Казарновский Д. М. Емкостные преобразователи частоты
БИБЛИОТЕКА ПО АВТОМАТИКЕ
Выпуск 314
ЭНЕРГИЯ
ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ
1968
Редакционная коллегия: И. В. Антик, Г. Т. Артамонов, А. И. Бертинов, А. А. Воронов, Л. М. Закс, В. С. Малов, В. Э. Низе» О. В. Слежановский, Б. С. Сотсков, Ф. Е. Темников, М. Г. Чиликин, А. С. Шаталов
В книге рассматриваются сегнетоэлектрическне материалы с нелинейными свойствами и спектральные характеристики нелинейных конденсаторов. Приводятся схемы трехфазных статических утроителей и удвоителей частоты емкостного типа, даются их основные характеристики, теория и методика расчета. Излагаются сведения об использовании удвоителя в качестве датчика электростатического поля, описываются схемы, характеристики и методика расчета датчиков.
Книга рассчитана на широкие круги инженерно-технических работников, связанных с разработкой и применением статических преобразователей частоты в системах автоматического управления, регулирования и контроля, а также в различных видах электрооборудования.
Ленинградское отделение издательства «Энергия» Марсово поле, 1.
Содержание книги Емкостные преобразователи частоты
Предисловие
Введение
Глава первая. Сегнетоэлектрические материалы 1-1. Общие сведения
1-2. Двойные растворы на основе титаната бария
1-3. Тройные растворы на основе титаната бария
1-4. Твердые растворы на основе титаната и цирконата свинца
1-5. Ниобаты и танталаты
1-6. Пленочная сегнетокерамика
Глава вторая. Спектральные и градиентные характеристики сегнетоконденсаторов 2-1. Общие сведения
2-2. Нечетные гармоники
2-3. Четные гармоники
Глава третья. Утройтели частоты 3-1. Схемы однофазных утроителей частоты
3-2. Схемы трехфазных утроителеь частоты
3-3. Трансформаторные элементы преобразователей
3-4. Характеристики утроителя
3-5. Теория и расчет утроителя
Глава четвертая. Удвоители частоты 4-1. Схемы удвоителей
4-2. Трансформаторы для удвоителей частоты
4-3. Характеристики смещения удвоителя
4-4. Внешние характеристики удвоителя
4-5. Теория и расчет удвоителя
Глава пятая. Датчики электростатического поля 5-1. Общие сведения
5-2. Схемы датчиков
5-3. Теория и расчет датчика
5-4. Характеристики датчика
5-5. Погрешности датчика
Приложения
Литература
Предисловие
Создание материально-технической базы коммунизма неразрывносвязано с повышением уровня автоматизации во всех отраслях народного хозяйства. В современных системах автоматики широко используются преобразователи, позволяющие получать электрическую энергию более высокой частоты по сравнению с частотой сети или источника питания, что дает возможность повысить технико-экономические показатели. Так, магнитные усилители, рассчитанные на питание от источника повышенной частоты, имеют по сравнению с обычными уменьшенные габариты и вес и обладают весьма малой постоянной времени в цепи управления. С повышением частоты до величины порядка тысячи герц снижаются расход материалов для трансформаторов небольшой мощности и их вес.
Питание двигателей гироскопических приборов переменным током повышенной частоты обеспечивает снижение их веса, а также достижение более высокой точности и стабильности приборов. В некоторых измерительных информационных системах преимущества, получаемые при питании током повышенной частоты, также делают необходимым применение автономных преобразователей.
В качестве преобразователей зачастую применяются статические устройства, содержащие нелинейные элементы. Одним из статических преобразователей является умножитель частоты на сегнетоконденсаторах, имеющий ряд ценных особенностей.
В последние годы были получены важные результаты в области улучшения характеристик сегиетоконденсаторов и материалов для них, повышения нелинейности, совершенствования конструкции и технологии производства. Были синтезированы также смешанные монокристаллы с исключительно высокими нелинейными свойствами. Появление сегнетоэлектриков, сохраняющих нелинейные свойства при высоких температурах (порядка 500° С), открывает перспективу получения высокотемпературных статических преобразователей частоты. Все это придает новое значение проблеме создания емкостных преобразователей частоты.
Однако литература по использованию сегнетоконденсаторов в умножителях частоть крайне ограничена. В книге систематизированы в основном оригинальные исследования по емкостным умножителям, проведенные автором совместно с его сотрудниками. В отдельные главы включены частично работы В. П. Сидоренко (гл. 3) и Б. Н. Феофанова (гл. 5), выполненные под руководством автора. Различные образцы сегнетоконденсаторов любезно предоставлялись Т. Н. Вербицкой. Автор выражает глубокую признательность этим лицам, а также товарищам по работе, неизменной поддержке которых он обязан получением многих результатов.
Ознакомление широких инженерно-технических кругов со свойствами нелинейных элементов, принципами действия и результатами исследования статических емкостных преобразователей частоты окажется полезным при проведении научно-конструкторских разработок в самых различных областях техники и, надо надеяться, будет стимулировать более широкое применение этого перспективного вида преобразователей в новых системах.
