Высоцкая, В. М.

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

И З В Е С Т И ЯТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГОТом 87 ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА 1957 г.ИНДУКТИВНЫЙ ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР КАК ВОЗБУДИТЕЛЬ РЕЗОНАНСНОГО КОНТУРА БЕТАТРОНАВ. М. ВЫСОЦКАЯ ( П р е д с т а в л е н о  н а у ч н ы м  с е м и н а р о м  ф и з и к о - т е х н и ч е с к о г о  ф а к у л ь т е т а )В  о б л а с т и  ф и з и ч е с к и х  н а у к  в последние годы получили ш и р о к о е  р а с ­п р о с т р а н е н и е  и н д у к т и в н ы е  у с к о р и т е л и  з а р я ж е н н ы х  ч а ст и ц — б е т а т р о н ы ,  д а ю щ и е  в р у к и  с о в е т с к и х  и с с л е д о в а т е л е й  м о щ н о е  с р е д с т в о  д л я  п о л у ч е н и я  э л е к т р о н о в  б о л ь ш и х  э н е р г и й .Э ф ф е к т и в н о с т ь  и с п о л ь з о в а н и я  у с к о р и т е л ь н ы х  у с т а н о в о к  в з н а ч и т е л ь н о й  с т е п е н и  з а в и с и т  от  ч а ст о ты  п и т а ю щ е г о  и х  п е р е м е н н о г о  т о к а .  Н а и л у ч ш е е  и с п о л ь з о в а н и е  у с т а н о в к и  м о ж н о  п о л у ч и т ь ,  е с л и  с н а б д и т ь  е е  с п ец и а л ь н ы м  г е н е р а т о р о м  с с о о т в е т с т в у ю щ е й  д а н н о й  у с т а н о в к е  ч а с т о т о й  п е р е м е н н о г о  т о к а .И з в е с т н о ,  ч то  с и л о в а я  ц е п ь  э л е к т р о м а г н и т а  б е т а т р о н а  п р е д с т а в л я е т  с о б о й  р е з о н а н с н ы й  к о н т у р .  А к ти в н а я  м о щ н о с т ь ,  п о т р е б л я е м а я  к о н т у р о м ,  о б у с л о в л е н н а я  п о т е р я м и  в о б м о т к е  э л е к т р о м а г н и т а ,  в стал и  м а г н и т о п р о ­в о д а  и в б а т а р е е  к о н д е н с а т о р о в ,  с о с т а в л я е т  н е  б о л е е  5%  о т  р е а к т и в ­н о й  м о щ н о с т и  к о н т у р а .  С л е д о в а ­т е л ь н о ,  э л е к т р о м а г н и т  б е т а т р о н а  п р а к т и ч е с к и  п о т р е б л я е т  т о л ь к о  р е ­а к т и в н у ю  м о щ н о с т ь .Д л я  к о м п е н с а ц и и  р е а к т и в н о й  м о щ н о с т и  в ц е п ь  п ит ан ия  э л е к т р о ­м агн и та  в к л ю ч а е т с я  с о о т в е т с т в у ю ­щ ая  е м к о с т ь .  Б а т а р ея  к о н д е н с а т о ­р о в  и н а м а г н и ч и в а ю щ а я  о б м о т к а  о б р а з у ю т  к о л е б а т е л ь н ы й  к о н т у р ,  н а с т р о е н н ы й  в р е з о н а н с  на ч а с т о т е  п и т а ­ю щ е г о  э л е к т р о м а г н и т  п е р е м е н н о г о  то к а .П р о в е д е н н ы е  н ам и  и с с л е д о в а н и я  [2] п о к а з а л и ,  ч то  у д о б н ы м  к э к о н о ­м и ч е с к и  в ы го д н ы м  я в л я е т с я  в о з б у ж д е н и е  р е з о н а н с н о г о  к о н т у р а  э л е к т р о ­м агн и та  б е т а т р о н а  по  с и с т е м е  и н д у к т и в н о г о  п а р а м е т р и ч е с к о г о  г е н е р а т о р а ,  д л я  ч е г о  в р е з о н а н с н ы й  к о н т у р  о б м о т к и  э л е к т р о м а г н и т а  б е т а т р о н а  д о с т а ­т о ч н о  в к л ю ч и т ь  п е р е м е н н у ю  и н д у к т и в н о с т ь ,  к о т о р а я  в ы п о л н я е т  р о л ь  в о з ­б у ж д а ю щ е г о  г е н е р а т о р а .Э л е к т р и ч е с к а я  с х е м а  п а р а м е т р и ч е с к о г о  г е н е р а т о р а  и н д у к т и в н о г о  типа  п о к а з а н а  на рис . 