость Сгр и генераторная лампа Л.
При рассмотрении работы этих схем будем пренебрегать актив-
ньши сопротивлениями в анодном контуре и цепи обратной связи.
Это.можно сделать на том основании, что в реальных контурах
не менее 90—95% колебательной мощности выделяется именно
в нагревательном контуре, включающем в себя нагреваемый
объект с индуктором и понижающим трансформатором или без
него.
146

Мы будем пользоваться приближенным уравнением генератор-
ного триода: пренебрежем влиянием анодного напряжения на
величину анодного тока и будем считать, что величина последнего
определяется напряжением на сетке. Это внесет очень небольшую
количественную погрешность в наши расчеты и почти совершенно
не отразится на качественной стороне вопроса.
Поскольку на рис. 5-3 ток / по величине равен первой гармо-
нике импульса анодного тока, но находится с ним в противофазе,
то, принимая во внимание только что сделанное допущение,
можно написать
1=-зсрЁе, E-26) '
где Её —первая гармоника напряжения обратной связи; 5ср —
средняя динамическая крутизна характеристики генераторной
лампы.
Поскольку параметры цепи обратной связи должны выбираться
так, чтобы ток /0 в 8—10 раз превышал переменную составляю-
щую сеточного тока генераторной лампы, то им можно пренебречь.
Тогда
Ёе = --!г-10. E-27) V
Составим в соответствии с рис. 5-3, в уравнение э. д. с. в цепи
анодного контура Сг — (Ьх — М)—М:
/со (Ц -М)Г\+ /соМ 1М + /-^ /. ==* 0. • E-28)
По закону Кирхгофа
71 = /—/ь . E-29)
/м = /,-/ф. E-30) ч
Выразим ток / через 1Х и/ф, имея в виду формулы E-26),
E-27), E-30) и соотношение, вытекающее из рис. 5-3, б:
/0 = т^-7«; E-31)
хо. с (
/ = / *а>*!_ /, _ / _4рЛ-- 7Ф. E-32)
Сохо. с Со*о. с
Теперь мы располагаем всеми необходимыми соотношениями
между токами, чтобы в уравнении E-28) исключить тойи /м и /{,
выразив их через /- и /ф' и введя обозначения:
.-*вв-^. Р.-Ц; , E-34)
10* 147
'*-€&%: "-Г--^г';*=0' E'35)

Из рис. 5-3, в следует
•1г /*св(Г2Э + /*2э) = у (Г2э _|_ 1Хъ)_ E36)
/"аэ + / №э -+- #св)
Обозначим: .. "
2ф = Г2э + /*ф == Г2э + / (*2э + *св). E-37)
Тогда
/ф-= ^7,. . E-38)
Подставив полученное выражение в E-35) и приравняв от-
дельно нулю мнимую и вещественную части, получим
Д/,/2 '""
из ", г,*:-.*--..- - -
V/ 7 -VI.,- СО<--
/"V < ,■'• ' Ж>2 ^' , \ Ч ^ •- N ■/
.Лв^ф) , . "ср\свг2э „ . . / ~Г \ '- -_.
ч/ф \1с0ло.с^ V ХГТУ
^ " : . ЦI (^(-^Г!% 1Нхс1Л^Ф)=0. E-40)
? Г , / --свГ2эК ,у^ср С ■-■•■( _|^св^ф_>
\ Т^Л. '<СГ"йА- \Х-в-~^ ,'2
ч ф ^-Д-З ° °-с чЗ-7
Как видим, уравнение E-39) состоит из трех слагаемых: хъ
реактивного сопротивления, вносимого в анодный контур.,
1 * - *ва = -^ E-41) ^
и еще третьего члена.
Все слагаемые дают в итоге х = 0, что является уравнением
для определения возможных генерируемых частот. Третий член
выражает собой реактивное сопротивление х*, вносимое в анодный
контур генераторной лампой.
Что касается уравнения E-40), то оно является условием
самовозбуждения. В самом деле, из него видно, что генераторная
лампа вносит в анодный контур отрицательное сопротивление V*
[второе слагаемое уравнения E-40) ], которое должно компенси-
ровать вносимое в анодный контур активное сопротивление:
«■ ,у- -ОТ,' / _ *свг2» . «.42*^
>* = -гва. E-43)
В этом и состоит необходимое и достаточное условие самовозбу-
ждения автогенератора.
Введем обозначение
г0 = -4-1-2-. E-44)
148

Тогда, имея в виду E-41), E-42), E-43), получим:
V , .
~~> ' 1 г* г *св + -*вн /г лс\
•*о. с
Из этого уравнения и формулы E-44) вытекает, что в данной
схеме условие самовозбуждения может быть выполнено при любых
соотношениях между параметрами контуров. Необходимо лишь
обеспечить нужную величину г* за счет соответствующего напря-
жения обратной связи, т. е. такой величины 1/(Сосо), чтобы само-
возбуждение протекало при 5ср, которое может быть получено
от данной генераторной лампы. Однако это не гарантирует удо-
влетворительного режима генераторной лампы, так как при не-
правильно рассчитанных параметрах самовозбуждение может
иметь место при большой перегрузке или плохих фазовых соот-
ношениях, что связано с низким к. п. д.
Вычислим теперь величину сопротивления 2а.к системы кон-
туров для напряжения Ег.
Поскольку гвн и хт, очевидно, вносятся в индуктивную ветвь
"анодного контура, то
[гЕН + /й)^ + р:вн] (т- -^
--'а-к ==
Из условия резонанса E-39) вытекает, что
0)^"-с|о7 + ^вн = ^1 + ^вн=:— **• E-47)
Тогда
\ ; V.
A * \ * о
-С^Г-*)*-''*
А угол сдвига фаз между напряжением на анодном контуре Ег
и питающим его током /
♦ [^-*')*'-,3 ^
Ф = атс^ — . E-49)
'вн
Преобразуем несколько формулу E-46), введя обозначения:
1
с, и
х[=Х1 — хСъ = (о(и~ М) — -р-—. E-50)
Условие резонанса. принимает вид
х'\ + *св + хв„ -]-х* = 0.

&
А тогда
*0. с ~
ч:
E-51)
Как уже указывалось выше, эта величина должна быть отри- Л
нательной [см. формулу E-43)]. Поскольку г0 > 0 [см. обозна-^
ченне E-44) ], необходимо, очевидно, чтобы х{ + х* цх^,^ были ^
различных знаков. Так как параметры х0_ с~~вНбйраются такш* •
образом, чтобы х0 , > 0, то мы должны потребовать, чтобы х\ +
^ " + х* < 0. Величина х* в
этом неравенстве не является
решающей. Например, при
уменьшении гон она также
уменьшается, и в пределе при
гвн = 0 значение х* также
будет равно нулю [см. фор-
мулу E-45)]. Таким образом,
самовозбуждение оказывает-
ся возможным лишь при
х{ < 0. А это неравенство
генерируемая частота
1 E-52)
Рис. 5-4. Схема трехконтуряейэ автогене-
ратора при отсутствии в контурах актив-
ных сопротивлений
будет лишь
при
условии,
/<#1 =
что
2я У^ — М)С
На рис. 5-4 представлена трехконтурная схема при отсутствии
в контурах активных сопротивлений.
В первом приближении можно пренебречь взаимоиндукцией
между обеими частями индуктивности 1%. Для определения резо-
нансных частот выясним графически качественную зависимость
сопротивления схемы рис. 5-4 от частоты для напряжения, вклю-
ченного.в линию аЬ. Работа без автотрансформации в нагреватель-
ном контуре может рассматриваться как частный случай работы
с автотрансформацией (на реме рис. 5-4 при работе без автотранс-
формации /.2 = ^2, а Ь1 ==0).
Но схему с автотрансформацией мы должны рассмотреть в двух
случаях:
/*>—^==/;.; E-53>
2я
|А2'
■Х
/01 < /02'
E-54)
X/.
На рис. 5-5 представлены частотные зависимости сопротивле-
ний и проводимостей различных участков схемы при условии
E-53), а на рис. 5-6 — при противоположном условии E-54).
На этих рисунках.Ь% и х3 обозначают соответственно^сумму про-
водимостей нагревательного контура 62,_цепи обратной связи Ь0. с
и цепи связи Ьсв = 4м (&э = К + Сс + -'ев). а *з - резуль-
о)М
150

тирующее сопротивление этих трех параллельно включенных
цепей.
Сопротивление х{ образуется цепью из последовательно вклю-
ченной емкости Сг и индуктивности Ьг — М [см. формулу E-50) ].
Рис. 5-5. Кривые сопро-
тивлений и проводимостей
различных участков схе-
мы рис. 5-4 при {'01 > /о2
Как видно из рассмотрения рис. 5-5 и 5-6, условие резонанса
х = х{ -\- х3 = 0 выполняется для трех частот: низкой /°, сред-
ней /' и высокой /". Эти частоты могут быть расположены в соот-
ветствующих зонах Ос, йе и §Н, выделенных на обоих рисунках
жирными линиями. . -
151

В зоне Ос для частоты /° сопротивления х{ < 0 и х0. с < О,
т. е. оказываются одного знака, что на основании вышеизложен-
ного делает невозможным самовозбуждение частоты!/0.
тг* О
г о
г о
\г
' /
Ъо.с
\
\
\
То. с
0?
\
\
Г'
'02
~> ■Р
\,
Рис. 5-6. Кривые сопро-
тивлений и проводимостей
различных участков схе-
мы рис. 5-4 при /й- < /ог
Для частоты /' в зоне 4е сопротивление х{ < 0, а х0- с > О,
т. е. необходимое условие самовозбуждения выполняется. Что
касается частоты /", то в зоне §к необходимое условие самовоз-
буждения оказывается выполненным лишь при /61 > /ог (на
рис. 5-5 х'\ и х0. с в этой зоне имеют разный знак) и невыполненным
при /щ < /ю (на рис. 5-6 х[ и х0. с в этой зоне имеют одинаковый
знак).
152

Таким образом, мы приходим к выводу, что условие E-54)
/щ < /ог обеспечивает устойчивую работу ав-югенератора на
одной-единственной частоте /', т. е. исключает так называемое
явление затягивания — скачкообразный переход автогенератора
с одной частоты на другую. При этом затягивание в сторону низ-
кой частоты /° принципи- " '''■•-*
ально невозможно незави-
симо от параметров кон-
туров.
Исследуем теперь воп-
рос устойчивости при ус-
ловии, противоположном
E-54): /м > /ог, но при
наличии активного сопро-
тивления в нагреватель-
ном контуре. Для этого
обратимся к рис. 5-7, а,
где кривая г*' показывает
частотную зависимость от-
рицательного сопротивле-
ния, вносимого генератор-
ной лампой при работе
на средней резонансной
частоте /'. Эта кривая по-
строена по формуле E-51)
без учета х*, так как эта
величина играет только
небольшую количествен-
ную роль. Понятно, что
при частоте /' сопротивле-
ние | г*' | = гвн) ибо в уста-
новившемся режиме отри-
цательное сопротивление,
вносимое лампой, ком-
пенсирует гш. Разрыв не-
прерывности в ходе кривой
г*' в точках О и/0, с объ-
ясняется тем, что нами
не учитывалось наличие активных сопротивлений в цепях х0. с
и х{. Если бы мы их учли, то вблизи этих точек мы имели бы конеч-
ные значения абсолютной величины г*', причем около /0. с со-
противление г*' меняло бы знак. Но область вблизи /ос вправо,
а также вся зона О —/0 с нас не интересуют, так как частоты /'
и /" оказываются значительно выше /0. с , а частота /°, как мы рань-
ше показали, будет ниже /0 с, т. е. попадает как 'раз в ту зону,
где г*' > 0, благодаря чему самовозбуждение ее невозможно.
На рис. 5-7, а показан также ход кривой гт в функции ча-
стоты /\ На рис. 5-7, б показан ход кривой г*' + гвн в зоне /0. с —
Рис. 5-7. Зависимость /•*', г*'
от частоты
и г*' -|- гв
153

— /оь т. е. в той зоне, в которой только и может быть выполнено
условие самовозбуждения. Вопрос о том, произойдет ли затягива-
ние или нет, зависит от того, в какой зоне окажется частота I".
Если /" окажется в зоне Ьй, то в этой зоне г*' + гю < 0. По-
скольку ток в любой цепи всегда стремится идти по пути с мини-
мальным сопротивлением, то генератор, начав даже работать
на частоте /', при которой г* + гш = 0, должен будет скачко-
образно перейти на генерирование частоты /". Но так как в уста-
новившемся режиме г* + гвн=0,
то при переходе на частоту /"
кривая г*' должна изменить
свой ход в соответствии со
штриховой кривой г*". Из фор-
мул E-44) и E-51) хорошо вид-
но, что это изменение может
произойти только за счет
уменьшения средней крутизны
характеристики лампы 5ср. От-
сюда мы можем сделать чрез-
вычайно важный вывод: авто-
генератор всегда генерирует ту
частоту, для которой в. установившемся режиме требуется мень-'
шая средняя крутизна характеристики генераторной лампы^
Хотя мы пришли к этому выводу на основании рассмотрения
работы конкретной схемы, по смыслу, рассуждений совершенно
понятно, что этот результат распространяется на любой авто-
генератор. Поэтому, если даже не выполнено неравенство E-54),
полностью гарантирующее от затягивания, последнее может и не
произойти, если при переходе с частоты /' на частоту /" генератор-
ная лампа окажется в таком режиме, при котором возрастет 5ср.
Практика работы с такой схемой подтверждает, что даже при
отклонении от неравенства E-54), если /м не превышает больше
чем на 20—25% частоту /ог> затягивание не происходит. Такое
благоприятное положение, затрудняющее затягивание, объяс-
няется тем, что при переходе с частоты /' на частоту /" из-за воз-
растания тока в анодном контуре (/- я» /{ = 2я/С1^Б1) резко уве-
личивается падение напряжения на участке Ьг— М, благодаря
чему уменьшается Е%. Сопротивление х01 с, наоборот, при этом
возрастает. Совокупность этих причин вызовет уменьшение тока /0
в цепи обратной связи. Уменьшение тока /0 одновременно с повы-
шением частоты вызывает резкое уменьшение напряжения обрат- •
ной связи [см. формулу E-27) ].
.Само собой разумеется, что уменьшение напряжения обрат- •
ной связи приводит к соответствующему уменьшению коэффици-
ента~обратной связи к0. Как известно из общего условия само-
возбуждения Баркгаузена, оно возможно лишь при к0 > = (-
8ср--а-к
+ ^, где Г> — проницаемость генераторной лампы; 2,^2 — пол-
Рис. 5-8. Векторная диаграмма схе-
мы рис. 5-3
154

