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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 XNUMX/XNUMX 파장 전기 용접. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
단파 아마추어 라디오 운영자와 무선 통신에 진지하게 관심을 가져본 사람이라면 누구나 고출력 수준의 정상파가 명백한 악이라는 것을 알고 있습니다. RF 전력 전송 경로에 일단 자리를 잡으면 정재파는 많은 문제를 일으킬 수 있습니다. 예를 들어 전력 증폭기를 비활성화하고 케이블을 안테나에 굽고 안테나 릴레이를 굽는 등의 작업을 수행합니다. 나는 당신에게 이야기를 할 것이다. 정확히 75m 길이의 2옴 동축 케이블이 필요했던 적이 있습니다. 30m 길이의 케이블 코일을 한 조각으로 유지했습니다. 원하는 조각을 자르고 끝을 자르고 저항계로 중앙 코어의 파손을 확인했습니다. . 나는 조각이 만의 끝에서 왔기 때문에 부러질 수 있다고 결정했습니다. 다시 그는 필요한 조각을 잘라 내고 도살하고 확인했습니다. 다시 중앙 코어가 파손되었습니다. 나는 그것이 제어실 어딘가에 놓여 있는 중고 케이블이라고 생각했고 짓밟힐 수 있었습니다. 케이블의 다른 쪽 끝은 안테나에 있어야 하며 밟을 사람이 없습니다. 베이의 다른 쪽 끝에서 조각을 잘라냅니다. 똑같은 것 - 중심 정맥의 휴식. 인내심이 꺾이고 만 전체를 마당으로 옮기고 자르기 시작했습니다. 베이를 17 조각으로 자르고 좋은 것을 하나도받지 못한 채 가게에 가서 새 케이블을 사기로 결정했습니다. 도중에 여러 곳에서 동시에 케이블을 구울 수 있는 방법에 대해 생각했습니다. 직류에서 회로는 일반적으로 가장 약한 곳에서 소손되고 그 이후의 다른 곳에서는 더 이상 타지 않습니다. 새 케이블을 가지고 집으로 돌아와서 이전 케이블 조각에서 전체 브레이드를 제거하기로 결정했습니다. 그 후 반투명 단열재를 통해 어두운 곳과 24mm의 단선이 보입니다. RK-75-4-11 케이블의 중앙 코어 직경은 0,72mm이며 이러한 와이어를 태우려면 21A의 전류가 필요합니다 화상 부위는 특정 주파수로 위치했습니다-약간 적음 1m 이상 나중에 나는 손상된 케이블이 54MHz 라디오 방송국의 일부로 사용되었음을 알게되었습니다. 케이블의 파장은 3,66m(1,52의 단축 계수 고려)입니다. 그런 다음 케이블이 0,915m의 XNUMX/XNUMX 파장 세그먼트로 "절단"되었음을 깨달았지만 문헌에서이 효과에 대한 명확한 설명을 찾을 수 없었습니다. 그런 다음 아래에서 제안하는 적합한 모델을 생각해 냈습니다.
초기 전제 조건(기호는 그림 1에 표시됨): 1) 부하 차단 모드에서 길이를 따라 매개변수가 균일하게 분포된 이상적인 동축선 2) 중앙 코어와 브레이드 사이의 절연은 이상적으로 전기적으로 강하고 어떤 전압으로도 파괴될 수 없습니다. 3) 중앙 코어는 옴 저항이 작고 가열 장소에서 저항을 증가시키는 능력이 있으며 균일하게 가열된 코어는 전체 길이에 걸쳐 균일하게 분포된 저항을 갖습니다. 4) 예열 된 장소에서 고전류로 중심 코어를 태울 수 있습니다. 이곳에서 코어의 금속 증기로 채워진 캡슐이 형성됩니다. 5) 화상 부위에서 캡슐이 뚫고 증가된 전압에 의해 이온화되고 캡슐에서 이온화가 오랫동안 지속되며 이온화 가스(아크) 및 열 방출의 전류가 증가함에 따라 전도성이 증가합니다. 반복되는 고장은 기본 고장보다 훨씬 낮은 전압에서 발생합니다. 그림 1a, b는 극단적인 불일치 모드(부하 차단 또는 단락 - 그래프가 λ/4만큼 이동됨)에서 라인 길이에 따른 전압 및 전류 분포 그래프를 보여줍니다. 이 경우 최대 값을 안티 노드라고하고 1 값을 노드라고합니다. 그림 4c는 정재파 모드(부하 중단 시)에서 이상화된 긴 동축선을 보여줍니다. 여기서 전류 및 전압 안티노드는 기호로 표시됩니다. 파동의 완전한 반사가 있기 때문에 출력 끝에서 시작하여 λ/XNUMX 주기로 번갈아 나타납니다. 이 라인은 송전선과 일치하는 발전기에 의해 전력이 공급됩니다. 전류의 안티 노드에서 라인 섹션의 균일한 가열이 발생합니다. 이 경우 이 영역에서 저항이 증가하고 코어가 녹을 수 있으며 금속 증기로 채워진 캡슐이 형성될 수 있습니다. 실제로 케이블 매개변수의 불균일한 분포로 인해 중앙 코어의 용융은 현재의 모든 안티노드에서 동시에 발생할 수 없습니다.
