Из приведенных выше соображений, как и для рассмотренного в этом параграфе тиристорного генератора, следует выбрать оптимальный режим работы, для которого величины nii, rii, UqIuqx, указаны выше.

После насыщения сердечника индуктивности (точка на рис. 2-4) начинается разряд емкости Ci через обмотку трансформатора Тр1, индуктивность La и не успевший выключиться тиристор Т2. К моменту емкость Ci разряжается до нуля, тиристор Г2 выключается, напряжение на емкости Са достигает значения Uc2, а магнитная индукция в сердечниках трансформатора Тр1 и индуктивности принимает значение - В, т. е. схема возвращается в исходное состояние.

Если не учитывать потери в трансформаторе Тр1, что допустимо для решаемой задачи, коэффициенты перезаряда емкостей Ci и равны, т. е. имеет место условие

С2/ У"с2=-и"сх/ исх=-ё. (2-31)

Теперь можно выразить напряжение 1]"q2 через величины и g. Подставив выражения (2-31) в (2-28), получим

2£о 1+Я

(2-32)

Проведенный анализ позволяет получить выражения для максимальных прямых f/am и обратных Um напряжений на тиристорах TI п Т2 н максимальных /am токов этих тиристоров, необходимые для выбора типов тиристоров:

Ua ml .

VQc;

Длительности токов через тиристоры Т1 и Т2:

<и1 = п -зСа; tyi<inYLzC2 .

Расчет генератора на максимальную мощность по заданным характеристикам тиристоров, приведенным в конце первой главы, и генерируемой частоте f = ЦТ удобно производить следующим образом:

1. В рассматриваемом генераторе выходная частота равна собственной частоте контура нагрузки Lk, Cr. Волновое сопротивление этого контура Рк определяется формой огибающей выходного напряжения. Например, при экспоненциальной форме величина Рк определяется через допустимую скорость затухания колебаний в контуре нагрузки и сопротивление нагрузки /?к (изображенное штриховыми линиями на рис. 2-3). Зная величины юк и Рк, нетрудно найти и Ск.

2. Далее выбираем длительность тока через тиристор Т2. В работах [25, 35] приводятся рекомендации по выбору коэффициента сжатия звена х. Зная величину сок и задаваясь приемлемым значением х, можно определить (кг = яа/сок.

Полагая допустимые максимальный ток /атд и анодное напряжение равными максимальным току /цтй и напряжению 17ат2 тиристора Т2 для выбранного режима работы схемы (в данном случае оптимального), находим параметры первого звена сжатия:

С и 2 m д

f/а.д

tn 2 а.д

3. Чтобы исключить влияние цепи заряда емкости Cg на работу последующих звеньев, частоту цепи заряда ©з выбираем существенно меньше величины соа. Обычно = (02/0)3= 5-J-10. Величина L3 = /((ulCg).

4. В качестве тиристора Т1 можно взять тиристор того же типа, что и Т2, так как они коммутируют одинаковую энергию.

5. Для получения оптимального режима необходимо выполнить условия: Li = "x-kI Ci ~ т-Ск..

6. Коэффициент трансформации трансформатора Тр1

7. Приняв условие u"c2 = И определяем напряжение источника питания:

8. Напряжение на емкости Cj в момент насыщения сердечника индуктивности Li равно

f/ci = iam/«-

9. Зная индуктивность L насыщенного дросселя и напряжение i/g

можно определить параметры дросселя [8,9].

10. Зная длительность импульса тока через индуктивность Li, его форму (практически полусинусоида) и амплитуду .im = nama- находим действующий ток через индуктивность Lj.

11. Энергию, отдаваемую в нагрузку за один цикл работы генератора, можно определить из энергетического соотношения для емкости Cg:

12. Тогда мощность, потребляемую от источника питания, если пренебречь потерями в схеме, можно оценить по формуле

где i" - частота импульсов в нагрузке.

Расчет цепи подмагничивания подробно описан в работах [9, 25J и здесь не приводится.

Рассмотренная схема генератора позволяет уменьшить длительность импульсов тока, возбуждающих колебательный контур (или систему контуров), по сравнению с длительностью тока через тиристор в 4-6 раз. Дальнейшее сжатие приводит к уменьшению КПД. При необходимости возможно применение нескольких ячеек сжатия, включенных последовательно.

2-2. Простейший однотактный генератор, работающий в режиме незатухающих колебаний

Схема генератора. Для генерирования незатухающих колебаний частотой не более десяти килогерц может быть использована простейшая схема генератора [3, 34], приведенная на рис. 2-5. Она включает в себя тиристор Т, катушку индуктивности Lp и контур Lk, Ск, парэллвльно которому включено сопротивление нагрузки R.

При отпирании тиристора Т управляющим импульсом Uy (рис. 2-6) через тиристор по цепи Lp - контур нагрузки Lk, Ск,

течет ток /а и происходит заряд конденсатора Ск. Форма напряжения «с на конденсаторе приведена на рис. 2-6. Ток заряда из-за резонансных свойств зарядной цепи носит колебательный характер. В момент ti ток тиристора (рис. 2-6) уменьшается до тока удержания тиристора и последний запирается. Напряжение на конденсаторе Ск, за вычетом напряжения источника питания Е, с этого момента времени оказывается приложенным к тиристору. Для обеспечения условий выключения тиристора это напряжение должно превосходить по абсолютному значению напряжение В этом случае анодное напряжение тиристора «а в течение времени

Рис. 2-5. Схема простейшего однотактного генератора незатухающих колебаний

Рис. 2-6. Диаграммы токов и напряжений для однотактного генератора незатухающих колебаний

2-ti = после окончания тока сохраняется отрицательным (рис. 2-6) и тиристор выключается. После окончания тока в контуре Lk, Ск, Rh происходят свободные колебания до момента времени t, когда на тиристор подается следующий управляющий импульс, и все процессы в схеме повторяются, В результате, если частота управляющих импульсов не сильно отличается от частоты контура Lk, Ск, Rh, ТО В нем развиваются колебания с частотой, равной частоте управляющих импульсов.