ное сопротивление всей колебательиой системы. Поэтому, не-
смотря на то, что для частоты /" сопротивление 2а.к растет (коле-
бательная мощность автогенератора резко падает), для самовоз-
буждения лампы может потребоваться значительно большее 5ср,
чем для частоты /', что и затрудняет затягивание.
Если же для частоты /" оказывается к0 < Б, то затягивание
становится принципиально невозможным независимо от выпол-
нения или невыполнения условия E-54).
Не может быть затягивания и при работе без автотрансформа-
ции на нагревательном контуре, так как это соответствует /ог = оо,
когда условие E-54) выполняется всегда.
Рассмотрим теперь фазовые соотношения трехконтурной схемы
рис. 5-3, векторная диаграмма которой приведена на рис. 5-8. При
ее построении мы пренебрегаем потерями как в анодном контуре,
так и в цепи обратной связи. Поэтому вектор напряжения обрат-
ной связи Ег находится точно в противофазе с вектором Е2,
вследствие чего он отстает от вектора Ех на угол, несколько боль-
ший, чем 180°. В дальнейшем будут рассмотрены некоторые спо-
собы повышения к. п. д. генераторной лампы, связанные с изме-
нением ориентации вектора напряжения обратной связи.
5-4. РАСЧЕТ ЦЕПИ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
ТРЕХКОНТУРНОЙ СХЕМЫ
Для того чтобы исключить действие переменной составляющей ■
сеточного тока генераторной лампы на фазу напряжения обратной
связи, ток /0 в цепи обратной связи должен в 8—10 раз превышать
действующее значение первой гармоники сеточного тока генера-
торной лампы 1е1, которое с достаточной степенью точности может
быть принято равным полуторакратному значению постоянной
составляющей сеточного тока:
/й1~1,5/го; E-55)
/0~(8-М0)/в1. E-56)
Для расчета в общем случае параметров цепи обратной связи
необходимо предварительно рассчитать напряжение Е2, подводи-'
мое к нагревательному контуру. Оно, очевидно, определяется
необходимой мощностью Р и параметрами нагревательного кон-
тура г2 и х2:
Я2=|/р-^±1 . E-57)
Для обеспечения достаточно широких пределов регулирования
возбуждения необходимо, чтобы при Е2 = Е2ШКС короткозамкну-
тая катушка Ь'к.3 была почти целиком выдвинута из катушки
Ь'о (Ьо = Ь'о). Тогда при меньших напряжениях Е2 необходимое
возбуждение можно будет получить за счет введения короткозамк-
нутой катушки внутрь Ь'о. Что касается емкости Со, то в данной
155

схеме ее величина не является критичной и ее можно рекомендо-
вать принять равной Со.
Поскольку
то из E-23) следует
С'0 = -^~, E-58)
Ь0 = ^-макс + 2Яе _ E-59)
'О
Оговорим, что при рассмотрении схем с емкостной автотранс-
формацией на нагревательном контуре величина емкости С'о
не может быть выбрана произвольно. В дальнейшем этот случай
будет рассмотрен более подробно.
Произведем расчет коэффициента обратной связи к0 в функции
частоты. Этот расчет необходим для проверки схемы на устойчи-
вость при невозможности выполнения неравенства E-54), когда,
как указывалось выше, устойчивость может быть обеспечена при
условии к0 -=^1). Поскольку этот расчет будет представлять инте-
рес только для резонансной частоты /", когда гвн очень мало, можно
с достаточной точностью считать, что ток в индуктивной ветви
анодного контура
1\ ^ 1[ = Е1С1О),
и '.хЗ
а напряжение
Тогда
Ь2 — Ег
..,.
и — Е& —
---
■ Е1С1 (I- — М) ш?
1 — Сх Aх — М) со2
^С0ш2_1— °
E-60)
При практических расчетах к0 для частоты /" по этой формуле
следует учесть, что она лишь немного ниже частоты /бь не более
чем на 5%, т. е. /" я« 0,95/и.
В заключение укажем, что при приведенных выше габарит-
ных размерах катушек Ц и1к,3 практически достижимое Е2макс
составляет около 2/3 напряжения Еъ вырабатываемого генера-
торной лампой:
Я2„акС = 0.65^х = ^ЦЯ = 0,45^.,
где | — коэффициент использования анодного напряжения.
156

6-5. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ АНОДНОГО КОНТУРА
Вопрос о минимально допустимой величине реактивной мощ-
ности анодного контура теоретически в общем случае в настоящее
время не решен. Она не может быть слишком мала, чтобы за
время между отдельными импульсами анодного тока, т. е. в то
время, когда вся колебательная система не получает энергии от
автогенератора, не произошло сколь-нибудь существенного умень-
шения амплитуды колебаний. В многоконтурных схемах степень
уменьшения амплитуды колебаний за это время будет опреде-
ляться не только той энергией, которая к моменту прекращения
импульса анодного тока генераторной лампы была запасена в анод-
ном контуре, но и энергией, запасенной в нагревательном контуре.
Эта энергия, .как правило (за исключением случаев больших У
затуханий), значительно превышает энергию, запасенную в анод-
ном контуре. В то же время излишне большая реактивная мощ-
ность анодного контура ухудшает его к. п. д. На практике обычно
реактивную мощность анодного контура делают в 8—10 раз
больше номинальной колебательной Мощности автогенератора,
т. е.
С-^10—'ж. E-61)
Эта величина не является критичной, и некоторое отклонение
от нее в ту или иную сторону не'отражается существенно на ра-
боте автогенератора.
При условии E-61) с достаточной степенью точности можно
считать, что необходимое сопротивление
г™~7^~^ = 1*Еу- E2)
Из формулы E-42) может быть легко вычислено необходимое
V
/
значение •. ~/ ,. , . ,
... \/*св= : ;—; —— • E3)
' * вн +='*?:> ъя^хл
Определим далее индуктивность анодного контура с учетом"
величины х*, исходя из общего условия резонанса:
^=^(-С^--хсв-т-<»М-хвн--х*). E-64},,.,/
Хотя в данном случае соМ = хсв, т. е. эту формулу можно
упростить, мы сохраним ее в таком виде, так как в дальнейшем
столкнемся со случаем, когда хсв и соМ будут связаны более слож-
ным соотношением.
После проведения расчета всегда необходимо проверить по
формулам E-19) и E-20), выполнимо ли полученное соотношение
■г "- '<■■ '- '

между М и Ьх исходя из реальной величины к±. Например, при вы-
шеуказанных габаритных размерах катушек анодного контура
@,65-0,7) Ьг, а М.ит « @,3-0,35) ^1.
■-.-/■.'Л." 'йг4- , ,
5-6. ЧЕТЫРЕХКОНТУРНАЯ СХЕМА АВТОГЕНЕРАТОРА
м
''- макс
На рис. 5-9 изображена схема автогенератора при подключе-
нии нагревательного контура с автотрансформацией в емкостной
ветви. На рис. 5-10 показана частотная зависимость реактивного
Рис. 5-9. Принципиальная схема четырехконтурного автогенератора
сопротивления х2 нагревательного контура (по аналогии с рис. 5-6
при г = 0). Очевидно, что
/м= , _).—=<Ы. E-65)
2я
V-
1^пС
2° 2
Произведя построение частотных зависимостей различных
участков схемы (аналогично с рис. 5-6), увидим, что благодаря
наличию /ог, помимо резонансных частот /°, /' и /", появляется
четвертая резонансная частота /°', лежащая между частотами /6?
и /0-с. Если
А<-...-т!гУт^. <м->
то для этой частоты х0_ с < 0 и в соответствии с изложенным в § 5-2
самовозбуждение ее невозможно. Если же
/ог > /о
E-67)
то х0. с > 0 и самовозбуждение /°' становится возможным. Поэ-
тому для схемы рис. 5-9 выполнение условия E-66) является необ-
ходимым. С другой стороны, поскольку на рис. 5-10 отсутствует
158

частота /ог (если рассуждать математически, она находится в бе-
сконечности), при емкостной автотрансформации автоматически
выполняется условие E-54), т. е. становится невозможным за-
тягивание в сторону высокой резонансной частоты /". В этой
схеме емкость Со не может выби-
раться произвольно, как это было
в трехконтурной схеме.
Для надежного обеспечения ус-
ловия устойчивости E-66) необхо-
димо, чтобы частота /0,с. мин прибли-
зительно на 10% превышала /62:
с0+с;
о
4я --оС0С0
:A,1/;2J-=1,21$. E-68)
Для получения нужной величи-
ны тока /0, очевидно, необходимо
обеспечить величину
Рис. 5-10. Зависимость сопро-
тивления нагревательного кон-
тура четырехконтурной схемы
от частоты при отсутствии в нем
активных сопротвлений
Ч>. с. макс
= (дЬ'о
Со + Со
С0Соа> А> ч '
В результате совместного решения уравнений E-68) и E-69),
имея в виду E-58), получим: *
/2
■ С„
С0 =
1.2-/й
\\Еа
/2
-.21$
Ч) + ^о
-•гмакс
4,84&?'01С'0С1
E-70)
E-71)
Следует отметить, что, поскольку при регулировании обрат-
ной связи эквивалентная индуктивность Ьо < Ь[, условие E-66)
будет выполняться в еще большей мере. В остальном расчет
четырехконтурной схемы ничем не отличается от расчета трех-
контурной, только при расчете г2э и х2э по формулам E-24)
и E-25) г2 и хг следует рассчитывать по формулам E-14) и E-15).
Во многих случаях возникает необходимость в удалении на-
гревательного контура от остальной части высокочастотной уста-
новки. При этом используются радиочастотные кабели. На
рис. 5.-11 изображена схема как для случая автотрансформации
в индуктивной ветви (рис. 5-11, а), так и в емкостной (рис. 5-11, б).
На рис. 5-11, в показана эквивалентная схема системы кабель—
контур. Так как радиочастотный кабель является системой с рас-
пределенными параметрами, то при расчете Гг и х'г следует поль-
зоваться формулами, известными из теории длинных линий.
Активная и реактивная составляющие полного входного сопро-
159

тивления линии, если пренебречь потерями в ней, рассчитываются
по формулам:
Г2= ■
соз2 т1 [ (г — х2 1й т1J + ^ 1Й2т-1
_ (х2 -]- г \.% т1) (г — *2 1д пй) — г2, 18 "-*,
(г — х21й т/J -|- г2 1^ т/
10-8
т = —^—со.
E-72)
E-73)
E-74)
Рис. 5-11. Принципиальная схема подключения нагревательных контуров с по-
мощью радиочастотных кабелей при индуктивной автотрансформации (а), при
емкостной автотрансформации (б) и эквивалентная схема (в)
160

В этих формулах г — волновое сопротивление кабеля; / —-
его расчетная длина. Расчетная длина кабеля в }^е/е0 раз пре-
вышает геометрическую, где е/е0 — отношение диэлектрической
проницаемости диэлектрика кабеля к диэлектрической прони-
цаемости вакуума или воздуха. Для отечественных радиочастот-
ных кабелей \^е/г0 = 1,5. Величины г'ъ и хъ должны в формулах
E-24) и E-25) заменить величины г2 и х2, т. е.
- - *°сГ2 • E-75)
'2э "
х2э —
'22+(*о. с + *гJ
*о. с(г2 + *2*о. с)
■2+(*о.с + -^J
E-76)
Введение в схему кабелей изменяет положение нулей реак-
тивного сопротивления Х2 по сравнению с положением нулей х2,
изображенным на рис. 5-5, 5-6 и 5-10.
Произведем расчет /огэ для схемы рис. 5-11, а, пренебрегая,
как и раньше, активным сопротивлением в нагревательном кон-
туре. Тогда в соответствии с формулой E-73)
Х% = 2 ; ;
г — х21%т1
E-77)
Очевидно, что частота /ог определяется из условия
х2 + г 1е т.1 = 0. E-78)
В области 0 < т.1 < л/2 кривая 1§ т1 может быть с доста-
точной степенью точности аппроксимирована кривой
пй
1
4т-/2
Л%т1.
E-79)
Введем обозначение
^Ф =
г/10"8
E-80)
Подставив в E-78) значение ха по формуле E-8) при /•'=/•" =
= 0, а !§ т1 по формуле E-79) и имея в виду E-80), получим
биквадратное уравнение для определения Ь2 = /02//02:
4(/44'-Л*22)-Чш(
я-1,2-
02 Ы-
4^Фтса , (^2 — М\2)
Л22а
+ !+■
-^.ф
Х-2----ф
= 0.
+ 1
6г +
E-81)
При пользовании этим уравнением следует брать меньшее
значение положительного корня Ь2. Однако в большинстве
П Заказ ШЗ
161

случаев, когда 1§ т1 может быть представлен в виде 1^ т1 *=> т1,
Ь 2 рассчитывается по простой формуле
Ъ*-Л[ ^\ • E-82)-
При емкостной автотранеформации в формулу E-78) следует
подставить значение х2 по формуле E-15) при б2 = 0. Тогда для
определения нулей системы кабель—контур тоже получим би-
квадратное уравнение
м«+«»('+-^г)'**,-(Ч"|)(ч-г^7+
+ ЦС&Ь ) Ь2 + 1 = 0. E-83)
В этом уравнении оба положительных корня ^ и ^ имеют
физический смысл: Ьг является первым иулем системы, опре-
деляющим частоту /ог (Ь\ = /01//02); второй корень Ьг определяет
частоту /ог, которой не было при подключении нагревательного
контура с емкостной автотрансформацией без кабелей. Тем самым
в принципе становится возможным затягивание в сторону как
низкой, так и высокой резонансных частот /°' и /". Во избежание
затягивания в сторону низкой резонансной частоты /°' остается
в силе условие E-66). Что касается з'атягивания в сторону высо-
кой резонансной частоты /", то, как было показано выше, условие
E-54) является излишие жестким и к тому же трудно выполнимым,
особенио при наличии кабелей.
Как показывает практика, независимо от способа автотран-
сформации достаточно выполнить иё вызывающее трудностей
условие
*а = /и//(в>1,2. ■. E-84)
Это условие всегда может быть выполнено за счет параллель-
ного вкж)чения нескольких кабелей. Заметим, что волновое со-
противлеиие параллельно включенных кабелей
г = 2-,/л, E-85)
где гх — волновое сопротивление одного кабеля; п — число па-
раллельно включенных кабелей.
Соотношение между входным /ф1 и выходным /ф2 токами
в кабеле, очевидно, определится из условия
/ф^уЧг^. E"86)
162

Напряжеиие на входе и выходе кабеля рассчитывается по
формулам:
г2 = /ф122; E-87)
-5г--=/ф222, E-88)
где
г'2=Уг? + х?; E-89)
22 = К"МГ""". E-90).
На прнмере расчета будет показано, что, если не принять спе-
циальных мер* тоК на входе кабеля может достигать весьма зна-
чительной величины. Это объясняется тем, что собственная ча-
стота системы анодный ионтур — цепь обратиой связи значительно
превышает заданную частоту генерация. Поэтому для получения
требуемой частоты система кабель—контур должна иметь суще-
ственную емкостную реакцию, т. е. соз ф на входе кабеля будет
достаточно низок. Во избежание этого на входе кабеля включается
емкость С"9 (на рис. 5-11 изображена штриховой линией). При
ее наличии от системы кабель—контур требуется меньшая ем-
костная реакция, что позволяет уменьшить ток на входе кабеля.
Благодаря емкости С, появляется еще одна резонансная частота.
Но она оказывается в области выше /бь в которой, как было по-
казано выше, самовозбуждение невозможно. Вообще при наличии
кабелей вся система имеет бесчисленное количество резонансных
частот. Не все резонансные частоты, превышающие /и, не пред-
ставляют опасности. Самой высокой резонансной частотой, ко-
торая требует проверки на невозможность ее самовозбуждения,
является частота /". Необходимые условия для этой проверки
были подробно рассмотрены выше. При проведении расчетов
емкость С™ наиболее удобно отнести к цепи связи, т. е.' следует
считать
Ш E-91)
1 _ мсУ
5-7. ДВУХТАКТНЫЕ СХЕМЫ
Рассмотренные выше схемы могут в случае необходимости вы-
полняться в двухтактном варианте..На рис. 5-12 изображена одна
из возможных двухтактных схем. Но независимо от вида автотранс-
формации в нагревательном контуре при использовании радио-
частотных кабелей обязательно следует заземлять среднюю точку*
его индуктивной ветви, как это и изображено на рис. 5-12. (Иногда
это заземление можно выполнять не глухим, а через небольшую.,,
индуктивность.) Необходимость этого вызвана следующим об-
стоятельством. В каждом плече иидуктивность анодного коитура М
вместе с распределяемой емкостью кабеля создают паразитиые
контуры, которые через емкость анодного контура и сравнительно
11*
щ

