> Техника, страница 45 > Дуговой генератор

Дуговой генератор

Дуговой генератор, генератор электрич. токов высокой частоты, основной частью которого является вольтова дуга (смотрите), питаемая источником постоянного тока. По своему существу Д. г. является преобразователем постоянного электрич. тока в переменный высокочастотный ток.

Общая схема соединений дугового генератора представлена на фигуре 1. Здесь:F₀—напряжение источника постоянного тока, L₀— самоиндукция больших реактивных (дроссельных) катушек и Д₀— сопротивление в цепи постоянного тока (первичная цепь); С и L—емкость и самоиндукция в цепи колебательного контура (вторичная цепь); R— сопротивление этойже цепи—эквивалент факторов, поглощающих энергию колебательного контура; А—вольтова дуга, являющая-

Данпые о дуговых лампах.

		<!		1 Н	1 tu 1 И	OS · b а к S в g S	О ea >> О	1 sR S
		И			r а		l-s Η Ο eg?	R я
			я я		о « X Я Я	,δ 8 °		и, ^Я s	Марка углей верх-
Название ламп	Род тока	я	κί>		к		к О) ГН	р. и i
		Е-< сд R Я О	я я с S3 Кй	h 1«	й & и ft О 6-	УД. ΠΟΊ в W 11 полусф	Я о S	<и й fi К О с5 V* fifty д-о Я R И Я	них и нижних
	Пост.				770	1,83		18	J Чистый фитильный
Открытая ..		10	42	420			2,22
								22	1 Чистый
То же..	Перем.	10	29	276	270	1,01	1,00	12 12	Чистый фитильный
С ограниченным доступом								13	Чистый
воздуха ..	Пост.	10	80	800	1 000	0,80	1,25	13
Пламенная открытая о на								10	Желтый
клонными углями.	»	10	46	460	2 730	0,169	6,00	~9
То же..	Перем.	10	44	388	1 910	0,200	5,00	8 8 15	»
Пламенная открытая с вер-
тикальными углями.	Пост.	10	40	400	2 300	0,17	5,75	16	Т. В. Siemens
То же..	Пост, тройн.	10	31	310	1 450	0,21	4,67	15
	включ. *1							13 14
То же..	Перем.	10	40	346	1 270	0,27	3,70		8
То же..	Перем. тройн.	10	27	246	710	0,35	2,90	11 13	»
AEG, пламенная с огранич.	ВКЛЮЧ. *2
доступом воздуха.	Пост.	8	45	360	1 100	0,32	3,06	—	—
*1 Отрегулирована на пониженное напряжение (31Y) для включения по 3 лампы последовательно в 110 V. *2 То же для переменного тока на 27 V.

ся одновременно частью цепи как постоянного тока, так и колебательного контура. Назначение самоиндукции L₀—не допускать

проникания электрич. колебаний в цепь постоянного тока. Сопротивление R₀ служит для регулирования силы питающего тока.

Теория Д. г. Действие Д. г. основано на свойстве вольтовой дуги изменять свое сопротивление в зависимости от силы проходящего тока: при возрастании силы тока сопротивление дуги падает, а при уменьшении—ее сопротивление растет. Эта особенность вольтовой дуги подчиняется закону т. н. падающей характеристики. Фигура 2, изображающая графически этот закон для случая медленных изменений силы тока, дает статическую характеристику дуги. Кривая представляет напряжение на электродах дуги V_A в виде функции силы тока дуги г_л. Закон изменения V_А выражается уравнением равносторонней гиперболы:

^=«+4’

где а и Ь—константы дуги.

Работа Д. г. может быть представлена следующим образом. После приключения генератора к зажимам источника постоянного тока и до зажигания дуги напряжение на ее зажимах равно напряжению источника постоянного тока V₀. Но как только дуга загорится (вследствие надлежащего сближения ее электродов), напряжение на ее электродах начнет падать,

Фигура 2.

Фигура 3.