1. З д е с ь  L 0 - п а р а м е т р и ч е с к и й  г е н е р а т о р ,  п р е д с т а в л я ю щ и йсобой переменную индуктивность. В цепь параметрического генератора, кроме активного сопротивления R, включается постоянная емкость С.Одной из важнейших конструктивных особенностей такого генератора является отсутствие обмотки на роторе, что допускает применение боль­ших окружных скоростей. В этом случае машины получаются с малой машинной постоянной С, т. е. с малым весом активных материалов на еди­ницу мощности, и весьма простой конструкции. Значение этого важней­шего преимущества параметрического индуктивного генератора снижается наличием обязательной емкости в цепи генератора, необходимой для наст­ройки контура в резонанс. Поэтому более выгодной для параметрических генераторов является область повышенных частот, так как при этом габа­риты и стоимость конденсаторов, необходимых для создания резонанса в контуре параметрического генератора, уменьшаются.Главнейшим недостатком параметрических генераторов является низ­кий коэффициент мощности цепи. Кроме того, напряжение генератора ме­няется с изменением нагрузки, а при аварийном режиме в цепи нагрузки параметрический генератор полностью теряет возбуждение.Перечисленные недостатки, а главным образом низкий коэффициент мощности, мешают применению параметрических генераторов для питания промышленных установок.Ho в некоторых специальных случаях, когда пониженный коэффициент мощности не имеет значения или является естественно неизбежным и для улучшения cosep приходится применять конденсаторы, т. е. создавать ре­зонансный контур, параметрические генераторы могут быть с успехом  использованы, особенно на повышенной частоте, вследствие простоты их конструкции.В этом случае условия работы параметрического генератора сущ ест­венно отличаются от условий, имеющих место в обычных силовых установ­ках.Наличие готового резонансного контура, в котором параметрический генератор может быть применен как возбудитель контура, делает несу­щественным один из серьезных недостатков параметрических генераторов пониженный коэффициент мощности. Наоборот, в такого рода установках, требующих реактивную энергию, желателен как можно меньший коэффи­циент мощности, так как при этом снижаются потери.При вращении параметрического генератора в его цепи, которая яв­ляется колебательным контуром, при известных условиях возникает и поддерживается переменный ток частоты вдвое меньшей, чем частота изменения параметра L. Для упрощения удобно сделать близкое к истине допущение, что переменная часть индуктивности параметрического гене­ратора меняется по синусоидальному закону.На рис. 2 показана кривая гармонического изменения индуктивности параметрического генератора. Здесь L1, — среднее значение индуктивности, L., амплитуда ее переменной части. Как видно из рис. 2,г L m a x  H  Lf ni n  г L m a x  ~ L m inL =    и Ln --------------------2 2Обозначим тг глубину модуляции индуктивности параметрического гене­ратора, т. е. относительное изменение его параметра LI !тг = =  + H l  . ( 1 )r і / oft^ max i /-таг —! Ipu включении в контур индуктивного параметрического генератора об ­мотки электромагнита бетатрона, являющейся в данном случае добавочной15(рабочей) индуктивностью Lpad (рис. 3), коэффициент глубины модуляции всего контура тк уменьшится, а именно:(L г max Lpao )  (L г тіп "4” Lpaô )  Lz max L z mjr:m h( L z max +  L раб ) +  ( L min Y L  рабиспользуя уравнение (1), найдем, что2 I n  ^L0 “ф* 2Lpa6+  кг тіп +  2L р а от кLn N-L рабВзяв отношение коэффициента глубины модуляции параметрического гене­ратора т г к коэффициенту глубины модуляции всего его контура т К, когда включена добавочная индуктивность Lpad , получимт ? 