небольшие индуктивности Ьх—М оказываются включенными в па-
раллель. Вследствие этого через имеющиеся цепи обратной связи
может возникать так называемая однотактная паразитная гене-
рация.
При заземлении средней точки индуктивной ветви нагрева-
тельного контура собственная частота паразитного контура резко
возрастает, благодаря чему резко падает коэффициент обратной
Рис. 5-12. Принципиальная двухтактная схема лампового автогенера-
тора с автотрансформацией в емкостной ветви. Нагревательный контур
подключен с помощью радиочастотных кабелей
связи для этой частоты, что и делает невозможным ее самовоз-
буждение. По этой же причине следует заземлять только общую
точку индуктивностеи анодного контура, а не среднюю точку
его емкости. Двухтактные схемы применяются в тех случаях,
когда необходима большая реактивная мощность в нагреватель-
ном контуре, что легко осуществляется за счет увеличения на-
пряжения на нем, в то время как напряжение относительно земли
будет в два раза ниже напряжения на краях контура.
5-8. ВТОРОЙ ВАРИАНТ СХЕМЫ АНОДНОГО КОНТУРА
Во всех рассмотренных выше схемах цепь связи хсв и цепь
обратной связи х0_с разделены. На рис. 5-13 показан вариант
схемы анодного контура, в котором эти цепи объединены. Так
как в цепи связи МС'оС'о ток значительно больше, чем в цепи х0.
164

предыдущих схем, емкости Со и Со соответственно увеличиваются.
Поэтому, несмотря на то, что эта схема исторически появилась
раньше, чем предыдущие, в настоящее время она применяется
только при сравнительно высоких частотах A,76 и 5,28 МГц).
Расчет этой схемы принципиально не отличается от расчета ранее
приведенных. В формулах E-24), E-25), E-75) и E-76) нужно
положить х0. с = сю, т. е. при отсутствии кабелей
г2э = г2; E-92) х2э = х1 E-93)
Рис. 5-13. Принципиальная схема второго вариан-
та трехконтурного лампового автогенератора
а при наличии их
г2э = га; E-94)
Х2Э = Х2. E-95)
Затем, определив хсш по формуле E-63), следует определить
ток
-м — ---г'-^св-
Собственная частота контура обратной связи
1
'о-с — 2п\
Тогда
/ с0 + с0
^о^о^о
О) "Ь --о
С0С0|1-
/2
'О. с
E-96)
E-97)
E-98)
Напряжение на конденсаторе Со является, очевидно, напря-
жением обратной связи
Е, = —
^о + Со
165

Или ииаче, имея в виду E-96), получим
Спса 1
^ = / 1МГ2 ч - E-99)
'о. с
/2
Эта формула является по существу одним уравнением с тремя
неизвестными: С6, Со и ^о• Можно дать следующие рекомендации
по их подбору. Емкость Со принять равной D-^-5) Си емкость
Сб — равной Dч-5) Со. Тогда /-,. с, которая должна быть обя-
зательно ниже /, легко рассчитывается по формуле E-99),
Для обеспечения достаточных пределов регулирования можно
ПРИНЯТЬ Ьо = 21омин-
Величина М рассчитывается по очевидной формуле
хсв = соМ + х0. с,
т. е.
М= *св~*°-с . E-ЮО)
5-9. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА
В качестве примера возьмем наиболее сложный случай, когда нагревательный
контур с емкостной автотрансформацией подключается к анодному контуру с по-
мощью радиочастотных кабелей. Рассчитаем одно плечо двухтактного 400-кило-
ваттного лампового автогенератора частотой 440 кГц. Одному плечу двухтакт-
ного автогенератора соответствует схема рис. 5-11,6.
Исходными данными для расчета параметров нагревательного контура, при-
веденных к одному плечу, является соз фк индуктивности контура, равный
соз фк = 2,47 • 10~2, и напряжение Ек на нем, которое для надежной работы не
должно превышать Екя« 8000 В. ч
Из-за малости соз фк, что практически почти всегда имеет место при индук-
ционном нагреве, его можно принять равным с1§фк:
созфк«.с1дфк = 1л-= '
откуда
созфк~с1дфк = -^---^-
б, = а соз фк. E-101)
Мощность одного плеча Р = 400/2 = 200 кВт.
Зная эти величины, можно определить волновое сопротивление контура
р2 = о>о~^5, так как 1 ;: ?
т^ 4совфк '->-^ .г» г
и*- р~ «р. •' * ^^' ~''*1;)*
откуда
Е\ соз фк
Р2 = \р • E-102)
Генераторная лампа работает при анодном напряжении Ел = 11000 В.
Коэффициент использования анодного напряжения с достаточной степенью точ-
ности может быть принят Б = 0,9, чему соответствует
Е, = -^г- = 7000В.
^2
166

2
В § 5-3 было указано, что Еашкс составляет около----[Е,, т. е. Е2иакс'=^
«-= 4600 В.
Хотя величины напряжений на входе и выходе кабелей несколько различны,
для начальной стадии расчета можно принять Е^1^ Е%. Примем /^макс = 4500 В.
Теперь мы можем определить величину емкости Сг, так как
р _ аРг^ '
*-к ; »
откуда ?■ . еЛ
Сг== ^ Е-г-. E-103)
а-р-ш0- (- - -^ )
Необходимое напряжение возбуждения Л?я = 1400 В. Постоянная составляю-
щая сеточного тока /г„ = 6 А. Заданная длина кабелей 15 м. Отечественные ка-
бели имеют е/е0 = 2,25. Таким образом, расчетная длина кабелей / = 15 1^2,25 =
= 22,5 м.
Можно рекомендовать начинать расчет при а = 1. Тогда при наших исход-
ных данных по формуле E-101)
б-= 2,47-Ю-2.
Что касается величины р2, то мы ее должны будем увеличить против расчет-
ного значения р$=7,9 Ом, получающегося по формуле E-102), так как фактически
изготовленный высокочастотный трансформатор вместе с нагрузкой имел индук-
тивность 2,95-10"* Г, т. е. р- — ю-,/.- = 8,1 Ом, чему соответствует
ЁТ^Л/~^- = 8100В.
■ к V соз<рк
Тогда по формуле E-103)
С2= 10-7Ф.
Легко подсчитать, что для получения собственной частоты нагревательного
контура /оа = 440 кГц (сом = 2,76-10- -/с) при известных данных Ь2 и Сг вели-
чина С2 = 0,8-10_*Ф.
Далее следует определить число параллельных ветвей кабелей. К этому во-
просу можно подойти двояко: выбрать число кабелей, исходя из допустимой токо-
вой нагрузки, а затем произвести проверку устойчивости и, наоборот, можно
выбрать число кабелей, исходя из условий устойчивости, а затем произвести
проверку по токовой нагрузке.
Мы произведем расчет, исходя из условий устойчивости. Для этого уравне-
ние E-83) следует решить относительно г [при индуктивной автотрансформации
относительно г следует решить уравнение E-81)].
Решив уравнение E-83) относительно г, получаем:
('+-%■) [1 + -этот (! - адч2I»-' -1
*=■- 2 » ш-1 " • E-104>
-^(С^ + 9^2(»--1)
Исходя из условия E-84) 6-^. 1,2, имеем: г < 33,5 Ом.
Поскольку кабели имеют волновое сопротивление 50 Ом, необходимо вклю-
чить два кабеля в параллель, что соответствует г = 50/2 = 25 Ом.
Результаты дальнейших расчетов при а = 1 сведены в табл. 5-1.
167

Таблица 5-1
Параметр
^ н
V *2
Н
х2
ч
^-ф
->2
/ф1
^фг
-?а
/о
*о. с
/*2Э
*аэ
г2
г2э
-- Сх
''вн
/ - V
" лсв
°.С^ м
*вн
X*
V
ф
~~ Со
1
С0
Единица
Ом
Ом
Ом
Ом
Ом
Г
А '
А
В
А
Ом
Ом
Ом
Ом-
' Ф
Ом
Ом
Г
Ом
Ом
Г
град
Ф
Ф
Расчетная
формула
E-14)
E-15)
E-72)
E-73)
E-89)
E-80)
} E-83)
УЖ
E-86)
E-87)
E-55), E-56)
Е2110
E-75)
E-76)
г2 4-*2
E-61)
E-62)
E-63)
E-34)
E-37), E-41)
E-45)
E-64)
E-49) У
E-58)
E-70)
Величина
101
-4,5.
58
—47
75
1,87-10~6
0,42
1,3
58,5
44,5
4400
72 ~1.
61
60,5
46
5780
1,46-10-»
2,45 Ч„
17,7
6,4-10--
—2,6
0,4
9,6-10-в
3°30'
1,86-10--.
9,9-10~8

Нет необходимости в такой большой величине емкости С'0, какая указана
в табл. 5-1. Ее уменьшение будет только способствовать выполнению условия
устойчивости E-66). Конструктивно ее удобно выполнить такой же, как ем-
кость С'0:
С0 = С0'= 1,86-10_8Ф.
Тогда из формулы E-71) получим: Ь'0 = 36 ■ 10~6 Г.
Полученное решение является удовлетворительным во всех отношениях:
М/Ьг — 0,67, т. е. оно конструктивно выполнимо (см. § 5-2), а при увеличении
затухания в нагревательном контуре согласование будет достигаться за счет
ослабления связи.
Как на входе кабеля ток /фХ, так и на выходе ток /ф2 не превышают допусти-
мого значения D2А на один кабель).
Однако следует иметь в виду, что на практике далеко не всегда обеспечивается
работа при а=1. Отклонение от этой величины может существенно увеличить
токи в кабелях. Поэтому следует рекомендовать увеличить число параллельно вклю-
ченных кабелей с таким расчетом, чтобы при а = 1 на выходе кабеля был тройной
запас по току. В данном случае для этого необходимо включить не два, а три ка-
беля в параллель.
Таблица 5-2
Параметр
С05 ф2
л-. Ом
#2. Ом
Е2, В
'фг А
'Фа- А
ф2< 0
0,4
7,9
—24,1
4050
160
112
0,5
10,4
-27,8
4100
138
89,5
0,6
13,4
-31,5
4200
122
74,5
0,707
17
—35,4
4250
108
63,5
0,8
21,3
-39,4
4350
" 97
54,5
0,9
25,6
-41,5
4350
88,5
50
ф2=0
1
40,2
-47,5
4400
71
44,5
Фа > 0
0,9
67
—48,5
4550
55
50
0,8
83
-29
4550
49,5
54,5
0,707
97
—22
4550
45,5
63,5
0,6
102
10,1
4550
44,5
74,5
0,5
87
47,5
4750
48
89,5
0,4
48,5-
55
4750
64,5
112
В табл. 5-2 приведены данные сопротивлений г'г, х2, напряжения на входе
кабеля Е2 и токов в кабелях при вышеприведенных параметрах нагревательного
контура и трех параллельно включенных кабелях в зависимости от
соз ш, = — ' .
Величины г2 и х2, необходимые для расчета л2 и #2, могут быть легко рассчи-
таны по формулам:
_ Я22соз- ф2 .
г2 — ~р >
Е'<,г
Хг = —н— С05ф2 зш ф2.
Значение соз ф2 = 0,4 соответствует 3—4%-ному расхождению между гене-
рируемой и собственной частотами нагревательного контура (а ^> 0,96-^0,97
или 1,03-5-1,04). Из табл. 5-2 хорошо видно, что при одном и том же значении
соз ф2 кабели нагружены меньше при фа> 0, что соответствует а < 1. Включе-
ние емкости Сд (рис. 5-11) вынудит настроить систему кабели—нагревательный
контур на индуктивную реакцию (х\ > 0) или на небольшую емкостную реакцию
(*2 <; 0)> когда токи как на входе, так и на выходе кабеля вполне приемлемы.
169

Таблица 5-3
Параметр
*г
*2
г2
*2
22
/.ф
/ф1
/ф2
-5.
/о
хо. с
г'"
г~э
*2Э
,2 '
22э
С!
''вн
--СВ
м
^вн
X*
А
ф
Со
^0
Единица
Ом
Ом
Ом
Ом
Ом
Г
: }
А
А
В
- А
Ом
Ф
Ом
Ом
Ома
Ф
Ом
Ом
Г
Ом
Ом
Г
град
Ф
Ф
Расчетная
формула
E-14)
E-15)
E-72)
E-73)
E-89)
E-80)
E-83)
УЩ
E-86)
E-87)
E-55), E-56)
ад
E-105)
E-75)
E-76)
г2 -I-»-2
г2э Т *2э
E-61)
E-62)
E-63)
E-91)
E-37), E-41)
E-45)
E-64)
E-49)
E-58)
E-70)
Величина
30,6
46
100
27,4
103,5
1,25-10-«
0,53
1,4
44,7
81
4650
72
65
5,6-10-»
.25,5
44
2580
1,46-10"»
2,45
22
6-10"-
-6,4
0,385
9,1
3° 15'
1,86-10"8
4,9-10--

Исходя из практического опыта, можно рекомендовать емкость С™ принять
равной
1
ш*о. с макс
E-105)
Произведем расчет при трех параллельно включенных кабелях (г = 50/3 =
= 16,7 Ом) с наличием емкости С в той же последовательности при а = 0,98 <
<5 1. Для того чтобы получить такую величину о при генерируемой частоте
440 кГц, собственная частота нагревательного контура должна быть повышена
до 449 кГц, что наиболее целесообразно достигнуть путем уменьшения емкости С$,
сохранив емкость Сг = 10 Ф без изменений. Тогда С'2 оказываемся равной
0,765 10-г Ф.
По формулам E-101) и E-102) получим:
бг-= 2,42-Ю-2; р-= 8,25 Ом.
Результаты дальнейших расчетов сведены в табл. 5-3.
Как и в предыдущем случае, емкость Со может быть принята равной (%.
Тогда по формуле E-71) Ь^= 38 • 10"в Г. Полученные результаты также являются
удовлетворительными во всех отношениях.
5-10. СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ К. П. Д. АВТОГЕНЕРАТОРА
В § 5-3 было показано, что вектор напряжения обратной связи Ее не нахо-
дится точно в противофазе с вектором напряжения на анодном контуре Ех (см.
рис. 5-8). Покажем, что для генераторной лампы фазовые соотношения могут
в известной мере регулироваться за счет подбора величины анодно-разделитель-
Кконтуру
2
Рис. 5-14. Часть вектор-
ной диаграммы лампового
автогенератора с учетом
падения напряжения на
анодно-разделительноИ ем-
кости
-&
Рис. 5-15. Схема для повышения к. п. д.
лампового автогенератора
ной емкости Свл (см. рис. 5-3). На рис. 5-14
доказана часть векторной диаграммы с уче-
том падения напряжения на этой емкости
Е-с, которое, очевидно, на 90 электриче-
ских градусов отстает от тока 1. Как видно из этой диаграммы, угол <р'
между током I и переменной составляющей анодного напряжения ' благо-
даря падению напряжения Еас меньше угла <р. Таким образом, можно получить
точную противофазность напряжения обратной связи относительно переменной
составляющей анодного напряжения.
Другой способ повышения к. п. д. генераторной лампы состоит в введении
последовательно с анодно-разделитсльной емкостью С&л небольшой индуктив-
171

