В этом параграфе требования и основные характеристики будут рассмотрены применительно к генераторам сигналов звукового (тонального) диапазона частот для индукционного ОМП, отключенных от сети КЛ. Для краткости будем их называть «индукционные генераторы» или просто генераторы. В конце параграфа кратко будут освещены принципы работы генераторов повышенной частоты для ОМП воздушных сетей.
Сопротивление нагрузки на индукционный генератор, подключенный к кабелю по схеме «жила — жила», после достаточного прожигания (Rп≈0)
Это означает, что такой расчет приемлем для I<2,5 км во всех случаях. При больших длинах следует учитывать значение или рассчитывать Zн по формуле (8.13). С ростом частоты растет нагрузка. Включение последовательной компенсирующей емкости, как указывалось в § 8.2, дает удовлетворительные результаты только до I < 30 000/f, (частота в герцах, расстояние в километрах).
Желательно, чтобы нестабильность фиксированной частоты генератора при его работе с селективным приемником не превышала 1 %. Требования к генератору по температурному диапазону, вибростойкости и влагостойкости такие же, как и к приемному устройству. Важным является и требование минимизации массы генератора. Повышение КПД генератора не имеет значения с точки зрения экономии электроэнергии (он подключается к сети трансформаторной подстанции), но способствует уменьшению массы. Применение находят электромашинные, тиристорные и транзисторные генераторы.
При проектировании транзисторного генератора, предназначенного для ОМП силовых КЛ индукционным методом, возможны два направления. Одно предполагает выполнение устройства по схеме линейного усилителя мощности, другое — по схеме ключевого преобразователя постоянного напряжения в переменное квазипрямоугольной формы [23],
Линейный усилитель имеет то преимущество, что позволяет получить синусоидальную форму кривой выходного напряжения. Это создает предпосылки для определенных энергетических выгод, так как вследствие селективности приемного устройства электромагнитное поле образуется током только первой, основной гармоники выходных колебаний генератора. Поэтому при выходных синусоидальных колебаниях вся мощность, отдаваемая передатчиком в КЛ, используется для создания полезного сигнала, а в случае квазипрямоугольных выходных колебаний — только 60 % выходной мощности генератора. Таким образом, с одной стороны, линейные усилители привлекают синусоидальной формой выходных колебаний, с другой — характеризуются низким коэффициентом использования транзисторов
где Рн — мощность нагрузки; Ра — потери мощности в транзисторе.
В усилителях класса А коэффициент ka = 0,5, а в усилителях класса В kn = 2,46.
Выходные параметры линейных усилителей существенно зависят от температуры и положения рабочей точки. Поэтому на практике возникает необходимость принимать специальные меры для стабилизации и линеаризации характеристик каскадов усилителя. Это усложняет схему и дополнительно снижает kи по сравнению с приведенным расчетным значением. Из-за низкого коэффициента использования транзисторов линейные усилители непригодны для управления мощными объектами.
В ключевых усилителях и преобразователях может быть обеспечен в десятки раз больший kи, что позволяет при ограниченных размерах радиатора повысить мощность нагрузки на выходе транзисторного устройства. Например, транзистор с мощностью рассеяния 5 Вт может переключать нагрузку мощностью до 300 Вт при kи= 60. В линейном усилителе класса В, выполненном на транзисторах того же типа, мощность, отдаваемая в нагрузку, не может быть больше 12 Вт, т. е. должна быть уменьшена в 25 раз.
С учетом изложенного генератор мощностью 150— 200 Вт более рационально выполнять по схеме транзисторного ключевого преобразователя. В современных условиях при работе с селективными приёмниками мощность генераторов до 200 Вт представляется достаточной для индукционного ОМП всех КЛ 0,127 — 10 кВ и большинства КЛ 35 кВ. Увеличение мощности генераторов может быть оправдано лишь при использовании их в качестве последней ступени прожигания дефектной изоляции. В частности, для этого используются тиристорные и электромашинные генераторы.