따라서 라인에 불균일성을 도입합니다. 이러한 이질성은 제조 결함(특정 위치에서 코어 단면의 감소, 함몰, 내포물)일 수 있습니다. 예를 들어, 라인의 열린 끝에서 안티노드 3λ/4에서 화상이 발생했고(그림 2a) 금속 증기로 채워진 캡슐이 형성되었습니다. 이러한 라인의 단선은 부하의 단선으로 인식되고 전압의 안티노드는 λ/4 만큼 이동합니다. 첫 번째 휴식 장소로 이동하여 기본 고장을 만듭니다 (그림 2, b). 캡슐의 이온화가 증가하고 아크 연소로 인해 저항이 감소합니다. 전압 역극은 다시 λ/4만큼 이동하고 현재 역극은 그 자리에서 이동하여 갭의 전도도를 복원합니다. 이 위치에서 플라즈마 아크는 코어의 전도성을 복원합니다. 그러나 선의 하중 끝이 열려 있기 때문에 정상파는 이전 형태로 복원됩니다(그림 2, c). 이렇게 복원된 단면 부위의 온도는 상승하고, 열전달로 인해 인접 단면의 코어 저항이 증가한다. 인접한 현재 안티 노드에서 열이 증가하여 첫 번째 손상 위치에서 λ / 4만큼 오른쪽과 왼쪽으로 코어가 연소되고 전압 안티 노드가이 위치로 이동합니다. 그림 2, c. 형성된 캡슐에는 간극의 일차적 고장, 가열 및 강한 이온화가 있습니다. 이때, 이전에 점화된 아크는 전류 또는 전압에 의해 유지되고(교대로 다음과 같은 선로 손상이 발생함), 인접한 구간에서 용융까지 가열이 증가한 다음 그림 2와 같이 프로세스가 진행됩니다. 전체 길이 케이블을 따라 g-g. 우리는 정재파가 에너지를 전달하고(부하로는 전달하지 않음) 중앙 코어가 녹는 형태로 λ/4의 단계로 배열된 "부하"에서 에너지를 방출한다는 것을 알 수 있습니다. 또한 상대적으로 낮은 발전기 전력에서 안티 노드에서 매우 큰 전류 및 전압 값이 발생합니다. 이러한 분할 값의 추가는 이온화된 갭의 관성으로 인해 발생합니다(캡슐의 이온화는 다소 오랜 시간 동안 유지됨). 평균 간격이 75mm인 11개의 손상이 있는 RK-18-3 케이블로 위에서 고려한 경우 이러한 총 간격은 약 50mm였습니다.
송전선에서 안티 노드 형성 장소를 끝까지 제거하면 정재파의 에너지를 사용할 수 있습니다. 따라서 3/XNUMX 파장 라인을 별도로 고려합니다. 그림 XNUMXa는 전원 및 부하와 일치하는 이러한 라인을 보여줍니다. 이것은 부하 임피던스를 라인 입력 임피던스로 변환하는 소위 XNUMX/XNUMX 파장 라인 변압기입니다. 이제 앞에서 제안한 모델의 프레임워크 내에서 극단적인 불일치 모드를 고려하고 전극 홀더와 용접 부품 형태의 전극으로 구성된 용접 회로로 부하를 접점 사이의 갭을 이온화하는 키로 교체해 보겠습니다. 그림 3b는 전극이 아크가 끊어지는 거리만큼 전극이 분리되어 있을 때 로드 브레이크의 경우를 보여줍니다. 그런 다음 전극 끝의 전압은 후속 갭의 파괴, 안티노드의 방전 및 형성과 함께 안티노드를 형성합니다. 이온화된 구름의 그림 3c는 아크가 꺼지고 전극이 용접 중인 작업물에 "고착"되는 부하 폐쇄의 경우를 보여줍니다. 이 경우 전압은 (이론적으로) XNUMX으로 떨어지지 만 전극 전류는 매우 높은 값에 도달하여 폐쇄 브리지를 태운 다음 정상 모드에 도달 할 때까지 전극을 집중적으로 녹입니다. 그림 3d는 정상 모드의 경우를 보여줍니다. 이것은 정합 부하에서 진행파 모드에서 전력 전송의 고전적인 경우이며 정합 조건도 우리에게 알려져 있습니다. 아크는 약 20V의 전압에서 연소하는 것으로 알려져 있으며 아크의 전류는 사용되는 전극의 단면에 따라 결정됩니다. 옴의 법칙에 따라 전압을 전류로 나누면 라인의 파동 저항과 같아야하는 부하 저항을 얻습니다. 표준 동축 케이블의 경우 이 저항이 낮고 특수 케이블을 개발해야 한다는 점에 유의해야 합니다. 40A 미만의 전류에서 아크가 불안정하고 강철을 녹이기에 충분한 온도를 생성하지 않기 때문에 케이블 중앙 코어의 단면적을 늘릴 필요가 있습니다. 디자인 촉진 순간 중 다음 사항에 유의해야 합니다. XNUMX/XNUMX 파장 변압기는 아크를 시작하고 태우는 데 거의 이상적인 조건을 만듭니다. 