ности 1-бл (рис. 5-15). В этом случае рост к. п. д. получается не за счет улучшения
фазовых соотношений, а за счет введения в напряжение на аноде лампы высших
гармоник. Подбор величины этой индуктивности производится экспериментально.
В качестве исходного значения можно принять
1
-бл :
Ш2Сбл '
Указанные способы могут дать эффект при относительно невысоких частотах,
когда через емкость С&, не проходит значительных реактивных токов, обуслов-
ленных проходной емкостью лампы (емкость сетка—анод) и паразитными емко-
стями элементов схемы относительно
заземленного каркаса, хотя из прак-
тики известно, что включение индук-
тивности Ьбл в отдельных случаях
оказывалось весьма эффективным даже
на частоте 5,28 МГц. Вообще же эф-
фективность того или иного способа
следует проверять экспериментально,
так как она зависит от свойств гене-
раторной лампы.
5-11. СПОСОБ ПОДАВЛЕНИЯ
ПАРАЗИТНОЙ ГЕНЕРАЦИИ
Во всех вышеприведенных схемах
в сеточной цепи отсутствует антипа-
разитное сопротивление, которое в не-
давнем прошлом было неотъемлемой
частью схемы любого лампового авто-
генератора, в котором для получения
напряжений обратной связи не исполь-
зовались межэлектродные емкости гене-
раторной лампы. Ликвидация антипа-
разитного сопротивления оказалась
возможной за счет того, что напряже-
ние обратной связи снимается с емко-
сти Со, которая значительно превы-
шает входную емкость лампы (емкость
сетка—катод), являясь для высоких
паразитных частот практически корот-
ким замыканием. Однако для практи-
ческой реализации этого свойства необ-
ходимо соответствующее конструктив-
ное выполнение.
На рис. 5-16 изображен общий вид
узла крепления и подключения генера-
торной лампы и конденсаторов, с ко-
торых снимается напряжение обратной
связи. В каркасе /, в котором распо-
ложена генераторная лампа 2, имеется
заземленный экран 3, расположенный
между сеточным выводом и спаем бал-
лона с анодом генераторной лампы.
На этом экране вокруг сеточного вы-
вода генераторной лампы устанав-
ливаются конденсаторы 4, образующие емкость С%. Эти конденсаторы кре-
пятся к экрану 3 своими выводами 5. Выводы 6 с помощью хомута 7 соединяются
с сеточным выводом генераторной лампы. Выводы катода 8 заземляются по высо-
Рис. 5-16. Конструктивное выполнение
цепи обратной связи, позволяющее
обойтись без антипаразитных сопро-
тивлений
172

кой частоте с помощью конденсаторов 9, монтирующихся в непосредственной бли-
зости от экрана 3.В качестве этих конденсаторов применяются конденсаторы с ма-
лой индуктивностью вводов (например, помехозащитные конденсаторы). Состав-
ление емкости Сц из нескольких параллельно включенных конденсаторов 4 (ко-
личество их для надежной работы должно быть не менее четырех), максимально
приближенных к сеточному выводу генераторной лампы, сводит до минимума
эквивалентную индуктивность между сеткой и катодом генераторной лампы для
паразитных частот, делая невозможным их самовозбуждение через проходную
емкость лампы.
Глава шестая
АНАЛИЗ СХЕМ ЛАМПОВЫХ АВТОГЕНЕРАТОРОВ
ДЛЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАГРЕВА
6-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Для диэлектрического нагрева применяются в основном авто-
генераторы, работающие в диапазоне коротких и ультракоротких
волн. Это обстоятельство придает автогенераторам особенности,
которых не было у автогенераторов, применяемых для индук-
ционного нагрева, работающих главным образом в диапазоне
длинных и средних волн. Основная особенность их состоит в том,
что на коротких волнах, не говоря уже об ультракоротковолно-
вом диапазоне, нельзя не учитывать межэлектродных емкостей
генераторных ламп. Именно эти емкости лампы не дают возмож-
ности осуществить в этих диапазонах ни одну из тех схем, которые
были подробно рассмотрены в гл. 5. Однако при проектировании
коротковолновых автогенераторов стоит аналогичная задача —
создать схемы, которые обеспечивают их устойчивую работу
и позволяют производить настройку оптимального режима на-
грева. Для этого следует прежде всего рассмотреть некоторые
общие вопросы, связанные с работой схем в коротко- и ультрако-
ротковолновом диапазонах.
6-2. СХЕМЫ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
Одной из отличительных особенностей этих схем является
участие межэлектродных емкостей лампы в создании напряжения
обратной связи. Имеются три основных вида таких схем: схема
с общим катодом, схема с общим анодом и схема с общей сеткой.
Схема с общим катодом. На рис. 6-1 показаны схемы цепи
обратной связи с общим катодом. Цепь Ь&блга #грСегр служит для
прохождения постоянной составляющей сеточного тока и на
коэффициент обратной связи практически не влияет. Поэтому на
эквивалентной схеме рис. 6-1, б, на которой лампа заменена
емкостями Се.к (входная «сетка—катод»), Са.е (проходная «сетка—
анод») и Са-к (выходная «анод—катод»), цепь постоянной соста-
173

вляющей сеточного тока не показала. Из рис. 6-1 видио, что
иапряжеиие обратной связи создается за счет падения напряже-
ния" на сопротивлении хе.к, образованном емкостью Св.к и па-
раллельно включенной ей цепью Ь&Се:
~в-к
(йЬо
— Сц-кй)
Сгш
F-1)
Рис. 6-1. Принципиальная (а) и эквивалентная (б) схемы обратной
связи с общим катодом
Величина тока, который проходит через цепь обратной связи,
обусловлена величиной сопротивления
Хя-К — '
са-ги
• *в-к •
F-2)
Как известно, для выполнения необходимого условия само-
возбуждения напряжение на участке сетка—катод (хе.к) должно
быть в противофазе с напряжением на участке анод—катод (д.а-в)>
т. е. коэффициент обратной связи
«О — - Хц-к/Ха-к .
должен быть положительным.
В результате ряда простых преобразований получим:
(У>*-1)Са,г
се-(са-е+се-«)Aесе<о*-1)
F-3)
F-4)
Зависимость к0 от частоты показана на рис. 6-2, из которого
очевидно, что к0 > 0 только в диапазоне /0—/а.
Преобразуем несколысо формулу F-3), имея в виду F-2):
й-к
F-5)
~2-к
Са-8<»
174

Из этой формулы вытеКает, что для получения необходимого к<>
при заданной частоте /' мы должиы обеспечить величину
Х&-К —
2яA+60)/'Са
F-6)
На рис. 6-3 показано еемейство кривых хе.К при различных С^
в функции частоты /, обеспечивающее требуемое к0 при данной
генерируемой частоте /'. На этом же рисунке показана кривая
*-■/"
Рис. 6-2. Зависимость коэффициента р „ „ -,
обратной связи от частоты в схеме с '^яс. о-о. кривая ^ щ
общим катодом а"8
и семейств»
1
С..всо
1
Са.й со
кривых Хд-к при различных С$
■ = — ха.а. Из рисунка видно, что точка пересечения кривой
с кривой хе.к (частота /а) определяет ту максимально вы-
сокую частоту, которую способна самовозбудить данная генера-
торная лампа при данных параметрах цепи обратной связи, так
как при />/а величина хе.к>
Са-^,
-, т. е. к0 <0. (^0л< 5, -<
В соответствии с условием хе.я
1,
Са-«Ш
-^ имеем:
1
2л
1 / са-г "г- се-к + се
F-7>
Очевидно, что минимально возможная генерируемая частота
определяется из условия хе.К = 0, т. е.
1.=-гУ-
^еРб
F-8>
175-

При / < /о величина хе.к < О, т. е. опять-таки к0 оказывается
отрицательным.
Таким образом, е уменьшением емкости Се сужается возмож-
ный диапазон генерируемых частот. Это очень важное обстоя-
тельство, так как при работе со сложными схемами, имеющими
несколько резонансных частот, таким путем удается получить
устойчивую работу на требуемой частоте и избежать затягивания.
Для этого необходимо рассчитать цепь обратной связи таким обра-
зом, чтобы частота /а была ниже более высоких резонансных ча-
стот, а частота /0 — выше более низких.
/
/
Ф
Ф-,
ь
I
Рис. 6-4. Некоторые возможные способы включения С%
Из формулы F-4) можно легко вывести выражение для рас-
чета Ь&:
_1 Г - ■ *о
4ЯТ2 [Св Ч'+^а-г+У^.
I
&'
-\
F-9)
Эту индуктивность можно конструктивно оформлять как
в виде цилиндрической катушки из одного или нескольких вит-
ков, так и в виде двухпроводной линии.
На практике емкость Сг очень часто приходится выполнять
из коаксиальных труб. В зависимости от схемы включения этого
конденсатора определяется емкость Се.К. На рис. 6-4 показан
ряд возможных способов включения конденсатора С§. В схеме
рис. 6-4, а при расчете Сй.к к межэлектродной емкости сетка—
катод самой лампы следует добавить емкость наружной трубы
конденсатора относительно земли. В схеме рис. 6-4, б эту емкость
следует добавить не к емкости сетка—катод лампы, а учесть при
расчете емкости Се, добавив ее к емкости цилиндрического кон-
денсатора. В схеме рис. 6-4, в емкость наружной трубы не играет
никакой роли.
Следует заметить, что, уменьшая емкость Се, можно не только
понижать частоту /а, но и компенсировать вредное действие ин-
дуктивности сеточного вывода лампы. Иногда при большой ве-
личине С3 оказывается, что индуктивность линии сетка—катод
даже при отсутствии явно выраженной индуктивности ^,г на-
176

столько велика, что самовозбуждение происходит при недопу-
стимо больших коэффициентах обратной связи.
В некоторых случаях для обеспечения условия устойчивости
можно идти не по пути уменьшения емкости С8, а искусственно
увеличивать емкость ,Сг.к. Сказанное относится главным обра-
зом к маломощным генераторным лампам, у которых межэлектрод-
ная емкость сетка—катод невелика.
В результате рассмотрения схемы обратной связи с общим
катодом мы приходим к следующим выводам.
-V» ~)
Рис. 6-5. Принципиальная (а) и эквивалентная (б) схемы обратной
связи с общим анодом
1. Коэффициент обратной связи в диапазоне возможных ге-
нерируемых частот /0—/а увеличивается с ростом частоты (см.
рис. 6-2).
2. Если пренебречь потерями в цепи обратной связи, то на-
пряжение обратной связи оказывается точно в противофазе с пе-
ременным напряжением анод—катод, т. е. вся колебательная
система, на которую нагружена генераторная лампа, при такой
обратной связи ведет себя, как чисто активное сопротивление.
1
3. Поскольку в области /0—/а величина
Са-г<*
>х
й-к,
вся
цепь обратной связи имеет емкостную реакцию. Это значит, что
резонанс всей колебательной системы может быть только тогда,
когда ее остальная часть, включая емкость Са.к, имеет индук-
тивную реакцию.
Заметим, что при заземленном катоде емкость Са.к является
суммой межэлектродной емкости анод—катод лампы и собствен-
ной емкости анода или бака генераторной лампы относительно
каркаса (земли).
Схема с общим анодом. Эта схема показана на рис. 6-5,а,
а ее эквивалентная схема — на рис. 6-5, б, в которой, так же
как и в предыдущем случае, не учитывается цепь постоянной
составляющей сеточного тока.
12 Заказ 1113
177

Очевидно, что в данной схеме
Хц-к
Сй.ксо
F-10)
При расчете ха.к мы вправе пренебречь емкостью Се, так как
в этой схеме она должна быть, по крайней мере, в несколько де-
сятков раз больше емкости Са.й. Тогда
#а-к -= ■
со1„
•-%са.й-*а
С,-Ка
В соответствии с формулой F-3) получим:
'-Ум»'
F-11)
F-12)
ко
0
-1
\\
Ч(Сй-к+Са.й)<оа-1 '
Зависимость к0 от частоты
показана на рис. 6-6, из кото-
рого очевидно, что к0 > 0
опять-таки только в ограни-
ченном диапазоне /0—/а.
Из формулы F-12) вытека-
ет, что максимальная частота
/а, которая может -генериро-
ваться при такой обратной
связи, равная
■"-- 2я|/ у;а.г
F-13)
Рис. 6-6. Зависимость коэффициента
обратной связи от частоты в схеме с
общим анодом
совпадает с собственной часто-
той анодно-сеточного контура.
Минимально возможная гене-
рируемая частота
и
~2л V ^
1
(С*-к+Са.в)
F-14) '
Из формулы F-12) следует, что для получения требуемого
коэффициента обратной связи к0 необходимо, чтобы
1+'*о
** -4я-/-[A + к0)Са.е + к0Се.К]'
F-15)
Как и в схеме с общим катодом, эта индуктивность конструк-
тивно оформляется либо в виде цилиндрической катушки, либо
в виде двухпроводной линии.
В результате мы можем сделать следующие выводы по схеме
обратной связи с общим анодом.
1. В отличие от схемы с общим катодом коэффициент обратной
связи в диапазоне возможных генерируемых частот /0—/а падает
с ростом частоты (см. рис. 6-6). Это является важным преиму-
ществом схемы при диэлектрическом нагреве. Дело в том, что
178

