Динамо-машины  Применение индукционного нагрева 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 [ 31 ] 32 33 34 35 36 37 38 39

Различные конструкции переходных втулок (фланцев) на торцах труб не обеспечивают достаточной механической прочности. Использование в фидерных устройствах различных изоляторов обеспечивает их электрическую прочность, но при больших токах приводит к тепловым перегрузкам устройства.

Для упрощения монтажа токопровода линии в некоторых случаях выполняют сборно-наборными. Такой двухполюсный коаксиальный шинопровод содержит две коаксиально расположенные трубы, выполненные из двух продольных полутруб, разделенных между собой изоляцией. Между токоведущими трубами установле ны изоляторы, а все элементы устройства стянуты между собой бандажными кольцами.

Изготовление составных элементов фидера трудоемко, а вся конструкция в сборе обладает пониженной механической прочностью при воздействии на нее магнитодинамических усилий от переменного тока.

Выполнение шинопровода из отдельных открытых профилей изменяет волновое сопротивление и электрическую длину линии и затрудняет согласование с нагрузкой.

Влияние линии особенно сильно сказывается при использовании высокочастотных источников переменного тока, нагруженных на емкостную нагрузку, и при наличии больших скачков тбка. Повышения электрической и механической прочности фидерного устройства, упрощения монтажа по сложным трассам, снижения электрических потерь и улучшения согласования источника питания с нагрузкой можно достигнуть за счет применения П-об-разных соединительных фланцев, выполненных попарно и встречно. Фланцы развернуты своей полкой в торец токоведущего провода (трубы) и на боковых стенках имеют отверстия для крепежа (А. с. № 416794).

Для удобстваизменения угла наклона отрезков коаксиальной линии крепежные отверстия выполнены с переменным сечением, а их длинная сторона параллельна отрезку коаксиальной линии к П-образному фланцу. Для обеспечения механической прочности в упор токоведущим трубам на их торцах могут быть установлены изоляторы, расположенные во взаимно пересекающихся относительно труб плоскостях. Размеры соединительных П-образных фланцев выбираются сообразно волновым сопротивлениям линии; крепятся фланцы к токоведущим отрезкам линии пайкой или сваркой, а между собой могут соединяться и механическим крепежом, например с помощью болта-гайки, шпильки, пневмоприсоса и т. п.

Монтаж коаксиальных отрезков может выполняться на монтажном участке или непосредственно на месте установки (в цехе, генераторном зале и т. п.). Во всех случаях отдельные элементы фидерного устройства изготовляются заблаговременно на заготовительном участке. Это упрощает и сокращает время монтажа. При выполнении фидерного устройства с соединительными фланцами

П-образной формы изоляторы удерживаются боковыми стенками фланца и не требуется дополнительного крепежа самих изоляторов. При этом монтаж фидерного устройства также значительно упрощается.

При расположении источников питания вдали от нагрузки отрезки коаксиальной линии располагаются в пространстве по сложным трассам и согласование источника питания с нагрузкой затруднено, например лампового генератора высокочастотной установки с индуктором, электромашинного или статического преобразователя частоты с технологическим устройством и т. п. Совместная оптимальная настройка источника питания и нагрузки при включении их через фидерное устройство, состоящее из коаксиально расположенных отрезков, оказывается рассогласованной; наблюдается значительная потеря мощности в самой линии, а источник питания (особенно ЛГ и ТПЧ) может самопроизвольно выключаться. В таких случаях токопроводы линии выполняют сборно-разборными с переключающимися соединительными фланцами, в том числе и П-образной формы.

Коаксиальное переключающее устройство имеет два трехдеци-бельных направленных ответвления с регулируемой связью, две соединительные линии одинаковой длины, причем внутренние проводники связанных соединительных линий имеют П-образную форму, закреплены концами в дроссельных соединениях и могут перемещаться с помощью привода внутри металлического общего экрана прямоугольной формы, в котором симметрично связанным линиям установлены металлическое ребро и металлические пластины. Поворот проводников одного ответвления не зависит от поворота проводников другого.