이는 기존 용접 변압기의 급격한 하강 특성과 동일하며 일반적으로 변압기의 작동 지점을 코어 포화 한계로 전환하여 실현되며 이는 매우 비경제적이며 조명 네트워크에 큰 간섭을 일으킵니다(기존 CT의 코어가 포화되면 XNUMX차 권선의 전류 펄스가 수백 암페어에 도달하고 생성된 화력은 킬로와트로 측정됨). XNUMX/XNUMX 파장 전기 용접의 경우 아크는 XNUMX/XNUMX 파장 라인의 세 가지 작동 모드를 모두 번갈아 결합하여 유지됩니다. 용접 회로는 전원에서 전원이 공급되기 때문에 일치를 통해 수행해야 할 가능성이 큽니다. 더 높은 주파수에서 작동하는 발전기의 변압기. 이러한 XNUMX/XNUMX 파장 변압기의 도움으로 발전기의 부하를 닫는 모드를 배제하여 변환기의 트랜지스터 회로를 사용할 수 있습니다. 사실은 XNUMX/XNUMX 파장 변압기를 통해 연결된 부하의 단락이 높은 저항의 형태로 라인 입력에 전달된다는 것입니다. 그러나 용접 회로가 끊어지면 발전기의 부하는 단락과 유사합니다. 그러나 우리는 전극에 엄청난 전압 마진이 있습니다. 이 전압은 안전상의 이유로 일정 수준으로 제한되어야 합니다. 개방형 용접 전극의 전압을 제한함으로써 동시에 발전기의 최대 부하를 줄이고 몇 백 와트의 전력으로 최적화된 시스템을 구축할 수 있습니다. 이는 고전적인 구현에서 멀티 킬로와트 기계와 효율성이 유사합니다. 이론적으로 50Hz의 주파수에서 XNUMX/XNUMX 파장 전기 용접의 가능성이 있지만 실제로는 매우 비쌉니다. 따라서 주파수를 최소한 몇 메가헤르츠 이상으로 높여야 합니다. 일반적으로 주파수가 높을수록 디자인이 더 간단하고 콤팩트해질 수 있지만 표피 효과가 나타나기 시작하여 용접 깊이가 줄어들고 마이크로파에서는 "불꽃 생성기"로 변합니다. KEMP 방식의 장치를 대체할 수 있는 판재에만 XNUMX/XNUMX 파장 전기 용접을 제안합니다. 표피 효과는 산화막으로부터 금속 표면을 청소할 수 있다는 점에서 유용합니다. 이 필름은 일반적으로 유전체이며 결정 구조를 가지고 있으며 그 아래에는 표면 전류에 대한 저항이 증가한 영역이 있어 필름 아래와 경계에서 국부 가열을 유발하고 온도 차이로 인해 산화막의 구조가 파괴됩니다. (필름이 금속 표면에서 벗겨짐) 용접 전극용 플럭스의 대안이 될 수 있습니다. 실제 구현에 대해 말하자면, 동축 버전에서 XNUMX/XNUMX파장 라인의 물리적 길이는 꼬인 전선과 달리 상당히 짧아지고 용접 케이블은 XNUMX/XNUMX파장 라인을 확장하는 튜닝 루프 역할을 합니다. 웨이브 세그먼트는 용접 전극의 끝에서 끝납니다.
일반적으로 동축 라인을 포함할 때(그림 4, a) 웨이브 임피던스 ρ는 케이블 Z의 웨이브 임피던스와 같습니다. 케이블 라인의 웨이브 임피던스를 줄이는 것이 바람직합니다(예: 표준 사용) 50옴 케이블). 그림 4, b와 같이 중앙 코어에 케이블 브레이드를 병렬로 연결하면 라인 저항을 2배로 줄일 수 있습니다. 케이블 브레이드는 일반적으로 중앙 코어의 단면을 초과하는 상당한 구리 단면을 가지고 있지만 전류는 동일합니다. 발전기 출력 변압기의 4차 권선으로 케이블 브레이드를 사용하는 것이 좋습니다. 발전기 출력 변압기와 4/XNUMX 파장 변압기를 라인에 결합 할 수 있습니다 (그림 XNUMX, c). 즉, XNUMX/XNUMX 파장 라인을 구성하는 동축 케이블로 XNUMX 차 권선을 간단히 감을 수 있습니다. 그림 XNUMXc의 회로는 공진이므로 발전기 변압기의 자기장의 에너지가 동축선의 전자기장으로 전달되는 것을 기대할 수 있습니다. 그림 4d는 일반적으로 XNUMX/XNUMX 파장 라인을 포함하는 다이어그램을 보여줍니다. 여기서 케이블 편조에 대한 변압기의 부하는 이전에 고려한 케이블 설계뿐만 아니라 부하 저항 R을 적용하여 얻을 수 있습니다. 이 디자인에서 특히 편리한 점은 라인의 한쪽 끝이 연결되어 있지만 대부분 냉각되어야 한다는 것입니다. 저자: Yu.P.Sarazh
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