при нагреве диэлектриков, как правило, возрастают тангенс {
угла потерь и диэлектрическая проницаемость. В результате !
нагрев сопровождается ростом нагрузки на.ламповый генератор I
и одновременно некоторым понижением частоты. Рост нагрузки
вызывает уменьшение коэффициента использования анодного
напряжения ^, что даже при постоянстве частоты привело бы
к уменьшению напряжения обратной связи, т. е. ухудшило бы
режим работы генераторной лампы. В схеме с общим катодом это
усугубляется тем, что с понижением частоты падает и коэффи-
циент обратной связи. Если же увеличение нагрузки на ламповый
генератор сопровождается понижением частоты, то за счет полу-
чающегося при этом увеличения коэффициента обратной связи
в схеме с общим анодом удается в значительной мере стабилизи-
ровать напряжение обратной связи. .
То обстоятельство, что коэффициент обратной связи с ростом
частоты падает, делает эту схему значительно более устойчивой
к затягиванию в сторону более высоких резонансных частот по
сравнению со схемой с общим катодом, где имеет место обратная,!;
зависимость. Если в схеме с общим катодом для обеспечения устой-'1
чивости по этой причине обязательно необходимо, чтобы более!,.
высокие резонансные частоты были выше частоты /а, то в \
схеме с общим- анодом возможны некоторые нарушения этого
условия.
В этом' отношении в схеме с общим анодом имеют место те же '
благоприятные обстоятельства, которые изложены в § 5-3 при *
рассмотреиии схем, применяемых на сравнительно низких ча-
стотах (до 5,28 МГц).
2. Как и в схеме с общим катодом, напряжение обратной связи
оказывается точно в протнвофазе с переменным напряжением
анод—катод, т. е. и в этой схеме вся колебательная система
является для генераторной лампы чисто активным сопротивле-
нием.
Практические расчеты показывают, что для получения тре-
буемого коэффициента обратной связи_собственная частота анод-
но-сеточного контура (частота /.) не более чем на 10—Т5_% пре-
~В->и11аё^ене]^^ !о" этой причине ТГданнои схеме
"й'ёльзяГ работать с малыми "емкостями Се. Уменьшение этой ем-
кости, очевидно, приведет к еще меньшему расхождению между
генерируемой частотой и резонансной частотой /а. А тогда актив-
ная составляющая полного сопротивления анодно-сеточного кон-
тура создаст фазовый сдвиг напряжения обратной связи и оно
уже не будет находиться в противофазе с переменным напряже-
нием анод—катод, что, как хорошо известно, резко ухудшает
к. п. д. генераторной лампы. I
Для того чтобы избежать ухудшения фазы обратной связн
за счет первой гармоники импульса анодного тока, который на
90 электрических градусов сдвинут относительно контурных то-
ков в цепи обратной связи, недопустимо схему с общим анодом
12*
179

выполнять так, как показано на рис. 6-7, где падение напряжения
на участке аЬ, обусловленное анодным током приведет к неточ-
ной противофазное™ напряжения обратной связи относительно
переменного напряжения анод—катод. Схему следует конструк-
тивно выполнять именно так, как показано на рис. 6-5, а, подклю-
чая цепь Ь8Се непосредственно к аноду лампы или к ее баку ох-
лаждения.
3. Поскольку в данной схеме хе.к = ^ < 0, то из
условия, что коэффициент обратной связи должен быть положи-
тельным, вытекает, что ха.к > 0 [см. формулу F-3)], т. е. вся
цепь обратной связи имеет индуктивную реакцию. Следовательно,
-■р.-. "~" в отличие от схемы с общим катодом
'■-' * ,/ ^ резонанс всей колебательной системы
_ц_. -^ возможен только тогда, когда вся
~'"св внешняя часть колебательной систе-
мы, которая включается между ано-
дом и катодом лампы (включая ем-
кость Са.к), имеет емкостный ха-
рактер.
-в ,—I ■. В случае если анод лампы по
•Ф- высокой частоте заземлен, собствен-
Рис. 6-7. Неправильная схема ная емкость анода или бака лампы
обратной связи с общим анодом относительно каркаса не учитывает-
ся. В этом случае емкость Са.к со-
стоит только из выходной емкости генераторной лампы, кото-
рая очень мала и даже у мощных ламп не превышает не-
скольких пикофарад.
Упоминавшаяся выше схема обратной связи с общей сет-
кой в промышленных автогенераторах не применяется, так
как значительно уступает двум рассмотренным в отношении
устойчивости. Уступает она и в отношении к. п. д. гене-
раторной лампы, так как активная нагрузка вносится в анод-
но-сеточный контур, что ухудшает фазовые соотношения в
генераторной лампе. Поэтому данную схему мы рассматривать
не будем.
Как показывает практика, схема с общим анодом из разре-
шенных к использованию в промышленности частот дает хорошие
результаты на частотах 27,12 МГц ±1%, 40,68 МГц ± 1%
и 81,36 МГц ± 1%.
На частоте 13,56 МГц ± 1% хорошие результаты дает схема
с. общим катодом. На этой частоте она дает лучшие результаты
в отношении к. п. д. лампы, чем схема с общим анодом, так как
ток в цепи Ь8С8 значительно больше, чем ток через емкость Се.к.
Поэтому переменная составляющая сеточного тока генератор-
ной лампы в схеме с обЩим катодом оказывает менее вредное
влияние на фазу напряжения обратной связи. Но при частоте
27,12 МГц и более высоких частотах ток через емкость Сй.к по-
180

лучается достаточно велик и отрицательное действие сеточного
тока уже не сказывается.
Правда, преимущество схемы с общим анодом в отношении
устойчивости иногда вынуждает применять ее и на частоте
13,56 МГц. В этом случае для повышения к. п. д. целесообразно
искусственно несколько увеличить емкость Сй.к. Однако сле-
дует иметь в виду, что перспектива использования генераторных
ламп с магнитной фокусировкой электронного потока, у которых
сеточный ток очень мал, позволит применять и на частоте 13,56 МГц
схему обратной связи с общим анодом, не прибегая к искусствен-
ному увеличению емкости Се.к.
6-3. ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ СХЕМЫ ЛИНИЙ
С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
В коротковолновых автогенераторах далеко не всегда все
элементы схемы являются явно выраженными индуктивностями
или емкостями. Наоборот, очень часто монтаж автогенератора
заведомо осуществляется так, что в нем имеются элементы с распре-
деленными параметрами. В частности, широкое распространение
«)
<
Е
/«,
0
X
1
X.
1:
^
2
"I
пг
:Сг
б)
9-
х
и
ЧН ст± С":
с'
Рис. 6-8. Линия с распределенными параметрами (а) и ее эквивалентная
схема (б) при отсутствии активных сопротивлений
получили концентрические фидеры для подключения нагрузКи к ге-
нератору, когда по условиям работы она не может быть совмещена
с ним в одном блоке.
В связи с этим нам необходимо рассмотреть вопрос об эквива-
лентных схемах линий с распределенными параметрами.
Мы рассмотрим в первую очередь один из наиболее сложных
случаев, встречающихся на практике, когда выход линии вклю-
чается на цепь из последовательно включенных индуктивности и
емкости (рис. 6-8, а).
При этом рассмотрении мы ограничимся случаем, когда длина
линии / не превышает 15% длины волны автогенератора:
ИХ < 0,15, F-16)
а также пренебрежем потерями в самой линии и в цепи
«ягрузкн.
181

Из общей теорни линнй известно, что напряжение- Ех и ток
1Х в любой точке линии, замкнутой на сопротивлеиие хь, выра-
жаются следующими формулами: ?
Ь г- Где/ зш т.1 — г соз т.1 , , 1 ,с , _ч
' г [х^созт/ +г 51П т1 ^ ч '
^ В этих формулах г — характеристическое, или волновое, со-
противление линии, а т = 2п/%.
В нашем случае^
*- = ^—с"- F-19)
Тогда!
** _ *° [A-^С-«2)соз/п/-гС-созт т/ 81п ""* + С08 ""Ч ' (Ь 10)
'* — 1 г [ A-12С2й)-)со5т/-2 8тсо/и/ С08тХ 81П тх\ ' @ г1>
Поскольку мы ограничили величину 11% -^ 0,15, то с достаточ-
ной для большинства практических случаев точностью можио
зт т1 и соз т1 разложить в ряд по степеням т1, сохранив в каж-
дом разложении только два первых члена:
81п т/=т/ — --—; F-22) ч
созт/=1--^-. F-23) V
Например, при 11% =0,15 (т.1 == 0,3) в результате рас-
чета по формулам F-22) и F-23) получим &щ т.1 = 0,803
вместо табличного значения 0,809, а соз т.1 = 0,556 вместо
0,588. При меньших значениях 11% точность будет значительно
выше. Вопрос о погрешности, получившеЙся в результате заме-
ны з!пт/ и соз/п/ приближеиными выражеииями, будет рассмот-
рен особо.
Выразив длииу волны через круговую частоту, полу-
чим:
,С~^с!;' т = -^-.(о. F-24)
Подставив F-22), F-23) и F-24) в формулы F-20) и F-21)
при х = 0, получим выражение для входного сопротивления ли-
иии:
*-*
=р^ D- '--+и)»' ■- [с (-,+410-)+
182

+ —те—] <° +1}Ыс2 + —^-)
32
X
1*9р4
X
+(
/-• 10--" , гС2Ы0-- \ .
—54—+ § ;м
М0--
Зг
14 -1
1-с2г--ю-2«
1622 С2 +
/•10-
Зг
(О*
F-25)
В итоге мы получили х0 в
функции со. Найдем качествен-
ный характер этой зависимо-
сти. Для постоянного тока
(со -= 0) сопротивление х0 =
= — сю. Приравняв нулю пер-
вый множитель в фигурных
скобках выражения длялго=0,
убедимся, что при двух значе-
ниях со сопротивление х0 — 0.
Приравняв нулю выражение
в квадратных скобках во вто-
ром множителе, увидим, что
при двух других значениях со
кривая х0 претерпевает разрыв
непрерывности.
При бесконечно высокой частоте сопротивление в области от-
рицательных значений асимптотически приближается к нулю.
Таким образом, мы получаем зависимость, представленную на
рис. 6-9. Точно такую же зависимость от круговой частоты имеет
сопротивление схемы, составленной из двух последовательно
включенных контуров, причем индуктивная ветвь одного из них
содержит емкость, включенную последовательно с индуктив-
ностью (схема рис. 6-8, б).
Сопротивление этой схемы
х0 = \ии'С" (С + С'") со* — [1"С" + V (С + С" + С"')] со2 + 1} х
X {со (С" + С") ^УС"С- + ^С'(С' + С ^ _
ии'ссс
Рис. 6-9. Зависимость дг0 от круговой
частоты ш
со4—1
Г
F-26)
С" + С"
Сравнение этого выражения с ранее выведенным F-25) пока-
зывает, что функциональная зависимость обоих выражений от
частоты совершенно одинакова.
183

Напомним, что выражения F-25) и E-26), а также кривая за-
висимости х0 от со справедливы только, пока Л/К -^ 0,15, т. е.
пока
@:
0,9л>108
/
(/<^МГц)
Проведенный качественный анализ зависимости х0 от со яв-
ляется формальным математическим приемом, который нужен
для того, чтобы заменить схему рис. 6-8, а наглядной эквивалент-
ной схемой рис. 6-8, б. Само собой разумеется, что предел приме-
няемости этой эквивалентной схемы ограничен также условием
/ < 45// МГц.
Вводим обозначения:
а =
С-/--10--6
18
(^2 +
гЫО-
6 = СаA2 +
гМО"8
)+'-
9
г-.ю-м
12
•=с8 +
/•10-
Зг
(
/.Ю-8 ' ^-А + ~
/2.10-18 г/С,-Ю-8'
54
Зг
с | М0'8
12С,/3-10--4
16221 С° + Т/
F-27)
F-28)
F-29)
F-30)
F-31)
Для определения V, I", С", С и С" эквивалентной схемы
рис. 6-8, б мы должны приравнять между собой коэффициенты
у одинаковых степеней со в обоих выражениях для х0 как в числи-
теле, так и в знаменателе:
а-=/Л/'С"(С'+С'");
ь = ис" + и (С + с" + су,
В = С + С';
_ Ь'СТ'" + .УС (С + С")
9 =
С" + С"
и и с с с"
С" + С"
I
F-32)
В итоге мы получим систему из пяти уравнений с пятью неиз-
вестными. Из этой системы следует:
со„
1'С р — Ург — цц
F-33)
184

V
С
С
с%2
._ ЧёС .
вС-ад'
= ё—С ;
ч>о2(аС'—д§)
Можно выразнть все интересующие нас индуктивности и ем-
кости эквивалентной схемы через величины а, Ъ, §, р и ц, т. е.
в итоге через параметры линии / и г и параметры нагрузки
Ь2 и С2:
С' = -^; F-34)
Ь' = -^Уг; F-35)
F-36)
F-37)
F-38)
Если в формуле F-33) выбрать перед корнем знак плюс,
в итоге получим совершенно такую же величину х0, но при дру-
гих значениях С, I', С", С" и Ь". Так что выбор знака перед кор-
нем в формуле F-33) является произвольным.
Так как, однако, мы выбрали для щ1 решение, соответствую-
щее знаку минус перед корнем, то собственная круговая частота
контура Ь"С"С" будет выражаться той же формулой F-33),
но со знаком плюс перед корнем.
Это обстоятельство вытекает из четвертого уравнения системы
F-32). Оно же следует из рассмотрения кривой рис. 6-9. В самом
деле, разрывы непрерывностей в ходе кривой имеют место как
раз при круговых частотах, равных собственной круговой частоте
либо контура Ь'С, либо контура Ь"С"Ст. Следовательно, если
соо2 имеет два значения, то при выборе одного из них для ко"нтура
Ь'С второе возможное значение ©о2 должно соответствовать соб-
ственной частоте контура Ь"С"С".
Для практических расчетов необходимо выяснить условия,
при которых можно ту или иную линию заменить соответствую-
щей эквивалентной схемой. Одно условие, вытекающее из допу-
стимой точности расчетов при разложении в ряд 51П т1 и соз т1,
было уже установлено выше (/А, =^0,15). Но это условие само
по себе еще недостаточно.
В самом деле, произведя расчет х0 по формулам F-17) и F-18),
получим:
Хй = гх' + '1т' F-39)
Определим погрешность, получающуюся в результате расчета
х0 не по точной формуле F-39), а по приближенной F-25) или
F-26). Погрешность в расчете является результатом подстановки
в исходные формулы не табличных значений круговых функций,
а приближенных, т. е. обусловлена погрешностью в определении
1§т/,
185

Как известно, погрешность в расчете х0 будет определяться
величиной
Ах^-щш)А^т1- F:40>
Здесь А тд т1 — разность между значением 1§ т1, получающимся
в результате расчета по формулам F-22) и F-23), и табличным
значением !§ т1.
Продифференцировав выражение F-40) для х0 по 1§ т1,
получим:
-^-М00 = , A + 2ДГ! п Ю0%- F-41)
Из этой формулы хорошо видно, что могут быть случаи, когда,
допустив даже небольшую погрешность в расчете 1§ т1, можно
получить большую погрешность в расчете х0. Это будет тогда,
когда XI \дт1_мало отличается от г (при хь > 0) или если абсо-
лютная~~ШГйчина |*/| мало отличается от г 1§ т/* (при х- < 0);
Поэтому ясно, что эквивалентными схемами можно пользоваться
при условии, что погрешность в расчете х0 невелика. Само собой
разумеется, что при расчете погрешности по формуле F-41) в нее
следует подставлять табличные значения \% т1. Как правило,
пользование эквивалентными схемами оказывается вполне до-
пустимым.
Мы привели весь расчет для воздушных линий, когда их
геометрическая длина совпадает с расчетной.
Но на практике иногда применяются коаксиальные кабели,,
в которых изоляцией между прямым и обратным проводами слу-
жат различного рода диэлектрики. В этом случае расчетная длина
линии в ]/^е/е0 больше геометрической, где е/е0 — отношение
диэлектрической проницаемости диэлектрика кабеля к диэлектри-
ческой проницаемости вакуума (воздуха).
Вычислим напряжение Е2 на рабочем конденсаторе. Для этого
необходимо в первую очередь по формуле F-18) рассчитать ток
/- в конце линии. Выполнив ряд простейших преобразований,
получим:
/. = -/^^A+^ёт/), F-42)
откуда
^-^^О+т^Н- F43)
Эти формулы справедливы при любом отношении 11%. Для
повышения точности расчетов при 11% -^ 0,15 входящую в них
величину х0 .целесообразно рассчитывать _пд формуле F-39).
Напряжение"^2 в зависимости от знака х0 и величины гп1 будет
находиться либо в фазе, либо в противофазе с входным напря-
жением Ё0, а ток будет либо упреждать напряжение Е0, либо
186