Автор
Введение
Системы автоматического контроля, телеизмерения и управления различными процессами в промышленности, самонастраивающиеся системы, комплексы оптимизации технологических режимов интенсивно развиваются. Эти системы состоят из различных устройств и элементов, среди которых видное место занимают нелинейные.
Как известно, нелинейным называется такой элемент электрической цепи, свойства которого (сопротивление, емкость, индуктивность или их совокупность) изменяются при изменении напряжения или тока в цепи. Конденсатор, в котором роль диэлектрика выполняет сегнетоэлектрик, представляет собой нелинейный конденсатор (сокращенно сегнетоконденсатор или вариконд). Если в обычном конденсаторе его заряд пропорционален приложенному напряжению (при пренебрежении потерями), то сегнетоконденсатор характеризуется нелинейным законом^изменения заряда при изменении приложенного напряжения.
Начало теоретического и экспериментального исследования керамических сегнетоэлектриков (сегнетокерамики) и изучение возможностей их технического использования было положено Б. М. Вулом с сотрудниками, установившим в 1943 г. наличие сегнетоэлектрических свойств у титаната бария. Обширные исследования в нашей стране и за рубежом привели к формированию нового класса веществ — сегнетоэлектриков и позволили не только продвинуть далеко вперед теорию сегнетоэлектричества, но и указать на ряд соединений, в которых следовало ожидать проявления сегнетоэлектрических свойств. В институте полупроводников под руководством Г. А. Смоленского удалось выяснить условия, предопределяющие наличие сегнетоэлектрических свойств в неорганических кристаллах кислородно-октаэдрического типа. Сегнетоэлектрики различного строения были синтезированы и исследованы в Институте кристаллографии АН СССР, в Московском, Ростовском и Днепропетровском государственных университетах и ряде научно-исследовательских институтов и организаций.
Ряд технических видов керамических сегнетоэлектриков с хорошо выраженными нелинейными свойствами был получен и внедрен в производство Т. Н. Вербицкой; к ним принадлежат вариконды [7, 8].
Прошедшие в течение последних лет всесоюзные конференции и симпозиумы по сегнетоэлектричеству привлекли большое количество специалистов. Все это свидетельствует о большом размахе исследований в области сегнетоэлектриков.
Результатом явилось прежде всего открытие новых сегнетоэлектриков. Число кристаллических простых сегнетоэлектриков достигает 76 [4], в это число не входят смешанные сегнетоэлектрики, получаемыеТпутем сочетания двух или нескольких веществ. Технические сегнетоэлектрики представляют собой керамику или монокристаллы. Широкий диапазон разнообразных свойств, необходимых для тех или иных применений, получается путем образования твердых растворов в керамических материалах или путем выращивания смешанных монокристаллов. В твердых растворах замещения ионы в решетках основных сегнетокристаллов замещаются либо взаимно, либо ионами вводимых соединений. Имеются твердые растворы более сложного типа, в которых вводимые ионы располагаются в междоузлиях, образуются вакансии и др. Сегнето-керамические материалы нередко, помимо твердых растворов, содержат также и окиси, оказывающие существенное влияние на реакции при обжиге и на структуру образующихся растворов.
Появление нелинейных конденсаторов явилось толчком к исследованиям, связанным с их применением в электрорадиотехнике: в умножителях частоты, стабилизаторах тока и напряжения, усилителях, генераторах импульсов, амплитудных модуляторах, ячейках памяти вычислительных машин и др. Разработаны схемы радиометров инфракрасного излучения, а также оптико-электронные схемы. Получили применение сегнетокерамические пьезоэлементы и многочисленные устройства, основанные на пьезоэффекте сегнетокерамики. Идея преобразования частоты с помощью сегнетоконденсаторов была выдвинута В. П. Вологдиным. Предлагая статические умножители частоты вначале на сегнетовой соли, а потом на титанате бария, В. П. Вологдин имел в виду неоспоримые преимущества емкостных умножителей частоты.
1. Замена ферромагнитных материалов более доступными и дешевыми сегнетоэлектриками.
2. Устранение расхода энергии со стороны источника постоянного тока при умножении частоты в четное число раз.
3. Упрощение схемы и конструкции статического преобразования.
4. Использование емкостного умножителя как устройства для компенсации коэффициента мощности в сети.
5. Осуществление умножения частоты в высокочастотной аппаратуре до десятков мегагерц.
Работы по созданию статических емкостных умножителей частоты в последующие годы привели к появлению новых схем трехфазных преобразователей, свойства которых уже ^изучаются на базе технических сегнетоконденсаторов серийного производства Кроме того, оказалось возможным использовать некоторые преобразователи в качестве датчиков электростатического' поля. Выяснение особенностей этих схем, их характеристик, теории и расчета и является предметом изложения данной работы.
143500, Московская область, Истра, Тел. (49631) 4-66-21
