книги / Тиристорные генераторы ультразвуковой частоты

А

Рис. 3.19. Регулировочные характеристики мостового инвертора

Нетрудно установить, что у мостового инвертора вре­ мя восстановления tBосст равно времени открытого состоя­

венно второй главе должны быть в оптимальном режиме меньше /поест, легко заключить, что наиболее благоприят­ ной с точки зрения процесса восстановления управляе­ мости тиристора является схема рис. 3.4, а наименее — рис. 3.3. Положительным качеством схемы рис. 3.1 яв­ ляется то, что у нее время восстановления /поест не зависит от частоты коммутации тиристоров. У этой схемы в от-

личие от двух остальных с увеличением --/с,i время /Восст= =я/со возрастает. Следовательно, для этой схемы воз­ можно изменять частоту и нагрузку в наиболее широких пределах. Наиболее близким к оптимальному является характер изменения напряжения тиристора в схеме рис. 3.3. Следовательно, для этой схемы характерна наи­ меньшая относительная расчетная мощность тиристоров, конденсаторов и дросселей (см. гл. 2).

Однако учитывая, что допустимый диапазон изменения нагрузки в этой схеме меньше, чем в предшествующей, приходится применять ее лишь при питании однопостовой нагрузки небольшой мощности. Схему рис. 3.4 лучше все­ го применять при частотах свыше 25 кГц или больших мощностях однопостовой нагрузки. У этой схемы относи­ тельно большие расчетные мощности тиристоров и реак­ тивных элементов (на 30—40 % больше, чем у инвертора рис. 3.1, и в 1,5 раза, чем у инвертора рис. 3.3), но самое большое время восстановления ^оТст.

3.8. Основные способы и схемы поляризаций магнитострикционных преобразователей

На рис. 3.20,а—з приведены варианты схем, применяе­ мых для -поляризации сердечника магнитостриктора.

Наличие вариантов схем связано с различными тре­ бованиями, предъявляемыми к регулированию тока по­ ляризации.

Как следует из § 1.7, при оптимальном режиме ра­ боты магнитостриктора амплитуда переменной составляю­ щей тока примерно равна постоянной. Уменьшение (уве­ личение) тока подмагничивания (поляризации) / пол при­ водит к уменьшению (увеличению) амплитуды колебания магнитострикционного' преобразователя. Может также измениться (в одних магнитострикторах увеличиться, в

образом, изменение тока поляризации позволяет плавно изменять выходную мощность излучения при постоянном значении частоты.

Кроме того, с помощью тока поляризации можно со­ гласовать резонансную частоту нагрузочного контура с ча­ стотой собственных колебаний магнитострикционного пре­ образователя. Действительно, согласно •§ 1.6 индуктивг ность магнитостриктора изменяется обратно пропорцио-

Рис. 3.20. Варианты схем поляризации сердечников магиитостриктора:

В — выпрямитель; И —инвертор; МЛ — магнитострнкцнешный преобразователь

нально I полСледовательно, резонансная частота контура изменяется прямо пропорционально J/7 пол. Зависимость

же резонансной частоты магнитостриктора от тока подмагничивания незначительная — при его изменении от нуля до номинального значения она изменяется не более чем на 10 %'• Таким образом, изменение тока подмагничивания позволяет осуществить тонкую подстройку меха­

подключении к инвертору конструктивно различных магнитострикторов. Дело в том, что тиристорные генераторы изготавливаются, как правило, для питания различных типов магнитострикторов, а иногда — для питания сразу нескольких преобразователей. Ясно, что у каждого кон­ кретного магнитостриктора свое номинальное значение •тока поляризации, и должна быть предусмотрена возмож­ ность его варьирования.

Указанные условия, дополненные общепринятыми тех­ нико-экономическими требованиями (минимум потерь, стоимости, габаритов, массы — ниже для краткости име­ нуемыми массогабаритными показателями), и объясняют необходимость применения конкретной схемы, представ­ ленной на рис. 3.20.

В схеме рис. 3.20,а предусмотрен широкий диапазон изменения тока поляризации независимо от переменного тока магнитостриктора. Однако схеме соответствует гене­ ратор с большими массогабаритными показателями, так как трансформатор питания блока выпрямления рассчи­ тан на частоту 50 Гц и имеет большие размеры. Кроме того, существенно увеличиваются по сравнению с обыч­ ным инвертором массогабаритные показатели из-за необ­ ходимости установки в схеме разделительного конденса­ тора и дросселя, т. е. Ср и 1 р, так.как приходится пред­ отвращать шунтирование источников постоянного и пере­ менного тока магнитостриктора друг другом. Схема рис. 3.20,6 обеспечивает тот же режим регулирования тока подмагничивания, что и схема рис. 3.20,а. У генератора, выполненного по этой схеме, несколько меньше габариты,

трансформатора инвертора, так как его вторичный ток имеет постоянную составляющую. Оба указанных обстоя­ тельства делают схемы рис. 3.20,а и б примерно равно­ ценными.