отставать от Него на 90 электрических градусов. При расчетах
наиболее часто нужно знать только величины // и Е2. Тогда коэф-
фициент — ; в формуле F-42) и знак минус в формуле F-43) не
учитываются.
В общем случае (рис. 6-10, а), когда линия нагружена на цепь
из последовательно включенных индуктивности Ь2, емкости С2
и активного сопротивления г,
г1 = г + ]^Ьг—^) = г1 + х1 F44)
и полное входное сопротивление линии
7 — - г- + /г-8т-
Л« — г г + \г1\%т1 •
б)
F-45)
1а
з*о
Рис. 6-10. Линия с распределенными параметрами (а) и ее
эквивалентная схема (б) при наличии активного сопротив-
ления в нагрузке
Это сопротивление может быть представлено в виде двухпо-
люсника г0 + /*о (Рис- 6-10, б). .
Активная и реактивная составляющие 20 вычисляются путем
подстановки F-44) в F-45):
Г2-
' =
гг-
со8а т.1 [(г — х{ 1д т/J + г- 1д- т1] соз- т1 (г — х 1д т/J
(*, + г 1д т.) (г — х, 1д т1) — г- 1д т*
Х° === 2 (г — ^ 18 т/)-+ г-1§-т/ '
F-46)
F-47)
Как правило, наличие активного сопротивления г мало ска-
зывается на величине л-0. Поэтому в большинстве случаев расчет
х0 можно производить по формуле F-39). По этой же причине
оно не мешает использовать эквивалентиые схемы, полученные
для ИХ =^0,15. При расчете г0 в большинстве случаев можно
применять приближенную формулу F-46).
в-4. СХЕМА С ИНДУКТИВНОЙ АВТОТРАНСФОРМАЦИЕЙ
С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
В настоящее время основной схемой коротковолновых и ультра-
коротковолновых автогенераторов является схема с индуктивной
автотрансформациеи и с общим анодом. Такая схема с сосредото-
ченными параметрами изображена на рис. 6-11, а. Она может
187

иметь много разновидностей, определяемых конструктивными
условиями подвода энергии к рабочему конденсатору и пара-
метрами нагрузки. Мы прежде всего рассмотрим основную схему
(рис. 6-11, а) и ее второй вариант (рис. 6-12), а затем несколько
вариантов подвода энергии к рабочему конденсатору с помощью
концентрического фидера. Необходимость в такой схеме на прак-
6) _ 3^-)-
Рис. 6-11. Принципиальная (а) эквивалентная (б) схемы лампового автогене-
ратора с индуктивной автотрансфермацией с сосредоточенными параметрами
тике возникает довольно часто. Ранее широко применялись так
называемые П-образные и Т-образные схемы. Большим преиму-
ществом их было то обстоятельство, что они позволяли легко регу-
лировать режим работы автогенератора в процессе его работы.
Однако такое регулирование
было связано со значитель-
ными изменениями генери-
руемой частоты, что стало
недопустимым после введе-
ния в 1962 г. ряда .-разре-
шенных диапазонов частот с
весьма небольшим допуском
по отклонению от номиналь-
ного значения (±1%). По-
этому данные схемы утра-
тили свое значение.
На рис. 6-11, б приве-
дена эквивалентная схема,
в которой все блокировочные и разделительные индуктивности
и емкости схемы рис. 6-11, а приняты бесконечно большими.
Емкость Са..к0 состоит из двух составляющих —- емкости
анода (или бака охлаждения) относительно каркаса и собствен-
ной выходной емкости (емкость анод—катод) лампы. В случае
необходимости емкость Са_к 0 может быть увеличена за счет
подключения соответствующего конденсатора.
Сопротивление
Рис. 6-12. Принципиальная схема второ-
го варианта лампового автогенератора
с индуктивной автотрансформацией с
сосредоточенными параметрами
0I.!
1-МСа.кО-*оСг-к)<'>2
F-48)
188

Так как в соответствии с положениями § 6-2 вся колебатель-
ная система является для генераторной лампы чисто активным
сопротивлением Я0е, то колебательная мощность
Р = ЕЦКое, F-49)
с другой стороны,
Е\г
(аЬ-
1
) +'
F-50)
См
Сопоставив оба эти выражения, получим:
Я0е=-Л с») м\ _с^ F.51)
Обычно величиной г2 в числителе можно пренебречь.
Хотя, строго говоря, когда колебательная система является
для лампы чисто активной нагрузкой, генерируемая частота не-
сколько отличается от ее собственной разонансной частоты.
Но ввиду малости активных сопротивлений в контурах по сравне-
нию со всеми реактивными сопротивлениями схемы мы этой раз-
ницей пренебрежем, т. е. будем считать, что генерируемая частота
определяется из условия (>
^ + @1—^- = 0. F-52)
В предыдущей главе было показано, что в левую часть этого
уравнения должна еще войти величина реактивного сопротивле-
ния л:*, вносимого в колебательную систему генераторной лампой,
что и предопределяет расхождение между генерируемой частотой
и собственной частотой системы. Здесь мы величину этого рас-
хождения ввиду ее малости учитывать не будем, так как величина
х* играет существенную роль только при плохих фазовых соот-
ношениях в генераторной лампе. А в схеме с общим анодом фазо-
вые соотношения в лампе очень хорошие.
Исходя из условия резонанса F-52), выражение F-51) для
определения #П(! можно несколько преобразовать:
х\ со2!*
Кое^— = г] _/ (С—~~ъ~с—ПгГ' F-53)
Напряжение на рабочем конденсаторе
Из этой формулы можно определить величину I, необходимую
для получения заданного напряжения Е2. Строго говоря, задан-
ное напряжение Е2 можно получить при двух различных значе-
ниях Ь: одно значение Ь соответствует синфазности напряжений
189

Ег и Ех (Ег1Ех > 0), другое — их противофазное™ (Ег1Ег < 0).
Мы ограничимся первым случаем, представляющим большой
интерес. Тогда
, '1—Е-/Е,
Со>2
Нетрудно видеть, что при этом всегда
Е%>Е1.
F-55)
F-56)
F-57)
Рис. 6-13. Зависимость хк от частоты
Если для получения за-
данной мощности на рабочем
конденсаторе необходимо
иметь напряжение, меньшее,
чем напряжение Еи выра-
батываемое генераторной
лампой, то последовательно
е рабочим конденсатором
следует включать укорачи-
вающий конденсатор, чтобы
погасить на нем часть на-
пряжения Ег.
Величину индуктивности Ъх определяем из условия резонанса
F-52), имея в виду выражение F-48):
11 = С + (Са.к 0- к0Се_к A - Шо*) • F'58)
Можно величины ^ и I рассчитать несколько иным путем.
Определив из формулы F-49) необходимое /?0е, из формулы F-53)
получаем:
^ V г%ое F-59)
1 [ 1 + Г7Щ, (Са.к 0-к0Се.К) со] со •
Тогда величину Ь определим из условия резонанса F-52),
имея в виду F-48):
1 и.
1 =
Ссо- 1-^(Са.к0-^0Сг.к)«
F-60)
Перейдем теперь к изученикх вопроса об устойчивости схемы
с индуктивной автотрансформацией. На рис. 6-13 показана частот-
ная зависимость сопротивления л:к системы внешних конту-
ров Са-кО
При рассмотрении схемы обратной связи с общим анодом
(см. 6-2, б) было выяснено, что в этом случае автогенератор может
генерировать только те частоты, для которых вся внешняя часть
колебательной системы (в данном случае хк) имеет емкостный
190

характер. Из рис. 6-13 видно, что хк имеет две такие зоны с соот-
ветствующими им диапазонами частот. Поскольку хк = О при
аЬ = -=—, то неравенству F-56) удовлетворяет только первая
емкостная зона с частотами /6К — /ок- Для того чтобы " избежать
затягивания, диапазон частот второй емкостной зоны, начинаю-
щийся с частоты /ок, должен быть выше частоты 1&, т. е. условие
устойчивости выражается неравенством
/&.>/.. . F-61)
Таким образом, речь может идти только о затягивании в сто-
рону более высокой частоты. Следует отметить, что такое затя-
гивание, если оно в процессе настройки и произойдет, для гене-
раторной лампы совершенно безвредно, так как в схеме с общим
анодом с ростом частоты коэффициент обратной связи резко па-
дает (при частоте /а. значение к0 = 0). Это обстоятельство является
одной из причин, вынуждающей нас соблюдать условие F-56),
вытекающее из формулы F-55). В противном случае рабочей об-
ластью была бы область / > /0к. А тогда затягивание могло бы
произойти в сторону более низкой частоты (зона /6к — ^ок).
что связано с очень большим возрастанием коэффициента обрат-
ной связи, могущим привести к выходу из строя генераторной
лампы.
Частоты /6к и /ок могут быть рассчитаны по следующим фор-
мулам:
/0к =
Гп_. —
,л1/
/ ь + и 1 Г[ -- + --1 , - \2 4
' С-.^^ *~ С1. у { Са-кО--*.- ' С1) Са.к0С111
2
/ --+--, . 1 , // Ь + Ь, . 1 \Я 4
' Са.ко-.А. 1 СЬ ' У ^Са.к0----1 ' СЬ) Са-кОС--!
2я
F-62)
F-63)
По мере уменьшения отношения ЪХ1Ь эти обе частоты сильно
сближаются, что может привести к нарушению условия устой-
чивости F-61).
При заданных параметрах схемы генерируемая частота может
быть рассчитана по формуле
' 2я Г 2 '
F-64)
где А = 1 + 1г г- —
А (Са-ко-*оСг.к) и.г + сь
В тех случаях, когда из-за большой величины емкости рабо-
чего конденсатора С напряжение на нем оказывается чрезмерно
191

велико (из формулы F-54) и условия F-56) вытекает, что с ро-
стом С растет и Ег), используют второй вариант схемы с индук-
тивной автотрансформацией, представленный на рис. 6-12. В этой
схеме
с Е1
1 — 1Ссо2 + 111г
F-65)
Из сопоставления этой формулы с F-54) очевидно, что введе-
ние Ьг уменьшает Ег.
По схеме рис. 6-11 в настоящее время выпускается высоко-
частотная установка типа ЛД 1-0,6 (мощность 630 Вт, частота
40, 68 МГц) для предварительного подогрева пластмасс. По
схеме рис. 6-12 выпускается высокочастотная установка типа
ВЧД-63/27-СС (мощность 63 кВт, частота 27,12 МГц) с высоким
напряжением на рабочем конденсаторе (до 30 кВ), предназначен-
ная для сушки литейных стержней.
6-5. СХЕМА С ИНДУКТИВНОЙ АВТОТРАНСФОРМАЦИЕЙ
С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
Как уже ранее указывалось, подключение нагрузки к лампо-
вому автогенератору очень часто производится с помощью кон-
центрических фидеров. Необходимость в таком подключении воз-
никает тогда, когда по условиям эксплуатации камера с рабочим
конденсатором должна быть удалена на некоторое расстояние.
Рассмотрим схему с индуктивной автотрансформацией
(рис. 6-14, а). На рис. 6-14, б фидер длиной / с цепью нагрузки
Ь2С2г заменен двухполюсником г0 + ]'х0. Эта схема по своему
виду напоминает рассмотренную в предыдущем параграфе схему
рис. 6-11. Поэтому по аналогии с формулой F-51)
К + х0)- + г§ (тг. + *,I ,„ в~
Я0е = « -г . (Ь-ЬЬ)
На рис. 6-15, а показ а н„ .график зависимо^та__х^оТ_дасТоТы,
на рис. 6-15, б — соответствующая частотная зависимость~х0,
а на рис. 6-15, в — частотная зависимость ыЬ -\- х0. Благодаря
наличию индуктивности Ьг в данной схеме в принципе возможно
использование диапазона частот первой емкостной зоны 0 — /оК
реактивного сопротивления внешней системы контуров, так как
Ь-у может скомпенсировать в необходимой мере сумму проводи -
мостей — Са-ко со и —=—;—, что требуется для нормальной
работы генераторной лампы. Рассмотрим работу схемы при раз-
^шч^ш^^сдотщэщениях между""!^ волновым'сопротивлением ли-
"шпГг"и {§ т1. Мы ограничимся случаем, когда длина линии /
не превышает 25% длины волны К, т. е. когда {§ т1 > 0.
а) XI < г 1§ т1.
192

Этой области значений хь соответствует х0 < 0 [ см. формулу
,F-39) ]. Из формулы F-66) следует, что ®Ь + х0 = ± Уг0#0е.
В данном разделе мы ограничимся случаем
F-67)
со/, + х0 = — Уг0Я.ое.
Ю
са..
Ъ--.Ф
_гу-«-у-\_
; С<--*0
.-•»
Рис. 6-14. Принципиальная (а) и эквивалентная1[б) схемы лампового автогене-
ратора с индуктивной автотрансформацией с распределенными параметрами
Противоположный случай шЬ + х0 = ^о-^ое будет рас-
смотрен ниже, при исследовании области х{ < ..
Подставив в F-67) значение х0 из формулы F-39), аг, — из
формулы F-46), пренебрегая в ней величиной г2 1§2/п/, получим:
ш B — л^ 1§ тА
Поскольку Ь ^ 0, то
X/ < — \г\%т1
хг -\-г\% т1 ■
УгВ«
созт/
]/"гЯ„
т. е.
Или иначе
13 Заказ ШЗ
2<
1
С2со
1
г\%т1
а и
С2о) 1§ т. \% т1
созт/ /'
созт/
зтт/
F-68)
F-69)
F-70)
F-71)
193

