Автогенератор для индукционного нагрева

АВТОГЕНЕРАТОР ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА, содержащий электровакуумный триод, последовательно соединенные первый дроссель, первый блокировочный конденсатор и параллельный LC-колебатальный контур, которые включены между шиной питания и общей шиной, последовательно соединенные первый конденсатор, второй конденсатор и первую катушку индуктивности, с которой индуктивно соединена первая короткозамкнутая катушка индуктивности, последовательно соединенные второй дроссель и резистор, к точке соединения которых подключен один вывод второго блокировочного конденсатора, и нагрузочный контур, который выполнен в виде соединенных в кольцо третьего конденсатора, четвертого конденсатора и второй катушки индуктивности, при этом другой вывод второго дросселя и точка соединения первого и второго конденсаторов подключены к сетке электровакуумного триода, катод и анод которого подключены соответственно к общей шине и к точке соединения первого дросселя и первого блокировочного конденсатора, другие выводы первого конденсатора, второго блокировочного конденсатора и резистора подключены к общей шине, катушка индуктивности параллельного LC-колебательного контура индуктивно соединена с второй короткозамкнутой катушкой индуктивности, а также снабжена отводом от средней точки, причем вторая катушка индуктивности является элементом связи с нагрузкой, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости режима генерации колебаний и коэффициента полезного действия , вторая катушка индуктивности снабжена отводом от средней точки, который подключен к общей шине, а катушка индуктивности параллельного LC-колебательного контура снабжена дополнительным отводом, который подключен к другому выводу первой катушки индуктивности, при этом дополнительный отвод подключен к катушке индуктивности параллельного LC-колебательного контура между отводом от средней точки и тем ее выводом, который подключен к общей шине, а индуктивность L_a между отводом от средней точки катушки индуктивности параллельного LC-колебательного контура и ее дополнительным отводом определяется выражением 0 <L<sub>a 0,25 L_a, где L_a - индуктивность всей катушки индуктивности параллельного LC - колебательного контура, а отвод от средней точки катушки индуктивности параллельного LC-колебательного контура подключен к точке соединения третьего и четвертого конденсаторов.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться, например, в установках для высокочастотной (ВЧ) сварки труб, оболочек кабелей, а также для получения низкотемпературной плазмы.
Целью изобретения является повышение устойчивости режима генерации колебаний и коэффициента полезного действия.
На чертеже представлена электрическая принципиальная схема предлагаемого автогенератора для индукционного нагрева.
Автогенератор для индукционного нагрева содержит электровакуумный триод 1, первый блокировочный конденсатор 2, параллельный LC-колебательный контур 3, первый и второй дроссели 4 и 5, второй блокировочный конденсатор 6, первый, второй, третий и четвертый конденсаторы 7-10, резистор 11, первую и вторую катушки 12 и 13 индуктивности и первую и вторую короткозамкнутые катушки 14 и 15 индуктивности. Катушка 16 индуктивности параллельного LC-колебательного контура имеет отвод 17 от средней точки и дополнительный отвод 18. Первая и вторая короткозамкнутые катушки 14 и 15 индуктивно соединены соответственно с первой катушкой 12 и с катушкой 16. Внутри катушки 16 размещена вторая короткозамкнутая катушка 15, высота которой составляет половину высоты катушки 16. Вторая катушка 13 может быть выполнена в виде первичной обмотки ВЧ-трансформатора, к вторичной обмотке которого подключен индуктор или иной вид нагрузки, или в виде многовиткового индуктора с включенной в него нагрузкой (нагрузка на чертеже не показана).
Автогенератор для индукционного нагрева работает следующим образом. Цель положительной обратной связи из последовательно соединенных первой катушки 12 и емкостного делителя напряжения, выполненного на первом и втором конденсаторах 7 и 8, соединяет дополнительный отвод 18 катушки 16, включенной в анодной цепи электровакуумного триода 1, с его сеткой. Нагрузочный контур автогенератора для индукционного нагрева образован третьим и четвертым конденсаторами и второй катушкой индуктивности. При включении напряжения питания происходит самовозбуждение автогенератора для индукционного нагрева. Изменением индуктивной связи между второй короткозамкнутой катушкой 15 и частью катушки 16 между отводом 17 и общей шиной за счет их взаимного перемещения производится согласование нагрузки с электровакуумным триодом 1 и одновременно плавное регулирование мощности в нагрузке. Регулирование напряжения возбуждения, подаваемого на сетку электровакуумного триода 1 с первого конденсатора 7, осуществляется за счет изменения индуктивности цепи обратной связи - изменение индуктивной связи первой короткозамкнутой катушки 14 с первой катушкой 12 (путем их взаимного перемещения). За счет автотрансформации напряжение на второй катушке 13 U_к в К_ат раз больше подаваемого на него напряжения с катушки 16. Коэффициент К_ат определяется выражением
K_ат= 2 , где С₃ и С₄ - емкости третьего и четвертого конденсаторов 9 и 10 соответственно. Коэффициент К_ат может быть выполнен до 4 и более (в зависимости от конкретного назначения генератора).