Теоретический анализ и расчет. Для получения математических соотношений, описывающих процессы в схеме [34], рассмотрим два этапа ее работы: первый этап - когда тиристор Т включен и в цепи, состоящей из тиристора, индуктивности Lp и контура нагрузки, течет ток i; второй этап - когда тиристор выключен и в контуре нагрузки существуют свободные колебания.

Эквивалентные схемы для обоих этапов представлены на рис. 2-7. При составлении их были сделаны допущения, приведенные в конце

первой главы. Источник постоянного напряжения Eq представлен источником постоянного тока, причем ток и напряжение £"0 этих источников связаны следующим преобразованием Лапласа: = = EJipLp). Начальное напряжение Vq на емкости Ск заменено генератором тока с Лапласовым преобразованием ic = IJck- В результате Лапласовы преобразования для эквивалентных генераторов тока 1э1, 1э 2 первого и второго этапов работы схемы с учетом начальных условий для индуктивности Lk можно представить как

fsi iP) -

(2-33; 2-34)

Рис. 2-7. Эквивалентные схемы однотактного генератора незатухающих колебаний

где ii, I2 - токи в индуктивности Lk в моменты включения и выключения тиристора; Ui, U - напряжения на емкости Ск в моменты включения и выключения тиристора.

Для первого этапа работы генератора, используя преобразование Лапласа и соотношение L = LLI{L + Lp), получим выражения для напряжения и- на емкости С и для тока через тиристор ia-

"к1 (О = [f- 0 + 2lH + Sin (Оо +

Lp W Lp / (Do

+ (o-fi)coscOo (2-35)

. LE, L[4-a)E,t Li, L аЛ Г К:1<[££ a (f/ = „ +----1---- 1 "Г

2aLp/?„

2o)oaLp/?„

+- r,--г i

2(OoaH

sincOo + f- + ilcoscoA 2-3)

«0 =

a = 1 /(2J? „Ck) - коэффициент зату хани я;

собственная частота контура L, Cy,,R.

Ток через индуктивность с учетом уравнения (2-35) равен

..,(/)=-i-J«Kt(Od< + <i=-

r-at

- - --t-ci--[-1

L .

©oLp

©0 .

sin ci)o +

(2-37)

Для второго этапа работы генератора, используя преобразование Лапласа, получим выражение для напряжения Мк2 на емкости Ск:

(О = е cos idJ-(- + -"1 sin «« (2-38)

где(0к = 1/ -----"2--собственная частота контура L,

Используя выражение (2-38), нетрудно определить ток через индуктивность Lk на этом этапе:

{t)=-T-l"к2 (О dt+i=e~ \(-Jli-S\ sin (uk+ cos (nj .

i-k 0 LV COkk (Ok /

(2-39)

в выражениях (2-35) - (2-39) начало отсчета времени для первого этапа совпадает с моментом включения тиристора, а для второго - с моментом окончания тока через него.

Длительность импульса тока через тиристор и время выключения 4 могут быть определены из следующих условий:

h {t)\t=t, = 0; Мк2 {t)t=t,-Ео-=0. (2-40; 2-41)

Подставив в выражения (2-40) и (2-41) значения и из (2-36) и (2-38), получим уравнения для нахождения времен „ и t:

2(OoaLp/?„

fja4co) a

T--n--Г 1

2a(oo/?H

sin (оои + --- +

COS (ОоЦ = 0;

(2-42)

g-B [(;2COS(0K3-r-V + ->п«л1-о==0. (2-43)

V (ОкСк (Ok / J

Для нахождения максимального /am и среднего /ао токов через тиристор используется выражение (2-36), причем величина /а

соответствует экстремуму функции тока (t), а lo определяется выражением

(2-44)

VcOkCk

t/a7n = "K2(U+0 = g-«M [[/COSCOkm -

(2-45)

для второго

t/am="K2(8)+0 =

-ata

V (ОкСк

+ 0.(2-46)

Полученные выражения позволяют определить зависимости токов, напряжений и времени и от следующих параметров схемы: отношения индуктивностей у = Ь/Ьц, добротности контура на-

0,0 it. 0,02.

I i, i.

Максимальные значения напряжения Vcm на емкости Ск и t/am на тиристоре достигаются в момент t, соответствующий экстремуму функции Мк2 (0. при условии Т-и- Если имеет место условие t>T-t, то величина бат соответствует моменту включения тиристора t, С помощью выражения (2-38) находим для первого условия

р-0,90 0,75 0,55 0,35-А

-0,16 0.08L,

0,16 -0,08 0,02.

Рис. 2-8. Зависимости для максимального напряжения на аноде тиристора

грузки 0.=j\cjLv и отношения частот = (njin = Т1Т. Напряжения и токи при вычислении нормировались соответственно относительно величин Eq и EJR, а временные интервалы - относительно длительности периода генерируемой частоты Т = 2jt/(o. Зависимости были получены как для установившегося режима работы, так и для переходного (период включения). Вычисления производились методом сшивания последовательно от периода к периоду, каждый из которых состоит из двух ранее рассмотренных этапов.