Практические расчеты показывают, что возможность работы
автогенератора в области */ < —г 1§ т1 весьма ограничена.
Даже при сравнительно небольших емкостях"С % и сравнительно
коротком фидере из формулы F-71) вытекает неравенство г < О,
что лишено физического смысла. Если же исходные параметры
таковы, что 2>0, то цепь Ьх0г0 в схеме рис. 6-14 анало-
гична цепи ЬСг в схеме рис. 6-11. Тогда аналогично формуле
F-59) получим:
!-.-=■
К-оКо
4+М(Са
■кО"
■*оС,.кН
F-72)
Поскольку рассматривае-
мому случаю может соот-
ветствовать диапазон частот
только первой емкостной зо-
ны 0 — /6к реактивного со-
противления внешней систе-
мы контуров (рис. 6-15), то
затягивание в сторону бОлее
низкой резонансной частоты
невозможно.
Из формуль1F
кает, что при (ж^С—^Лё т^
~'~г^ёъ&Ш.—(8=78)г
Тогда"'из F-72) следует
' со!-. < УТЩеСОЗ пй. F-74)
Эта величина оказывается
' обычно очень малой, что
связано с большим тоКом
как через индуктивность Ьх,
так и на входе фидера.
Вообще в ^области *• <?
< — г :§ т1 ток на входе
фидера /0 больше тока в
цепи его нагрузки //. В
самом ■ деле, поскольку
/2г0 = 1\г, то в| Соответствии с неравенством F-73) /0 > С032ОТ/-
Все это увеличивает потери как в индуктианостях Ьг и Ь, так и
в фидере.
Ввиду всего вышеизложенного рассмотренная область может
иметь весьма ограниченное применение.
Рис. 6-15. Зависим >сть XI, х0 и а>Ь + *0
от 'зстоты
-|.
б) — г\%т1<х1 <
щт1
194

Из крйЬых рис. 6-15 следует1, что В области —-г 1§ т[ < хг <
< —----- сопротивление х0 > 0. Тогда из формулы F-66) полу-
чаем:
со! + х0 = Уг0Кое. F-75)
В области х1 < -—у следует ограничиться рассмотрением
только этого случая, так как аЬ + х0 = — Уг0К.ое будет лишь
при х < 0, что возможно только при XI < — г {§ т1 и было
уже рассмотрено выше.
Поскольку из условия резонанса следует
со11(со1-т-л;0) 1
аЬг + (о>С + х0) ~ (Са.к0 — к0С&_к) м '
ТО
со1 + х»>7с—-АС ^со- F7>
(Са-к0 й0С#-к) -°
Введем обозначение
*1 = -7с^ *с -> • F8)
(ьа-к0"-'г0с'в-к) СО
F-76)
Аналогично тому, как была выведена формула F-68), полу-
(«+**Вт/-2Щ. (б.79)
чим:
со (г —;-. 1§ т1)
Так как Ь > 0, то необходимо, чтобы
УгЯ»
X,
г<_гг1йй._-_/ . F.80)
Поскольку в рассматриваемой области
г>х-т-б/п/, - F-81)
то путем совместного решения двух последних неравенств получим:
х1<У~гЩшо.а&т1. F-82)
Из формул F-75) и F-77) слудует, что У г0К0е должно быть
больше абсолютной величины сопротивления \х1\, определяемого
формулой F-78), т. е.
К--оЯо.>|*11- F-83)
Подставив сюда значение г0 из формулы F-46) и пренебрегая
величиной г21§2 т1 в знаменателе, получим:
г (Iх-1созт1 — У7Щ,,) <Х1\хг\ 51пт/. F-84)
Если
со8т/> -1^, F-85)
1*1 1
13* , 195

то
1*11 х, зш пй „ . ч
2 < -—--^ -=■ . F-86)
| хг | соз т1 — у /-Лое
Данное неравенство имеет смысл только в том случае, если
хь >• 0. Таким образом, при длине фидера, удевлетворяющей
условию F-85), при расчете параметров цепи нагрузка—фидер
должно быть выполнено неравенство
0 < XI < У7Щ, соз т1. F-87)
При выборе г следует одновременно удовлетворять трем нера-
венствам: F-80), F-81) и F-86).
Если же длина фидера такая, что
созт/<-]^, F-88)
I х1 I
то решение неравенства F-84) дает
— х. I хл I зш т\ лп>
г> Г О '-! . F-89)
У гЯое — \х1\ соз т.1
Это неравенство выполнимо как при х1 > 0, так и при х{ < 0.
Таким образом, в данном случае при выборе параметров цепи
фидер—нагрузка следует удовлетворять неравенству F-82),
а также неравенствам F-80), F-81) и F-89).
Если х1 <С 0, то неравенство F-81) выполняется автоматически.
Из сопоставлений двух различных значений длины фидера
видно, что при большой его длине величина х- может,быть меньше,
т. е. может быть меньше индуктивность шины, соединяющей
фидер с рабочим конденсатором:
^=■^+■2- F-90)
Поскольку условие F-75) может иметь место только при ча-
стоте выше /6к, т. е. заведомо не соответствует диапазону частот
первой емкостной зоны реактивного сопротивления системы внеш-
них контуров (рис. 6-15), то следует произвести расчет устойчи-
вости в отношении затягивания в сторону низкой резонансной
частоты.
В § 6-1 было показано, что минимальная частота, которую
может генерировать ламповый автогенератор с общим анодом,
определяется формулой F-14). Следовательно, для обеспечения
устойчивости в данном случае необходимо соблюдать условие
/о>/ок. F-91)
Для расчета /ок необходимо воспользоваться эквивалентной
схемой рис. Х-8, б. Пренебрегая емкостью С1 ввиду того, что
в области интересующих нас частот аЬ'^-^г-, цепь Ь — фи-
о СО
196

дер — нагрузка можно для диапазона частот вблизи /ок замени-к-
эквивалентной схемой рис. 6-16. А для такой схемы
/«
,, _ 1 --/"I',
с + (ь + ^,) (с + с") — /в- — 4 (Ь + -V) -усс"
2 (*, + //) и'сс"
где Б = ГС" + (I +1') (С" + С"').
Величину /-! определяем из форму-
лы F-76), имея в виду, что ее правая
часть является абсолютной величиной
|х-|:
{а>1 + х0) | хх |
F-92)
I"
-ПТУ-.
*Г Гф
1-.=
со [со! + д-о) — | --1 I
F-93)
Рис.
Эквивалентная
я0 без учета
6-16.
схема со/. -
емкости С в эквивалентной
схеме линии
В качестве примера определим пара-
метры лампового генератора по схеме с общим
анодом мощностью 10 кВт, частотой 40,68 МГц.
Генераторный триод работает в при анод-
ном напряжении 7 кВ, что при 1^*0,9
соответствует Е1 = 4,5 кВ. Поскольку генераторная лампа работает при
анодном напряжении, значительно меньшем номинального значения A0,5 кВ),
примем коэффициент обратной связи кй = 0,25. Емкость анод—сетка триода
С08 = 35 пФ, емкость сетка-катод Сй-к = 40 пФ, емкость анод—катод равна
1 пФ. Емкость бака охлаждения относительно каркаса (измеренная экспери-
ментально) составляет 30 пФ. Таким образом, Са-к О = 31 пФ.
Рабочий конденсатор подключается с помощью фидера длиной / = 1 м.
Емкость рабочего конденсатора С2 = 60 пФ.
Приведенное активное сопротивление нагреваемого материала г = 1,5 Ом.
Расчет производим в последовательности, указанной в табл. 6-1.
Таблица 6-1
Параметр
°ог
т
т.1
81П т.1
созт/
гдт/
-"■о
и
и
*1
1*1
У7Щ~е
\*х\
Расчетная
формула
F-49)
F-24)
—
—
—
—
F-15)
F-14)
F-13)
F-78)
—
—
—
Величина
2025 Ом
0,85 1/м
0,85
0,75
0,66
1,14
<0,358-10-- Г
30,5 МГц
45,2 МГц
—187 Ом
187 0м
55 0м
0,294
197

Поскольку соз пг1 — 0,66 > 0,2§4, то это соответствует условию F-65).
Тогда из неравенства F-87) определяем: 0 < х/ < 36,3 Ом. Из неравенства F-80)
следует г < 73,5 — 0,88 х/. Из неравенства F-81) г~> 1,14х/, а из неравенства
F-86) г < 2,06*/.
Неравенство F-80) в данном случае легко выполняется при любом хи удо-
влетворяющем неравенству F-87).
Что касается неравенств F-81) и F-86), то следует иметь в виду, что из кон-
структивных соображений, во избежание больших диаметров труб фидера, не-
желательно иметь г < 24,3 Ом (О/А = 1,5). Этому условию удовлетворяет, напри-
мер, XI = 15 Ом. Тогда из упомянутых неравенств получаем: г< 60,3 Ом,
г> 17,1 Ом, г<31 Ом. -
Таким образом, мы можем принять г = 24,3 Ом.
Продолжим расчет согласно табл. 6-2.
Таблица 6-2
Параметр
^
ч
г0
1
I*
а
Ь
8
Р
Я
а'0'
/о
С
V
С
С
Ь"
/ок
Расчетная
формула
F-90)
F-47) '
F-46)
F-79)
F-93)
F-27)
F-28)
F-29)
F-30)
<6-31)
F-33)
(й'0
2Я
F-34)
F-35)
F-36)
F-37)
F-38)
F-92)
Величина
0,316-10--Г
144 Ом
39,6 Ом
0,54-10--Г
2.18-10--Г
114-10-8» с*
29,4- Ю-" са
. 197-10-» Ф
16,2- Ю--» са
24,4-10-3- с*
0,6-108 1/са
123 МГц
63-10"»Ф
0,0265-Ю-» Г
126-10"» Ф
71-10"» Ф
0,323-10"- Г
14,4 МГц
В данном примере по условию устойчивости F-91) получается больший запас,,,
что является существенным достоинством этой схемы.
Хотя в данной области в>Ь + х0 может быть как положительной, так и отри-
цательной величиной, мы ограничимся условием F-67). Противоположный слу-
чай, хотя принципиально и возможен, но он приводит к неоправданно большим
значениям Ь, что создает определенные конструктивные неудобства.
198

Вследствие того что в данной области (г — */1§ т.1) < 0, решение уравне-
ния F-67) приводит к формуле F-79). Но для того чтобы было /,>0,
должно быть
г>]0Щ-~^-г. F-94)
51П т.1 12 т1 х '
А так как в данной области
г<Х1\&т1, F-95)
то из последних двух неравенств следует, что
XI > УТЩе соз ш1. F-196)
Таким образом, в данной области с увеличением длины фидера можно обой-
тись меньшими величинами хи т. е. меньшей^величиной Ъг, определяемой фор-
мулой F-90).
По смыслу вывода формула F-92) для расчета индуктивности Ъ± распростра-
няется и на данную область. Точно так же на эту область распространяется и
формула F-92) для проверки схемы на устойчивость.
Произведем расчет схемы для тех же исходных данных, которые были в преды-
дущем примере
Из неравенства F-96) получаем: х/>36,3 0м, чему соответствует Ьг^>
> 0,4 мкГ.
Примем 1-, = 0,5 мкГ, т. е. Х[ = 62 Ом. Из неравенства F-94) вытекает
г^ 18,5 Ом, а из неравенства F-95) г <С 71 Ом.
Для того чтобы чрезмерно не увеличивать величину Ь [см. формулу F-79) ],
целесообразнее выбрать г ближе к нижнему пределу. Поэтому примем то же зна-
чение г, что и в предыдущем примере, т. е. г = 24,3 Ом.
Результаты дальнейшего расчета сведены в табл. 6-3.
Таблица 6-3
Параметр
Хо
Го
1
-Ч
а
Ь
8
Р
Я
а>'0'
Г'о
С
и
С"
С"
V
А)к
Расчетная
формула
F-47)
F-46)
F-79)
F-72)
F-27)
F-28)
F-29)
F-30)
F-31)
F-33)
а>о/2л
F-34)
F-35)
F-36)
F-37)
F-38)
F-92)
Величина
—46,5 Ом
0,95 Ом
0,0126-10"-Г
0,139-10"-Г
175-Ю--8 с*
41,3-10--» с2
197- Ю--2 Ф
24-ю-" с2'
38,8-ИГ8-с*
0,59-Ю-18 1/с
123 МГц
65- Ю-13 Ф
0,026-10"-Г
130- 10- Ф
67- Ю-12 Ф
0,515- 10--Г
26 МГц
199

Так как параметры цепи обратной связи те же, что и в предыдущем примере,
то по условию устойчивости F-91) здесь, хотя и получается достаточный запас по
устойчивости, но он меньше, чем в предыдущем примере.
Вообще надо отметить, что область хг "> ; следует использовать только
в тех случаях, когда конструкция рабочей камеры предопределяет такую индуктив-
ность Ьг, что неравенство F-82) не может быть выполнено. Если же оно выполнимо,
то нет никакой необходимости искусственно увеличивать Ьг, а следует исполь-
зовать область —г 1§ т.1 < х[<^ -т --, в которой фидер является также и уси-
лителем тока (ток 1[ на выходе значительно превышает ток /0 на входе, что умень- .
шает суммарные потери в фидере и в индуктивностях Ьг и Ц.
6-6. НЕКОТОРЫЕ ДРУГИЕ СХЕМЫ АВТОГЕНЕРАТОРОВ
В некоторых случаях, например для сварки пластикатов, необ-
ходимо обеспечить возможность легкой настройки автогенера-
тора, не выходя из разрешенного диапазона частот, при смене
сварочного электрода, что связано с изменением емкости рабочего
Рис. 6-17. Вариант принципиальной схемы лампового авто-
генератора с индуктивной автотрансформацией при наличии
укорачивающей Су и регулировочной С0 емкостей »
конденсатора. В этом случае может быть использована схема
с индуктивной автотрансформацией, представленная на рис. 6-17.
В этой схеме включен так называемый укорачивающий конден-
сатор Су, ослабляющий влияние изменения емкости рабочего
конденсатора С на частоту. Для этой же цели искусственно увели-
чена емкость анодного контура Сх.
Конденсатор Сп служит для согласования режимов автогене-
ратора с параметрами нагрузки. Поскольку он включен после
конденсатора Су, изменение его емкости сказывается на частоте
весьма слабо.
В отличие от ранее рассмотренных схем с заземленным като-
дом эта схема изображена с анодом, заземленным как по постоян-
ному току, так и по высокой частоте. Благодаря этому она вы-
полнена без анодного и сеточного дросселей, а с двумя катодными
дросселями. Принципиальных различий это в работу схемЫ не
200

вносит. Схема с заземленным по постоянному току анодом упро-
щает конструкцию системы охлаждения анода, но требует выпол-
нения трансформатора накала с высоковольтной изоляцией между
обмотками. Ранее рассмотренные схемы также могут выполняться
с заземленным анодом.
Рис. 6-18. Принципиальная схема коротковолнового лампового
автогенератора с расширенными пределами регулирования:
а — вариант с несимметричным выходом; б — вариант с сим-
метричным выходом.
Остановимся еще на одной схеме (рис. 6-18, а), которая может
применяться на частоте 5,28 МГц в тех случаях, когда требуются
особо широкие пределы регулирования мощности. Суть этой
схемы состоит в том, что при выдвижении анодной катушки Ьг
из катушки связи Ь, представляющей собой обычно один виток,
катушка Ьг перемещается в короткозамкнутый виток Ькз.
Параметры схемы выбираются таким образом, что собственная
частота вторичногожонтура ЫгСг (С2 < Сй) выше собственной
201