В автогенераторах увеличение коэффициента К_ат до более двух приводит к потере устойчивости из-за сближения высокой частоты f_в и рабочей f_р. При самовозбуждении автогенератора это сопровождается переходом автогенератора с рабочей частоты на высокую - затягиванием. Сохранение устойчивости автогенератора обеспечивается повышением крутизны зависимости коэффициента обратной связи от частоты. Для этого в цепь обратной связи подается такое напряжение U_ос, которое выбирается из соотношения (1) и зависит от частот - рабочей и высокой, - а также от коэффициентов обратной связи на рабочей частоте К_ор и на высокой К_ов. (1), где A=1-C(L₁-M)4 ² f_p²;
B=1-C(L₁-M)4 ² f_в²;
U_a - напряжение на параллельном LC-колебательном контуре 3;
(L₁-M) - эквивалентная индуктивность подключенной к аноду электровакуумного триода 1 части катушки 16 до отвода 17 от средней точки с учетом индуктивно связанной с ней второй короткозамкнутой катушки 15;
С₁ и С₂ - емкости первого и второго конденсаторов 7 и 8 соответственно;
С - емкость конденсатора параллельного LC-колебательного контура.
Такое отношение между напряжениями обратной связи и анодным достигается снятием напряжения обратной связи с дополнительного отвода 18 катушки 16, отнесенного от средней точки на величину индуктивности L_a , составляющую до 0,25 индуктивности L_a катушки 16. При этом собственная частота цепи обратной связи f_ос повышается, что и определяет более крутой характер зависимости коэффициента обратной связи от частоты. При этом коэффициент обратной связи для высокой частоты f_вдоводится до величины ниже критического значения и перехода на высокую частоту не происходит.
Для обеспечения устойчивости работы автогенератора для индукционного нагрева величина L_a практически должна составлять 10-20% от величины индуктивности катушки 16. Выбирать величину L_a у верхнего предела нецелесообразно, так как для получения необходимого коэффициента обратной связи на рабочей частоте необходимо уменьшать реактивное сопротивление цепи обратной связи. Это, при необходимости сохранить его активную составляющую, обусловленную потерями на сетке триода и в резисторе 11, неблагоприятно отразится на фазе напряжения обратной связи, что понизит КПД электровакуумного триода. При L_a = 0,25 L_a КПД электровакуумного триода падает до 50%. Установка L_a на нижнем пределе L_a = 0 приводит к невозможности повышения коэффициента К_от > 2 и соответственно повышения напряжения на нагрузке из-за нарушения устойчивости работы автогенератора.
Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - повышение устойчивости режима генерации колебаний и коэффициента полезного действия. Автогенератор для индукционного нагерва содержит электровакуумный триод 1, блокировочные конденсаторы 2 и 6, параллельный LC-колебательный контур 3, имеющий катушку 16 индуктивности с отводами 17 и 18, дроссели 4 и 5, конденсаторы 7 - 10, резистора 11, катушки 12 и 13 индуктивности и короткозамкнутые катушки 14 и 15 индуктивности. Отвод 18 катушки 16 соединен с сеткой триода 1 через цепь положительной обратной связи, состоящей из последовательно соединенных катушки 12 и емкостного делителя напряжения, выполненного на конденсаторах 7 и 8. Конденсаторы 9 и 10 и катушка 13 образуют нагрузочный контур автогенератора. При включении питания происходит самовозбуждение автогенератора. Изменением индуктивной связи между катушкой 15 и частью катушки 16 между отводом 17 и общей шиной за счет их взаимного перемещения производится согласование нагрузки с триодом 1 и одновременно плавное регулирование мощности в нагрузке. Путем взаимного перемещения катушек 12 и 14 обеспечивается регулирование напряжения возбуждения. 1 ил.