и поэтому конденсатор С начнет разряжаться через дугу: в цепи C-A-L-R (фигура 1) начинается генерирование высокочастотного переменного тока. Вследствие наличия электрическ. колебаний в этой цепи ток дуги будет постоянно складываться из двух слагающих: из тока, посылаемого через дугу непосредственно самим источником постоянного тока, и из тока колебательного контура. Сила тока дуги должен быть поэтому некоторой периодически меняющейся величиной, а следовательно, и сопротивление дуги, в силу ее падающей характеристики, будет также периодически меняющейся величиной.

Если обозначим через F₀ напряжение на зажимах источника постоянного тока, через 1₀—силу тока питания, через V_л—напряжение на электродах дуги, через г_А—силу тока дуги, через г_н — силу тока колебательного контура, то электродинамика Д. г. определится системой следующих ур-ий:

	II *-ч»	(1)
	= L° ΊΕ + Io R° + 7А ’	(2)
	i А = 1« + Ч >	(3)
-к	Г iHdt-Li^=iH-R + VA.	(4)

Ур-ие (1) выражает напряжение на электродах дуги как функцию тока дуги. Т. к. здесь ток дуги г_А—величина периодическая и быстро меняющаяся, то ур-ие (1) является ур-ием динамической характеристики дуги (фигура 3). Для сравнения на фигуре нанесена пунктиром статич. характеристика той же дуги.

Ур-ие (2) выражает напряжение на зажимах источника постоянного тока как сумму падений напряжения в цепи тока. Т. к. сила тока 1₀, при наличии достаточно большой самоиндукции 1/₀, остается величиной практически постоянной, то ур-ие (2) может быть представлено в виде:

Vq — 1₀ · Ro + V_A. (2а)

Ур-ие (3) выражает ток дуги в виде суммы двух слагающих: постоянной части 1₀ и переменной части г_д.

Ур-ие (4) есть ур-ие эдс и падений напряжения в цепи колебательного контура. Из ур-ий (1), (2), (3), (4), путем дифференцирования и ряда других преобразований, получим следующее характеристич. ур-ие Д. г.: d4_n n+e_A dis i. ₌₀ ,-

dt‘ + L dt + CL ^lH ⁰ ’ ^

где ρ_Α—сопротивление дуги. Это сопротивление—величина комплексная:

dv_A

dV_A

^A=^ + 1^ωl

(6)

Здесь -гг---а к т и в н а я составляющая со-

di_A

противления дуги—та переменная часть сопротивления дуги, которая вызывает периодически повторяющуюся посылку энергии в колебательный контур; jcol — реактивная составляющая сопротивления дуги— вызывает кажущееся увеличение реактивного сопротивления колебательного контура (со—угловая частота).

Ур-ие (5) имеет решение:

^{Я ⁼ ЧжЧ^е"^ ·5ίη(ωΙ-φ), (7)

где г_п —амплитуда тока колебательного контура и δ—декремент затуханий колебательного контура, причем dV_A

7? _1__

di_A

(5=-

2L 1

] (X, + 1)С

(8)

(9)

На основании ур-ия (8) имеем следующее условие, необходимое и достаточное для получения незатухающих колебаний:

^=-^R’ ^ то есть среднее (за период г^) значение активной составляющей сопротивления дуги должно быть достаточным для уничтожения затухающего влияния сопротивления колебательного контура.

Период колебательного контура

Т=2л Ь+ 1)С. (И)

В зависимости от формы динамич. характеристики дуги и от соотношения величин 1₀ и г_н получаются разные частные случаи электродинамики Д. г. О трех родах колебаний, создаваемых Д. г., см. Колебания электрические.