Приведем краткие сведения по основным характеристикам отечественных и зарубежных индукционных генераторов.
Крупносерийного выпуска транзисторных генераторов в СССР нет. Небольшими сериями выпускаются генераторы мощностью до 100 Вт на частоте около 1000 Гц. Серийные тиристорные генераторы типа ГЗЧ-Т2 имеют мощность 2 кВт на рабочей частоте (900—1200) Гц ± 5 %. Масса этих генераторов 80 кг. Напряжение питания 220 В, 50 Гц.
В СССР также выпускаются два типа электромашинных генераторов. Генератор ГИС-2 — синхронный трехфазный с приводом от электродвигателя мощностью 2,8—4,5 кВт. Мощность генератора 1—3 кВт при напряжении 230 В. Выполняется на рабочие частоты 300, 400, 600, 800, 1200 и 2400 Гц. Масса генератора 100 кг, а всего агрегата 200 кг. Генератор ГИМ-1 входит в состав вертикального однокорпусного агрегата двигатель — генератор фланцевого типа. Это синхронный трехфазный генератор мощностью 0,8—1 кВт. Напряжение 220 В. Выполняется на рабочие частоты 600, 800, 1200, 1600 и 2400 Гц. Масса агрегата 86 кг.
Фирма Robotron Messelektronik «Otto Schon» (ГДР) выпускает транзисторные генераторы типа 81017 с регулируемой выходной мощностью 0—200 Вт, рабочими частотами 1030 Гц и 10 кГц. Выходное сопротивление путем переключения отпаек обмотки трансформатора согласуется с сопротивлением нагрузки в диапазоне 1,5—1500 Ом. Питание от сети 220 В, 50—60 Гц с потреблением 500 В-А. Масса 20 кг. Совместно с этим генератором используется универсальный приемник типа 81018 с фиксированными частотами 50, 1030 и 10 000 Гц.
Фирма Seba dynatronic (ФРГ) выпускает набор транзисторных генераторов мощностью 2—500 Вт. Генератор FLS 500 имеет мощность 500 Вт при выходных напряжениях 25—700 В, рабочие частоты 1,3; 1,45; 10 и 12 кГц, масса 32 кг. Совместно с этим генератором используется универсальный приемник FLE 66. На частотах 10 и 12 кГц обеспечен гетеродинный прием при полосе около 30 Гц.
В настоящее время генераторы повышенных (по сравнению с 50 Гц) частот не получили широкого распространения для ОМП воздушных сетей. Серийно они не выпускаются. Однако представляется перспективным опыт Тулаэнерго по созданию и применению электромагнитного генератора ЭГЧ-4 [24]. Схема этого устройства и его подключения к сети показана на рис. 8.27. Трехобмоточный трансформатор, питаемый от сети 220 В, 50 Гц, работает в режиме, соответствующем нелинейной части характеристики намагничивания.
Рис. 8.27. Схема подключения к сети генератора типа ЭГЧ-4.
Подключение подстроечного конденсатора С к обмотке среднего напряжения СН
обеспечивает подачу в сеть тока пятой гармоники (250 Гц). Этот ток достигает 3,5 А и составляет до 75 % значения тока основной гармоники промышленной частоты. Такой ток во много раз превышает естественный уровень пятой гармоники в сетях 6—20 кВ протяженностью до 150 км. Чувствительность поиска места 033 значительно увеличивается.
Этот же генератор может быть использован и для ОМП в отключенной сети с одновременным прожиганием поврежденной изоляции [24]. В этом случае при отключенном высоковольтном выключателе В переключатель П переводится из положения 1 в положение 2. Обмотка высокого напряжения ВН и диод Д обеспечивают ток прожигания до 0,6 А. Остается также возможность подачи на отключенную сеть тока пятой гармоники и поиска МП обычной приемной аппаратурой. Масса устройства ЭГ-4, включая масляное заполнение трансформатора, составляет 75 кг.