автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.10, диссертация на тему:Промышленные ламповые генераторы



V

санкт-петербургскии

^ государственный электротехнический университет р^ имени В.И.Ульянова (Ленина)

На правах рукописи

Блинов Юрий Иванович

ПРОМЫШЛЕННЫЕ ЛАМПОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ (ТЕОРИЯ И РАСЧЕТ)

Специальность : 05.09.10 - Электротермические процессы

и установки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург - 1995

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете (СПбГЭТУ)

Официальные оппоненты :

доктор технических наук профессор Архангельский Ю.С.

доктор технических наук профессор Дресвин С.В.

доктор технических наук профессор Чередниченко B.C.

Ведущая организация - Московский энергетический институт

Защита состоится " 1995 г. в А час.

на заседании диссертационного совета Д 063.36.01 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета по адресу : 197376, Санкт-Петербург, ул.Проф.Попова, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан " " ^(л/Ц 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Демидович В.Б.

- 'I -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность и постановка проблемы. Современное состояние электротехнологии оказывает существенное влияние на развитие промышленного производства, его интенсификацию. Разработка новых технологий является недостижимой без использования современных, прогрессивных методов и подходов для их реализации. Сложность реализации, усугубляется энергоемкостью оборудования, единичная мощность которого монет составлять 1000 кВт и более, обеспечением робастности системы источник питания (ИП) - технологическое звено в широком диапазоне изменения параметров системы и быстротой их изменения при необходимом уровне достижения наибольшего КЦД системы во время всего технологического процесса. Современные исследования' и экспериментальные данные показывают, что при разработке новых- высокочастотных (ВЧ) электротехнологических процессов к ним следует подходить комплексно, проектируя полностью всю установку, обеспечивающую требуемый процесс, начиная от сети промышленной частоты и заканчивая процессами в технологическом звене. В этом случае не только обеспечивается достижимость технологии, но и ее высокая эффективность, соответствие ВЧ установки принятым стандартам.

Ведущую роль для достижимости новых или модернизации известных технологий играет ИП, обязанный при высоком КПД обеспечивать бесперебойное питание нагрузки при быстром изменении ее параметров в широких пределах практически от холостого хода (XX) до короткого замыкания (КЗ) в разрешенном стандартом частотном диапазоне. В ряда случаев это достигается специфичной внешней характеристикой, которая может быть, в зависимости от требований, либо характеристикой источника тока, либо - источника напряжения, специальными режимами работы (импульсным или юшульсно-периодическш (ЙПР)) при условии возможного изменения частоты ИП в разрешенном стандартом диапазоне.

Значительные успехи в электротехнологии достигнуты и являются перспективными-в диапазоне частот 0.44-5.28 МГц, где до недавнего времени в качестве ИП применялся только ламповый генератор (ЛГ) с самовозбуждением.

В последние года бурное развитие получили ИП на транзисторах за счет улучшения их параметров, что привело к четкой градации частотного диапазона, где применяются полупроводниковые приборы и

генераторные лампы (ГЛ). Твердотельные приборы кмеют т, преимущества, так и недостатки по сравнению с ГЛ. Транзистор завоевывают верхний диапазон частот до 1 МГц на мощность 1 - : кВт, на частоте 200 кГц уже имеются опытные образцы ИП мощностью 300 кВт (Thermatool). В нашей стране создание Ш. 20 кГц/300 кВт на отечественной элементной базе возможно лишь : ближайшие 5-10 лет, что обусловлено отсутствием мощны: транзисторов и низковольтных конденсаторов на эти частоты.

Тем не менее, в ближайшие 10 лет на больших мощностях (50 кВт и выше) и частотах (0.44- МГц и выше) не просматриваете: применения транзисторных ИП. Дело в том, что транзистор являете; низковольтным прибором, что при большом уровне мощности ведет к большим токам в ИП, а значит и к увеличению потерь в нем необходимости параллельного соединения приборов, а арачит ] ставит проблему выравнивания токов, что на высоких частота выливается в самостоятельную задачу.

По sтой причине долгие годы совместно будут сосуществоват] транзисторные генераторы и ЛГ, область применения которы: определяется частотой ИП и его мощностью, достижениями в создали сильноточных транзисторов.

В то ке время ИП на ГЛ - ЛГ - является единственным типом И на частотах 1.76 - 27.12 МГц мощностью в сотни кВт.