частоты анбднбгб контура, образо&аннбгО катушкой 1г и
емкостями генераторной лампы. Тогда вторичный контур вносит
в анодный положительное реактивное сопротивление. А коротко-
замКнутая катушка вносит в него отрицательное реактивное соп-
ротивление. Оба эти вносимых сопротивления практически ком-
пенсируют друг друга,- и таким образом, при регулировании ча-
стота не выходит из разрешенного диапазона.
При ослаблении связи между анодной катушкой Ьги Катупжой
/,к, ^собственная частота эквивалентного анодного контура за
счет действия короткозакнутой катушки несколько повышается,
приближаясь к собственной частоте вторичного контура, Этот
фактор оказывает более сильное влияние на отдаваемую мощ-
ность, чем уменьшение коэффициента связи. Поэтому с ослабле-
нием связи мощность, вырабатываемая генератором, возрастает.
Если получается обратный результат регулирования, то это яв-
ляется признаком настройки на вторую, более высокую, резо-
нансную частоту. Тогда для получения первой резонансной ча-
стоты следует перекрестить концы' на катушке Ьг или Ь.
Следует отметить, что для получения удовлетворительного
к. п. д. генераторной лампы не следует настраивать генератор
таким образом, чтобы номинальная мощность получалась при
очень слабой связи. Дело в том, что при излишне слабой связи
номинальная мощность может быть получена только тогда, когда
генерируемая частота будет очень блнзка к собственной частоте
вторичного контура, т. е. его реактивное сопротивление будет
очень мало. По мере его уменьшения вектор тока 12 будет все больше
сдвигаться относительно вектора тока 1Х (в пределе сдвиг со-
ставит 90 электричесКих градусов). Одновременно будет ухуд-
шаться фаза э. д. с. обратной связи, которая образуется за счет
падения напряжения на емкости Сй. Эта э. д. с. снимается со вто-
ричного контура для обеспечения условия устойчивости (отсут-
ствие затягивания).
В принципе для получения э. д. с. обратной связи может
быть использована не емкость, а индуктивности'. Но такая индук-
тивность вместе с индуктивностью монтажа и межэлектродными
емкостями лампы образует цепь обратной связи по схеме с общим
катодом, что может привести к затягиванию в сторону второй,
более высокой, резонансной частоты. При рассмотрении схем
обратной связи с общим катодом было выяснено, что с ростом
частоты самовозбуждение облегчается. Поэтому предпочтение
следует отдать способу получения э. д. с. обратной связи с емкости.
Во избежание паразитной генерации промежуток сетка—
катод лампы шунтируется , актипаразитной емкостью Се.к =
=э- 200 пФ. Для этой же цели последовательно с сеточным дрос-
селем включается антипаразитное сопротивление га *=» 100 Ом.
Эта схема может применяться как для нагрева диэлектриков,
так и для индукционного нагрева. За счет перемещения анодной
катушки Ьг можно регулировать напряжение' на нагрузке более
202

чем в 3 раза, т. е. регулировать мощность более чем в 10 раз.
В рассмотренных в гл. 5 схемах, применение которых возможно н
при частоте 5,28 МГц, за счет перемещения короткозамкнутой
катушки можно регулировать мощность не более чем в 5—6 раз.
Но следует отметить, что эти схемы позволяют регулировать ре-
жим и тогда, когда свойства материала в процессе нагрева сильно
изменяются. Схема рис. 6-18
позволяет осуществить регу-
лирование тольКо тогда, ./
когда свойства материала [
меняются мало. |
Кроме того, следует "
учесть, что для получения
удовлетворительной фазы
э. д. с. обратной связи эта
схема может применяться при
условии, что тоК вторичного
юэнтура не менее чем в 20
раз превышает первую гар-
монику сеточного тока гене-
раторной лампы.
По рассмотренной схеме
наша промышленность вы-
пускает установки типа
ЛД1-10 (мощность 10 кВт)
для склейки деревянных из-
делий.
В некоторых случаях, ког-
да по условиям технологии
требуется так называемый
симметричный выход, индук-
тивность вторичного контура
делится на две части, как это изображено на рис. 6-18, б.
Если соблюсти условие
1
Рис. 6-19. Ламповый автогенератор на
частоту 81,36 МГц (конструктивное вы-
полнение)
а>Ц =
2С2со
то обе пластииы рабочего конденсатора С2 будут иметь по вели-
чиие один и тот же потенциал относительно земли (каркаса).
Такой симметричный выход обеспечивает значительно более
равномерное распределение мощности по высоте нагреваемого
материала, что особенно важно при большой его толщине. В схеме
рис. 6-18, а возле заземленной пластины нагрев получается сла-
бее, чем возле высоковольтной.
Для получения частоты 81,36 МГц ±1% применяются кон-
струкции типа схематически изображенной на рис. 6-19. Здесь
между анодом и катодом генераторной лампы включается так
называемый резонатор Ьх, представляющий собой отрезок коротко-
203

замкнутого концентрического фидера. Связь с рабочим конденса-
тором С осуществляется с помощью нескольких параллельно
включенных трубок, образующих индуктивность Ьса и подклю-
чаемых к внутренней трубе разонатора. Параллельно входу резо-
натора для настройки на нужную частоту включается либо кон-
денсатор с регулируемой емкостью С0, либо двухпроводная линия
с регулируемой индуктивностью Ь0, иногда включают оба эти
элемента. Для регулирования величины напряжения на рабочем
конденсаторе С параллельно ему может быть включена двух-
проводная линия с регулируемой индуктивностью Ь2-
Рис. 6-20. Условная эквивалентная схема лампового автоге-
нератора на частоту 81,36 МГц
Обратная связь осуществляется по схеме с общим анодом.
На рис. 6-20 изображена условная эквивалентная схема такого
автогенератора.
Эта схема является условной потому,- что не учитывает рас-
пределенных емкостей внутри резонатора как между его трубами,
так и между трубами и элементами индуктивности связи. Хотя
методика расчета конструкции для схемы рис. 6-19 не разработана,
она аналогична таковой для схемы с индуктивной автотрансфор-
мацией (рис. 6-13). Так, например, увеличение индуктивностей
связи Ьсв, которые в какой-то мере аналогичны индуктивности Ь
в схеме рис. 6-13, ведет к увеличению нагрузки на генератор.
К этому же приводит и увеличение емкости рабочего конденса-
тора С и увеличение индуктивности Ь2, т. е. качественный харак-
тер влияния регулирования параметров элементов на настройку
совершенно такой же, как и в схеме рис. 6-13 [см. формулу F-65) ].
Резонатор отнюдь не обязательно выполнять в виде отрезка
короткозамкнутого концентрического фидера. Вместо наружной
трубы может быть использован обычный каркас, выполненный
из цветного металла.

список ЛИТЕРАТУРЫ
1. Высокочастотная электротермия. Под ред. А. В. Донского. Л., «Маши
ностроение», 1965, 564 с. с ил.
2. Милях А. Н., Шидловский А. К., Кузнецов И. Ф. Симметрирующие уст-
ройства с электромагнитными связями. Киев, Изд-во АН УССР, 1970. 44 с. с ил.
3. Бамдас С. М., Куланич В. А. и Шапиро С. В. Статические электромагнит-
ные преобразователи частоты и числа фаз. М.—Л., Госэнергоиздат, 1961. 208 с.
с ил.
4. Альпер Н. Я-, Терзян А. А. Индукционные генераторы. М., «Энергия»,
1970. 191 с. с ил.
5. Донской А. В., Ивенский Г. В. Электротермические установки с ионными
преобразователями повышенной частоты. Л., «Энергия», 1964. 209 с. с ил.
6. Бедфорд Б., Хофт Р. Теория автономных инверторов (Пер. с англ. ). М.,
«Энергия», 1969. 279 с. с ил.
7. Хацкелевич В. А. Расчет режимов новых генераторных триодов. М.,
Связьиздат, 1961, 48 с. с ил.
8. Донской А. В., Ивенский Г. В. Стабилизированный тиратронный выпря-
'митель с амплитудным регулированием. —«Электричество», 1956, № 11, с. 37-—
43 с ил.
9. Общесоюзные нормы допустимых индустриальных радиопомех. М.,
Связьиздат, 1963. 44 с. и Дополнения, 1966. 25 с.
10. Донской А. В. Основные энергетические характеристики при высокоча-
стотной поверхностной закалке. — «Электротермия. Информэлектро». 1972,
№ 115, с. 21—23 с ил.
11. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей и
правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребите-
лей. М., Атомиздат, 1971. 352 с с ил.
12. Вайнберг А. М. Индукционные плавильные печи. М., «Энергия», 1967.
414 с. с ил.
13. Слухоцкий А. Е. и Рыскин С. Е. Индукторы для индукционного нагрева
машиностроительных деталей. Л., Машгиз, 1954. 319 с. с ил.
14. Глуханов Н. П., Богданов В. Н. Сварка металлов при высокочастотном
нагреве. Л., Машгиз, 1962. 189 с. с ил.
15. Дресвин С. В. и др. Физика и техника низкотемпературной плазмы.
М., Атомиздат, 1972. 411 с. с ил.
16. Донской А. В. Вопросы теории и расчета при индукционном нагреве. —
«Электричество», 1954, № 3, е. 52—58 с ил.
17. Донской А. В. Высокочастотные электротермические установки. М.,
Металлургиздат, 1952, 76 с. с ил.
18. Атабеков Г. И. Теоретические основы электротехники. Ч. 1. «Энергия»,
1966. 319 с. с ил.
19. Рамм Г. С. Метод свободных колебаний в теории автогенераторов. —
«Труды учебных институтов связи», 1968, № 39, с. 187—196 с ил.
20. Рамм Г. С. Триодные генераторы колебаний сверхвысоких частот. М.,
Воениздат. 1955. 382 с. с ил.
21. Бонч-Бруевич М. А. Основы радиотехники. Ч. 2. М., Связьиздат, 1936.
376 с. с ил.
205

22. Дж. Н. Ланс. Численные методы для быстродействующих вычислитель-
ных машин. М., Изд-во иностр. лит., 1962. 208 с. с ил.
23. Арнольд В. И. Обыкновенные дифференциальные уравнения. М.,
«Наука», 1971. 240 с . с ил.
24. Кобзарев Ю. Б. О квазилинейном методе трактовки явлений в генераторе
почти синусоидальных колебаний. —ЖТФ, 1935, т. 5, с. 219—223 с ил.
25. Вигдорович Ю. Б. Влияние ориентации вектора напряжения обратной
связи на режим работы автогенератора. — «Техн. информ. бюллетень ЦКБ
УВУ», 1962, № 6 B4), с. 3—17 с ил.
26. Донской А. В. Определение электрических параметров анодного контура
ламповых генераторов. — «Электротермия», 1946, № 1, с. 3—6 с ил.
27. Нейман Л. Р., Демирчян К. С. Теоретические основы электротехники.
Т. 1. Л., «Энергия», 1967. 522 с. с-ил.
28. Фрумкин А. А. Автогенераторы с общим анодом в высокочастотных уста-
новках для нагрева диэлектриков. — «Электричество», 1967, № 4, с. 72—76 с ил.
29. Фрумкин А. А. Высокочастотные установки для нагрева диэлектриков.
•"ВНИИЭМ, 1966, 84_с. с ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 3
Глава первая. Общие сведения . . : 7
1-1. Общая схема электротермических установок с ламповыми ге-
нераторами —
1-2. Энергетические показатели в. ч. э. установок 10
1-3. Частота тока в. ч. э. установок 14
1-4. Основные требования к производству и эксплуатации в. ч. э.
установок 18
Глава вторая. Установки для индукционного нагрева с ламповыми
генераторами 20
2-1. Области применения 21
2-2. Общие характеристики устройств для индукционного нагрева
2-3. Изменение характеристик устройств для индукционного на-
грева 25
2-4. Эксплуатационные режимы в. ч. э. установок для индукцион-
ного нагрева . 34
2-5. Основные типы высокочастотных установок с ламповыми гене-
раторами для индукционного нагрева 37
2-6. Схемы установок с ламповыми генераторами для индукционного
нагрева 47
Глава третья. Высокочастотные установки для диэлектрического
нагрева 56
3-1. Области применения —
3-2. Общие характеристики устройств для нагрева диэлектриков 57
3-3. Изменение характеристик устройств для нагрева диэлектриков 59
3-4. Основные типы высокочастотных установок для нагрева ди-
электриков 60
3-5. Схемы установок с ламповыми генераторами для нагрева
диэлектриков 63
Глава ч е т/в е р т а я. Анализ работы автогенератора в электротер-
мической установке 74
4-1. Колебательные системы автогенераторов —
4-2. Электронная трехэлектродная лампа 82
4-3. Гармонический анализ токов в лампе 84
4-4. Упрощенный анализ работы автогенератора 92
4-5. Упрощенный расчет режима работы автогенератора .... 97
4-6. Схемы генераторов ' 101
4-7. Регулировка автогенератора . . . '. ПО
4-8. Качественный анализ колебаний в многоконтурном генераторе 120
4-9. Борьба с неустойчивостью работы автогенератора 129
207

Глава пятая. Анализ схем ламповых автогенераторов для индук-
ционного нагрева 140
5-1. Общие сведения ,. . . . —
5-2. Расчет г2 и х2 нагревательного контура 141
5-3. Трехконтурная схема автогенератора 143
5-4. Расчет цепи обратной связи трехконтурной схемы 155
5-5. Расчет параметров анодного контура 157
5-6. Четырехконтурная схема автогенератора 158
5-7. Двухтактные схемы 163
5-8- Второй вариант схемы анодного контура 164,
5-9. Примеры расчета 166
5-10. Способы повышения к. п. д. автогенератора 171
5-11. Способ подавления паразитной генерации 172
Глава шестая. Анализ схем ламповых автогенераторов для диэлек-
трического нагрева ' 173
6-1. Общие сведения -—
6-2. Схемы обратной связи —
6-3. Эквивалентные схемы линий с распределенными параметрами 181
6-4. Схема с индуктивной автотрансформацией с сосредоточенными
параметрами 187
6-5. Схема с индуктивной автотрансформацией с распределенными
параметрами 192
6-6. Некоторые другие схемы автогенераторов 200
Список литературы 205
АЛЕКСАНДР ВАСИЛЬЕВИЧ ДОНСКОЙ,
ГРИГОРИЙ САМОЙЛОВИЧ РАММ,
ЮРИЙ БОРИСОВИЧ вигдорович
ВЫСОКОЧАСТОТНЫ Е
ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
С ЛАМПОВЫМИ ГЕНЕРАТОРАМИ
Редактор Л. М. Пархоменко
Художественный редактор Г. А. Гудков
Технический редактор В. И. Ботикова
Корректор Т. С. Большакова
Сдано в набор 3/УП 1974 г. Подписано к печати 25/Х
1974 г. М-23021 Формат 60х90Уц. Бумага типограф-
ская № 3. Печ. л. 13. Уч.-изд. л. 15,73 Тираж 10 000 экз.
Заказ № 1113. Цена 93 коп.
Ленинградское отделение издательства «Энергия».
192041, Ленинград, Марсово поле, 1.
Ленинградская типография № 6 Союзполиграфпрома
при Государственном комитете Совета Министров СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли
193144, Ленинград, С-144, ул. Моисеенко, 10.

А.Б. ДОНСКОЙ
Г. С. РАМ М
Ю.Б.БИГДОРОВИЧ
ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ
ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИЕ
УСТАНОВКИ
С ЛАМПОВЫМИ
ГЕНЕРАТОРАМИ