Практические осуществления Д. г. Задача получения незатухающих электрич. колебаний высокой частоты (от 4· 10⁴ до 10⁶ пер/ск.) при большой мощности их с помощью вольтовой дуги была впервые разрешена для целей радиотелеграфирования в 1902 году датчанином Вальдемаром Паульсеном. В его Д.г., работающем колебаниями второго рода, вместо дуги с двумя угольными электродами для анода применен медный электрод с водяным охлаждением, а угольному катоду придано медленное вращательное движение, в результате чего получается ровное горение дуги; дуга помещается в охлаждаемой водой камере и горит в атмосфере газов, богатых водородом, а потому очень теплопроводных (светильный газ, пары голя, пары керосина и тому подобное.). С помощью указанных способов интенсивного охлаждения тепловая инерция дуги, а следовательно, и дуговой гистерезис сильно уменьшены, вследствие чего свободно получается устойчивая высокая частота. Кроме того, дуга помещается в сильном поперечном магнитном поле (магнитное дутье); в определенный момент периода,когда сила тока дуги приближается к нулю, магнитное поле разрывает и гасит дугу и вслед затем энергично деионизирует междуэлект-родное пространство; благодаря этому ветви динамич. характеристики дуги получаются более отвесными, и напряжение, необходимое для зажигания дуги, более высоким, а от этого мощность Д. г. увеличивается. Охлаждение медного анода придало паульсеновскому дуговому генератору особую устойчивость.

Главнейшие части паульсеновского генератора: магнитная цепь, катушки возбуждения, огневая камера и электроды. Фигура 4 представляет разные формы магнитных цепей, фигура 5—наиболее распространенную и наивыгоднейшую форму магнитных полюсов. Длина G воздушного промежутка—от 25 до

175 миллиметров; а—от 55 до 60°; отношение tga.

Сила магнитного поля в воздушном промежутке—от 10 до 20 и даже до 25 килогаусс. Наивыгоднейшая сила магнитного поля определяется, по Фуллеру, так:

H—k- килогаусс

(где F₀—в kV, 1₀—в А, λ—в км), причем для этилового а 7с=8,5, для керосина к=4,25 V. Вес и размеры магнитной цепи— в зависимости от мощности генератора.

Получение магнитного дутья в Д. г. производится чаще всего посредством тока, питающего дугу (самовозбуждение): катушки электромагнитов, создающих магнитное дутье, вводятся в цепь постоянного тока, и тогда они выполняют роль реактивных катушек. В этом случае требуется применение чрезвычайно тщательной изоляции, которая

_была бы в состоянии противостоять ударам и d разрушительному влияет ншо токов высокой ча-

-стоты. Реже имеет место

Фигура 5. питание катушек элек тромагнитов от постороннего источника тока (независимое возбуждение). Применяется также и смешанная форма возбуждения: часть витков вводится в цепь постоянного тока последовательно с дугой, а часть их питается током от независимого источника.

Огневая камера Д. г. представляет собою герметически закрывающуюся коробку, имеющую два отверстия для ввода магнитных полюсов, два других отверстия для ввода электродов и отверстие, через к-рое вводится струя водорода или светильного газа или впрыскивается по каплям голь, бензин или керосин. Крышка камеры должен быть отвинчиваемой, для чистки ее. Наружный воздух не должен иметь доступа в камеру. В виду опасности ов камера должна иметь один или несколько предохранительных клапанов. Размеры камеры определяются в зависимости от величины необходимой охлаждающей поверхности. При малых мощностях камера имеет воздушное охлаждение (помощью вентилятора), при больших мощностях она имеет водяное охлаждение (водяная рубашка).

Фигура 6.

Анод делается б. ч. из меди высшего качества. По своей форме—это трубка с двойными стенками. Наружный диаметр—от 9 до 32 миллиметров. Внутри анода—водяное охлаждение. Т. к. анод обыкновенно приключается к антенне и находится поэтому под высоким напряжением по отношению к земле, то он должен быть тщательно изолирован от камеры. Катод делается обыкновенно из угля или графита. Диаметр его—от 9 (в малых генераторах) до 50 миллиметров (в самых больших). Гильза, в которой вращается держатель катода, в мощных ге-

нераторах имеет иногда водяное охлаждение. Употребительное напряжение тока питания—от 500 до 1 500 У.

На фигуре 6—представлен 500-kW паульсе-новский генератор американ. конструкции. Коэфф. отдачи паульсеновских генераторов

Фигура 7. Фигура 8. Фигура 9.

зависит от способа присоединения их к антенне. Так, при прямом соединении Д. г. с антенной (фигура 7) коэфф. отдачи достигает 50%, при непрямом соединении (фигура 8 и 9) можно получить коэфф. отдачи в 60%. Для освобождения антенны от высших гармоник Д. г. применяется более сложная схема, с про-. межуточным контуром (фигура 10).