В последние годы наметилось восстановление интереса ] разработке новых мощных ГЛ с улучшенными показателями дда различных технологических применений (ABB, SIEMENS, Е1ИАС СВЕТЛАНА). Это обусловлено, с одной стороны, неоправдавшимис] ожиданиями в развитии мощных ВЧ полупроводниковых приборов, связанными с достижением на сегодняшний день теоретическое предела их возможностей, а с другой - потребностями увеличение единичной мощности ГЛ до уровня 1+3 МВт. По критерию - "мощноси прибора-частота его работы" ГЛ, по-прежнему, остаето единственным типом приборов, позволяющим создавать требуемы( мощные МП для плазменных, лазерных, индукционных технологий.

В настоящее время в электротехнологии применяются генератор! с самовозбуждением, работающие' в режиме класса "С" i представляющие электрическую цепь с нелинейными элементами, которая описывается системой дифференциальных уравнений (СДУ, высокого порядка. Во всех схемах ЛГ используются ГЛ < карбидированным торировашшм катодом, имеющее веерообразны«

характеристики, к которым применима линейная теория анализа только для качественной оценки.

Именное с этих позиций, начиная с 20-х годов и до последнего времени, ЛГ были подвергнуты тщательному качественному и, частично, количественному анализу усилиями известных ученых: Берг А.И., Агафонов B.C., Андронов A.A., Аршинов С.С., Гоноровский И.О., Дробов С.А., Евтеев Ф.Е., Евтянов С.И., Зейтленок Г,А., Изюмов Н.М., Колесников A.M., Линде Д.П., Модель З.И., Невяжскш И.Х., Рыжков А.Е., Сивере М.А., Сифоров В.И., Фомичев И.Н., Хайкин С.Э., Хацкелевич В.А., Хмельницкий Е.П., Шахгильдян В.В., Foremen P., Marcovlc А. и др. Продленным ЛГ уделялось заметно меньше внимания. Здесь необходимо отметить работы таких известных ученых как: Васильев A.C., Вигдорович Ю.Б., Донской А-.В., Нетушил A.B., Рамм Г.С., Colpitz G., Dlttrich Н., Hartley М., Petriß В., Wetzel P., Zelmder 0.

Современные метода исследования и экспериментальные данные показывают, что, во многих случаях, при работе на изменяющуюся, нагрузку, JIT используется не в оптимальном режиме, с превышением необходимой мощности оборудования, с неточными условиями согласования, только в режиме непрерывной передачи мощности в нагрузку. Более того, в современной теории промышленных ЛГ отсутствуют разделы, касающиеся работы ЛГ на нагрузку с низкой добротностью, которая характерна именно для электротехнологии, где добротность колебательного контура на порядок и более ниже, чем в случае работы радиопередающих устройств. По этой же причине отсутствуют и конкретные данные по влиянию параметров ЛГ на его энергетические показатели и конкретные рекомендации по выбору . параметров элементов колебательной системы и цепи обратной связи (ОС) при заданной технологической нагрузке с целью использования ЛГ с максимальным значением КПД во время всего процесса в разрешенном стандартом частотном диапазоне.

Не выявлены до конца возможности и самих промышленных ЛГ с точки зрения КЦЦ. Увеличение КЦЦ даже на несколько процентов при уровне мощности в несколько сот кВт не только повышает энергетическую эффективность оборудования путем снижения потребляемой мощности, но и ведет к значительному снижению его массо-габаритных показателей. В подавляющем большинстве случаев энергетические характеристики ЛГ могут быть существенно улучшены путем перевода его в би- и полигармонический рекимы работы.

Отсутствует и методика совместного анализа технологической нагрузки и полной электрической схемы ИП.

Разработка в последние года новых технологий, связанная с применением больших удельных мощностей в детали (до 20 кВт/см2 вместо 2 кВт/см2) и широким использованием ИПР, приводит к необходимости определения максимальной мощности ИП и динамики его работы с большой степенью точности. Это, в первую очередь, относится к направлению использования индукционного нагрева для термообработки, ВЧ сварки, получения монокристаллов • полупроводников и кристаллов оксидов, ВЧ плазменных процессов, т.к.-все эти технологии реализуются в диапазоне частот 0.44-5.28 МГц. В работе рассматриваются теоретические полокени;., ориентированные на этот диапазон частот, что не ■ исключает распространения методик расчета и на другие частоты с применением их для салак разнообразных технологий, в том числе и нагрева диэлектриков. Специальные режимы работы ЛГ такие, как ИПР, а ■х'аюке комплексный подход к созданию технологических установок, •заставляют оценить и влияние, оказываемое мощными установками на питающую сеть в различных режимах их работы с целью оценки их электромагнитной совместимости с сетью промышленной частоты.•

Аналогичная ситуация . наблюдается и с о установками, содержащими ЛГ, выпускаемыми ведущими зарубежными фирмами: Thermatool (США), Elplilac (Бельгия), ABB (Швейцария), SIEMENS (Германия), Philips (Голландия), SIATEM (Италия).