2 Ln (L0 -f- L'-п•рао> _ I Л- T-TP J_ рао2 L n . Lr Lr (2)4 Л Ш Ъ —RL  сb OL p G Oпт?=F5TTC. 3Таким образом, L0 =  Lр а б "ТО- Это уравнение (2) дает возмож­ность определить необходимую индуктивность, которую должен иметь параметрический генератор при включении заданной рабочей индуктив­ности LpaQ с тем, чтобы при минимально допустимом значении т К была сохранена возможность возбуждения его контура. Проведенные нами опыты показали, что если в контур параметрического генератора вклю­чена рабочая индуктивность Lpad, снижающая коэффициент глубины м о­дуляции контура до величины т к =  0,\2,  то параметрический генератор еще способен самовозбуждать свой рабочий контур. Если при возбужден­ном состоянии генератора плавно увеличивать рабочую индуктивность, то генератор продолжает работать и при тк =  0,1, но после выключения и повторного включения не самовозбуждается. Чтобы иметь возможность возбуждать параметрический генератор и при тк =  0,1, нами предложена электрическая схема соединения контура параметрического генератора (рис. 4), позволяющая с помощью рубильника р  в момент включения параметрического генератора шунтировать рабочую индуктивность. При этом параметрический генератор легко самовозбуждается, после чего шун­тирующий проводник размыкается и параметрический генератор продол­жает работать, так как указанная схема позволяет сохранить условия ре­зонанса при изменении параметров контура.Понятно, что для возбуждения контура с индуктивностью L =  L0 Y  -г Ераб требуемая из условий резонанса емкость будет меньше.Разница между значениями т к =  0,1 и тк =  0,12 имеет существенное значение, так как в случае тк — 0,1 имеется возможность возбуждать р а ­159бочий контур параметрического генератора с общ ей индуктивностью на 20% большей, чем в случае / / + = 0 , 1 2 .Проведенные нами исследования [2] показали, что целесообразно  строить параметрические генераторы индуктивного типа с коэффициентом глубины модуляции т г не более 0,5. Ранее указывалось, что наименьшем значение коэффициента глубины модуляции т к , при котором ещ е воз­можно возбудить рабочий контур параметрического генератора, составля­ет 0,1 или 10%.L  p p b .Рис. 4О тнош ение индуктивности парам етрического  генератора L 0 к  р а б о ч е й  индуктивности L dci6 д л я  граничных условий, т. е. для  т г =  0,5 и т г ~  0 ,! .  б у д е т  равно:T q   к  ____ 0>J __ Q25T раб гпг THk 0,5 0,1С ледовательно , при указанны х услови ях  индуктивность п арам етри­ческого  генератора L 0 составляет 25% от рабочей индуктивности LpaQ.Таким образом , номинальная к аж у щ ая ся  мощ ность парам етрического ген ератора  при условии обеспечения устойчивой работы  его  до л ж н а  се - ставлять  25% от реактивной м ощ ности , потребляем ой рабочей индуктив­ностью, т. е. 25% от реактивной мощ ности электромагнита бетатрона.ЛИТЕРАТУРА1. М а н д е л ь ш т а м м  Л. И. и ГІ а п а л с к с и Н. Д. О параметрическом возбуж денна,  Ж Т Ф .  Т. 4 ,  1 9 3 4 .2. В ы с о ц к а я  В. іМ. Разработка ff исследование параметрического генератора с ц елью  применения его для питания обмотки электромагнита бет атро на .  Кандидатская диссертация, ТПИ, 1953.

Индуктивный параметрический генератор как возбудитель резонансного контура бетатрона

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University