Наибольшей мощности (до 3 600 kW) Д. г. установлен был в 1919—21 гг. на о-ве Яве, но он не оправдал возлагавшихся на него надежд. В настоящее время Д. г. устанавливаются вновь редко и вытесняются ламповыми генераторами, представляющими большие удобства при работе длинными волнами на малые и средние рас-

!_ d Г о
[ 1 г" тЗ	о о о § о

Фигура 10.

стояния и короткими—на большие.

Лит.: Duddel W., On Rapid Variations in the Currents through the Direct Current Arc, «Journ.of the [nst. of Electr. Eng.», L., 1901, v. 30, p. 232—261; Simon H. Th., Ober d. Dynamik d. Lichtbogenvor-gange u. liber Lichtbogenhysteresis, «Physikal. Ztschr.», Leipzig, 1905, B. 6, p. 297—319; Poulsen V., Ein Verfahren zur Erzeugung ungedampfter elektrischer Schwingungen,«ETZ»,1906, B.27, p.1040—1044,1075; Simon H. Th., liber ungedampfte elektrische Schwin-gungen, «Jahrb. d. drahtl. Telegr. u. Teleph.», B., 1907, В. 1, p. 16—68; SimonH. Th., Wirkung d. mag-netischen Feides b. d. Poulsen-Lichtbogen, «ETZ»,1907, B. 28, p. 1232; Simon H. Th., tlber d. Wirkung d. Magnetfeldes bei d. Erzeugung ungedampfter Schwin-gungen mit Hilfe d. Lichtbogens, «ΕΤΖ», 1907, B. 28, p. 1232; BarkhausenH., Die Erzeugung dauern-der Sehwingungen durch d. Lichtbogen, «Jahrbuch d. drahtl. Telegr. u. Teleph.», B., 1907, В. 1, p. 242—262; Barkhausen H., Das Problem d. Schwingungs-erzeugung, Lpz., 1907; U p s ο n W. L., Observations on the Poulsen Arc. «Electrician», L., 1907, v. 60, p. 58— 60, 90 — 92; Wagner K. W., Ober d. Erzeugung v.Weehselstrom d. einen Gleichstromlichtbogen, «ΕΤΖ». 1 909, B. 30, p. 30. 603, 627; W a g n e r K. W., Der Lichtbogen als Wechselstromerzeugung, Lpz., 1910; Simon H. Th. Der elektrische Lichtbogen, Lpz., 1911; Sommerftld A., Zur Theorie der Lichtbo-genschwingungen b. Wechselstrombetrieb, «Jahrbuch d. drahtl. Telegr. u. Teleph.», B., 1916, B. 10, p. 201— 215; Pedersen P. O., On the Poulsen Arc a. its Theory, «Proc. of the Inst, of Radio Eng.», N. Y., 1917, 5. p. 255—319; ibid., 1919, 7, 293—297; Austin L. W., The Production of High-Frequency Oscillations from the Electric Arc, «Bureau of Standards, Bull.», Wsh. 1917, v. 3, p. 325—340; FullerL. F., The Design of

Poulsen Arc Converters for Radio Telegraphy, «Proc. of the Inst, of Radio Eng.», N. Y., 1919, v. 7,p. 449— 497; Mayer E., Zur Theorie d. Lichtbogenschwin-gungen, Diss., «Ztschr. f. teehn. Physik». Lpz., 1921, jg. 2, p. 18, 40, 73, 94; E 1 w e 1 1 C. F., The Poulsen Arc Generator, L., 1923; Elwell C. F., Der Poulsen-Lichtbogengenerator, B., 1926; Zenneck J. u. Rukop H., Lehrbuch d. drahtl. Telegr. u. Teleph., p. 260—293, Stg., 1925; Ollendorff!, Die Grund-lagen d. Hochfrequenztechnik, p. 184—189,223—232, B., 1926; Banneitz F., Taschenbuch d. drahtlo-sen Telegraphie u. Telephonie, p. 220—225, 736—767, Berlin, 1927. Д. Виннер.