Поэтому усилия, направленные на преодоление указанных проблем и решение поставленных задач, являются актуальными.

Цель работы. Целью диссертационной работы является создание уточненной теории работы ЛГ на технологическую нагрузку с изменяющимися•в широком диапазоне параметрами и определение оптимальных режимов работы этих генераторов.

Методы исследования. Теоретические исследования базируются на методах математического моделирования электрических цепей с нелинейными элементами как в частотной, так' и во временной областях, использующие: численные метода решения СДУ и систем алгебраических уравнений (САУ); метода автоматического формирования систем уравнений по известной топологии графа электрической схемы; методы решения задачи Кош для получения переходных и установившихся процессов и краевой задачи для получения стационарных ретюв. В ряде случаев применяются

численные методы для параметрического синтеза и реазкия краевой задачи для получения параметров элементов колебательной системы, удовлетворяющих заданным условиям.

Научная новизна и значимость работы определяются положениями, выносимыми на защиту:

- методика совместного моделирования схем ЛГ и нагрузки;

- анализ работы ЛГ на низкодобротнун колебательную систему;

- методика расчета ГЛ и колебательной системы;

- метода численного анализа, позволяющие определить оптимальные режимы работы ГЛ и ЛГ и параметры элементов колебательной системы, обеспечивающие данные режимы, а также рекомендации по выбору этих параметров в зависимости от типа нагрузки с учетом заданного Диапазона изменения частоты самовозбуадения;

- использование метода решения краевой задачи и метода параметрического синтеза на ее основе, применительно к схемам ЛГ;

- повышение КПД ЛГ с самовозбуждением в би - и полигармоническом режимах при изменении параметров нагрузки и рекомендации по определению параметров генератора, обеспечивающих данные ракимы;

- влияние ИПР схем ЛГ на сеть промышленной частоты и параметров колебательной системы на характер ИПР в схемах промышленных ЛГ;

- ЛГ, обеспечивающие высокую стабильность выходного напряжения;

- методика проектирования ЛГ с самовозбуждением.

Практическая ценность работы. Разработанные в работе методы и программное обеспечение на их основе доведены до уровня, предназначенного для инженерного проектирования схем промышленных ЛГ на технологические нагрузки. На базе созданных математического и программного обеспечений разработаны: одноконтурные схемы ЛГ, работающие в оптимальном режиме работы; методика расчета ГЛ и колебательной системы; упрощенный алгоритм расчета нагрузочных характеристик ГЛ и ЛГ; схемы двухконтурных ЛГ с самовозбуждением и увеличенным КПД при их работе в би- и полигармоническом режимах и схемы ЛГ с повышенным качеством выходного напряжения; методика проектирования схем промышленных ЛГ, снабженная разработанным программным обеспечением для реализации ее каждого этапа; методика совместного моделирования схем ЛГ и нагрузки; алгоритмы решения краевой задачи, применительно к схемам ЛГ и метод параметрического синтеза на ,этой основе; автоматизированный ЛГ для электротехнологий. Исследовано влияние параметров колебательной системы на характер ИПР в схемах промышленных ЛГ;

- 6 -

влияние ИПР схем ЛГ на сеть промышленной частоты.

Реализация результатов. Полученные в диссертационной работ результаты связаны с выполнением работ в рамках НИР с ВН1ШТВЧ НШЯФ МГУ, МАИ, АО "Северский трубный завод". Результаты работ используются как для научно-исследовательских целей, так ' и учебном процессе Электротехнического Департамента Падуанског университета (Италия) и Института электронагрева Ганноверског университета (Германия). Результаты расчетов были использоваи фирмой IMATRAN 70I11A ОТ (Финляндия). Программное обеспечен! используется в учебном процессе специальности "Автоматизирование электротехнологические установки и системы" СПбГЭТУ.