Такое устройство способно работать на низких и высоких частотах, но имеет узкую частотную характеристику. В связи с этим представляет интерес работа переходного соединительного фланца П-образной формы как согласующего звена. Его можно представить неоднородностью в точке перехода одного отрезка двухпроводной коаксиальной линии передачи в другой, причем в линии может быть п отрезков.

Из общей теории линий передачи неоднородность линии можно представить в виде четырехполюсника, при этом должно быть выполнено условие, что неоднородность Со стороны входа и выхода ограничена поверхностями, не пересекаемыми линиями электрического или магнитного поля. Для сдвоенного П-образного соединительного фланца это условие выполняется, поэтому четырехполюсник без потерь может быть представлен тремя реактивными сопротивлениями согласно [21 ], а потери будут учтены ниже. Путем расчленения каждый четырехполюсник без потерь можно представить в виде некоторого нового четырехполюсника, который присоединен к выходной линии отрезком длиной (рис. 72) с волновым сопротивлением Zi.5j, равным волновому сопротивлению выходной линии, а ко входной линии - отрезком длиной /i,

имеющим волновое сопротивление Zi, равное волновому сопротивлению входной линии.

При правильном выборе длин отрезков и новый четырехполюсник может оказаться более простым, чем первоначальный. Данный четырехполюсник ведет себя как идеальный трансформатор без рассеяния, у которого входное и выходное сопротивления связаны зависимостью

где k - действительный коэффициент.

Для П-образного фланца необходимо показать, что k = I при Lll = Did, т. е. волновые сопротивления на входе и выходе пере-

Исходныа четьфешпюсник /

Выход

Z I, Вход

Новый четырехполюсник

Рис. 72. Четырехполюсник без потерь длинной линии

ходного фланца равны, когда отнощение развернутой длины внешней и внутренней частей фланца равно отношению внешнего и внутреннего диаметров коаксиальной линии. Представим в общем виде зависимость

Lll = п {Did), (12)

где п - некоторый коэффициент, изменяющийся от О до бесконечности. При л = О двухпроводная коаксиальная линия выражается через переход в однопроводную линию бесконечной длины с толщиной токопровода, приближающейся к 0; при laquo; = оо двухпроводная коаксиальная линия преобразуется через переход в прямоугольный или круглый волновод (естественно, в зависимости от того, какой из параметров будем изменять: Did или Lll). Изменение соотношений DID и Lll при конечном значении п позволяет осуществлять переход от коаксиальной двухпроводной линии к двухпроводной линии, состоящей из токопроводов прямоугольного или круглого сечения, а также к че-тырехпроводной линии такой же формы.

Определим параметры фидерного устройства при п = 1.

Из теории известно [21 ], что скачкообразное изменение сечения линии не всегда сопровождается изменением ее волнового сопротивления. Так, для двухпроводной коаксиальной линии имеем соотношение dlDx = dlD, при котором волновое сопротивление в линии постоянно. 186

Для двухпроводной коаксиальной линии волновое сопротивление [19]

Z=1381g-5-,

где Dud - внешний и внутренний диаметры токопровода; для четырехпроводной симметричной линии

2о, = lasigi,

где D - расстояние между симметричными токопроводами линии (прямым и обратным); d - диаметр токопровода.

Введем новые обозначения для четырехпроводной симметричной линии; D = а - расстояние между симметричными токопроводами линии; di - диаметр (высота) токопровода (одиночной шины), тогда

Zo = lasigi. 1

Настоящее уравнение- справедливо для четырехпроводной симметричной линии, которая является частным случаем для коаксиальной двухпроводной линии с П-образными соединительными фланцами, когда фланцы или отрезки коаксиальной линии сдвинуты относительно друг друга на 90 deg;. Здесь необходимо показать, при каких условиях выполняется равенство

Zo = Zi = 138 Ig (Did) = 138 Ig или -L- =

Рассмотрим изменение отношения Lll от минимального к максимальному. При этом может быть три частных случая.