Источником тока поляризации рис. 3.20,в—з является инвертор. Ток поляризации в этих схемах зависит от ре­ жима работы магнитострикционного преобразователя, и поэтому они используются в генераторах с неглубоким регулированием / пол. Массогабаритиые показатели гене­ раторов, выполненных по схемам рис. 3.20,в—з, лучше, чем у генераторов по схемам 3.20,а и б, так как в по­

однако у него нельзя получить ток поляризации, значе­ ние которого превышает амплитудное значение перемен­ ного тока. Схема рис. 3.20,д позволяет осуществлять до­ полнительную компенсацию МДС поляризации. Ток поля­ ризации в схемах рис. 3.20,5—з регулируется дискретно изменением емкости конденсаторов, включенных до и по­ сле диода dp.

Таким образом, схемы рис. 3.20,в—з используются в отличие от схем рис. 3.20,о и б только при неглубоком дискретном регулировании тока поляризации, необходи­ мом только для установления оптимального режима ра­ боты магнитостриктора. Схемам рис. 3.20,в и г по сравне­ нию со схемами рис. 3.20,в—з соответствуют генераторы с меньшими массогабаритными показателями, но с более широкими возможностями регулирования.

Г л а в а ч е т в е р т а я

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ТИРИСТОРНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

4.1. Структурная схема системы защиты и управления ультразвуковых тиристорных генераторов

Система защиты и управления ультразвуковых тири­ сторных генераторов выполняет следующие функции:

быстрое (не более нескольких десятков микросекунд) отключение питания инвертора в аварийных режимах (при срыве инвертирования, пробоях и обрывах в элементах схемы и нагрузки и т. п.) ;

Рис. 4.1. Структурная схема системы защиты и управления ультразву­ ковыми генераторами

управление периодическим процессом коммутации ти­ ристоров в заданной последовательности и с определен­ ной частотой;

управление током поляризации магнитостриктора.

Каждая из указанных функций реализуется своей под­ системой: первая — подсистемой защиты, вторая — подси­ стемой управления инвертора, третья — подсистемой ре­ гулирования тока поляризации (рис. 4.1).

Подсистема защиты состоит из датчиков аварийного со­ стояния ДАС, блока контроля аварийного состояния БКАС, быстродействующего отключающего исполнитель­ ного устройства БОНУ и блоков отключения тиристоров инвертора БОТИ и выпрямителя БОТВ.

Подсистема управления состоит из формирователей импульсов управления тиристорами ФИ, задающего гене­ ратора управляемой частоты ЗГ, пересчетного устройства, обеспечивающего очередность подачи сигналов управления на тиристоры ПУ, устройства управления частотой ЗГ—

Рис. 4.3. Временные диаграммы, иллюстрирующие работу схемы рис. 4.2

—

брос знака выходного напряжения триггера производится каждым положительным входным импульсом, при этом ча­ стота выходных импульсов в 2 раза ниже частоты вход­ ных (см. диаграмму 2 рис. 4.3). Выходные импульсы муль­ тивибратора и триггера подвергаются логическому сложе­ нию и инвертированию элементом D4. Форма импульсов на выходе элемента D4 показана на диаграмме 3. Частота следования импульсов равна частоте инвертирования, а длительность составляет 3/4 периода. Существенным яв­ ляется также появление кратковременной периодической импульсной помехи, возникающей из-за того, что на вход элемента D4 импульс с выхода триггера элемента Dz при­ ходит на несколько десятков наносекунд позже прихода импульса непосредственно с выхода мультивибратора. Та­ кой импульс может вызвать ложные срабатывания после­ дующих элементов схемы. Подавление импульса помехи осуществляется интегрирующей цепочкой Rz—C3. Пере­ ключатель Si и -ftS-триггер Dz образуют схему пуска. Триггер Ds предназначен для защиты схемы от дребезга контактов. Импульс пуска подается на нижний по схеме вход логического элемента D4. С выхода цепочки # 5—Сз импульсы поступают на систему автоматической подстрой-