1. Длина внутреннего токопровода коаксиальной линии больше длины внешнего на 2d, фланца на внутреннем токопроводе нет, тогда:

I , = d- I - 2d 4- П- Ч - -ЬО о I

mm gt; Ьп,1п ~ -a-f- и, -----J- - Z-\---т-,

mm а

при увеличении длины фланца и сохранении заданных размеров коаксиальной линии - -

где п = I, 2, 3 - коэффициент удлинения фланца; как видно, второе слагаемое стремится к О, тогда Lll - gt; 2.

2. Длина внутреннего токопровода коаксиальной линии больше тогдТ го на 2d, фланцы имеются на обоих токопроводах,

U-3d; L., = 4d + D;4-f + ;

при увеличении длины развернутая длина фланцев увеличивается на 2d при tt = 1, 2, 3, тогда отношение L/1 уменьшается и стремится к 1.

3. Длина внутреннего токопровода коаксиальной линии равна длине внешнего и фланцы имеются на обоих токопроводах, тогда:

/., = 3d; L , = 2d + D;i; = -f-f;

при увеличении длины фланца отношение L/1 увеличивается и стремится к 1.

Определим условия равенства волновых сопротивлений Zo = Zo при минимальной развернутой длине фланцев для всех трех случаев.

Для первого случая

= 2 +

Via.

принимая D, dn расстояние между симметричными токопроводами линии заданными, имеем 2а = D - d; а = {D - d)l2\ D \{D-d)m V2

2 =-

откуда

V2(D - d)

где di - высота одиночного токопровода симметричной четырех-проводной линии.

Из условия получения наименьшего затухания имеет Did = = 3,6, тогда dipt = 0,330d;

из условия получения максимальной мощности имеем D/d - = 1,65, тогда d,p p( = 0,127d;

из условия получения максимального допустимого напряжения D/d = 2,718, тогда di p, = 0,256 d.

Для второго случая

Lmin

imin

D 3d

аналогично имеем:

4= fr-g. или d p,-. 0,375i; dip -0,153d; d, p, = 0,316d.

Для третьего случая

тогда

-4- +

D 3d

[{D-d)l2]V2 . (D-d) V2 - Т gt; i - / о-FT

0,38d; = 0,77d.

Условия оптимальной работы двухпроводной коаксиальной линии выполняются и для соединительного П-образного фланца, развернутые полки которого образуют четырехпроводную симметричную линию. Можно показать, что при выполнении условия L/1 = Did на любом участке бесконечно длинного переходного фланца можно сохранить волновое сопротивление, равнозначное сопротивлению на отрезках коаксиальной двухпроводной линии. Справедливость уравнения LII = Did выполняется, как видим, не в частном, а в целом ряде случаев, поэтому, естественно, возникает вопрос, почему именно при использовании П-образного переходного фланца длина внутреннего токопровода должна быть на 2d больше длины внешнего токопровода.

Конструктивно удлинение внутреннего проводника по отношению к внешнему в двухпроводной коаксиальной линии не вызывает сомнения. Переход от одного сечения к другому определяется формулой [21]

А = D/10,

где А - величина удлинения (смещения) внутреннего проводника от среза коаксиального отрезка; D - диаметр внешнего токопровода.

Эта формула может быть использована в приближенном виде для перехода отрезка двухпроводной линии в П-образные соединительные фланцы. В этом случае удлинение внутреннего токопровода на 2d равнозначно удвоенному значению d (конструктивно) с каждой стороны отрезка линии, т. е. со стороны присоединительного П-образного фланца.

Условные прямые линии, проведенные от концов П-образного фланца внешнего токопровода через вершины конца внутреннего токопровода, пересекутся на оси коаксиального токопровода в точке, лежащей в плоскости сечения коаксиальной линии, как при отсутствии удлинения внутреннего токопровода. Если из этой точки провести условные прямые линии к концам П-образного фланца внутреннего токопровода, получим второй конус, который вместе с первым образует коническую линию с постоянным волновым сопротивлением, как для исходной двухпроводной коаксиальной линии.

Волновое сопротивление конической линии

60 ,

7 In