Апробация работы. Основные научные положения и результат диссертационной работы докладывались автором и получили поддери» на 13 Международных, Всесоюзных и Всероссийских конференщях. Oï получили поддержку Российского Фонда Фундаментальных исследоваш * 94-02-0579б-а. Результаты работы докладывались и одобрены I конференциях профессорско -преподавательского состава СПбГЭТУ 1984-94 гг., на семинаре Электротехнического 'Департамент Падуанского университета (Италия, 1991), на семинаре Институт электронагрева Ганноверского университета (Германия, 1991), i семинаре Департамента научных исследований фирмы T¥AIRAN VOIMA С (Финляндия, 1990), на семинаре фирмы SIATEH (Италия, 1991).

Публикации. По проблематике диссертационной работы авторе опубликовано 43 работы, в том числе 1 монография в соавторстве, учебно-методических работы, 5 авторских свидетельств и зарегистрированных программных средств.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит i введения, шести глав, заключения, приложений и списка литератур! включающего 169 наименований. Основное содержание работы изложе! на 298 страницах машинописного текста. Работа содержит 11 рисунок и 51 таблицу. В приложения вынесены акты внедрения наиболее громоздкие результаты расчетов.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обосновывается актуальность работы, определе: энергоемкие типы ВЧ электротехнологических процессов, определе! место и роль ГЛ в ИП по сравнению с полупроводниковыми приборам

В первой главе рассматриваются наиболее энергоемкие I

электротехнологические процессы с точки зрения диапазона изменения их эквивалентных параметров (активной и реактивной ' составляющих). Эти данные вами как с точки зрения согласования нагрузки и ЛГ, так и с точки зрения определения области устойчивости ЛГ при изменении его эквивалентных параметров в хода технологического процесса. В ВЧ технологиях, связанных с быстропротекающими процессам!, сравнимыми с постоянной времени системы управления ЛГ, происходит непрерывное изменение режима работы ЛГ,' зависящее как от изменения параметров нагрузки, так и от его схемы, в результате чего определение изменения параметров нагрузки изолированно от генератора приводит к неоднозначности задачи. Более того, при использовании ЛГ, как ИП ВЧ, кроме изменения параметров нагрузки, обусловленных изменением ее свойств при изменении температуры и геометрии, всегда имеются дополнительные изменения параметров, вызванные изменением напряжения и частоты ЛГ в случае быстронротекающих процессов. Современные расчетные и экспериментальные данные, приводимые в' литературных источниках, не учитывают этих особенностей, что "обусловлено сложностью получения как тех, так и других.

До сегодняшнего времени при расчете индукционных систем конкретная электрическая схема ЛГ не учитывалась вовсе или учитывалась только на . уровне' его упрощенной внешней характеристики. Экспериментальные же данные приводятся только для конкретного ЛГ, параметры которого при описании эксперимента не указываются. В результате эти данные носят только частный характер. Использование другой схемы ЛГ с другой лампой и даже та ке схема ЛГ с той же лампой, но с другими параметрами колебательной системы,' может дать только уже известный качественный характер процесса. Ошибка в количественных данных может составлять десятки процентов, что не позволяет экстраполировать экспериментальные данные на другие ВЧ процессы.

Другими словами ВЧ электротехнологический процесс, в сущности, описывается системой нелинейных уравнений, которая распадается на две часта. Первая - описывает электромагнитные процессы в схеме ЛГ с нелинейностью в виде лампы, вторая -обусловлена переменными параметрами нагрузки, что связано не только с изменением ее физических свойств, а иногда и геометрических размеров, но и тесной зависимостью изменения этих свойств от режима работы самого ЛГ. Вследствие этого невозможно

снять адекватные эквивалентные характеристики изменения параметров системы нагрузка-деталь без учета конкретной схемы ЛГ.

В результате анализа характерных электротехнологичесгап процессов на частотах 0.44 - 5.28 МГц возможно очертить диапазон изменения параметров нагрузки, который подлежит предварительному определению, для начальной оценки областей устойчивой работы ЛГ. Так при ВЧ закалке эквивалентная активная компонента можеч меняться в 5-6 раз, а реактивная в 10 раз. При этом значение cos Фц находится в диапазоне 0.02-0.3 в зависимости от зазора мевд индуктором и деталью. При индукционной плавке в холодных тиглях •изменение cos срц составляет 0.01-0.2. При этом активная и реактивная составляющие нагрузки изменяются за процесс в несколько раз. Характерной особенностью данного процесса является пуск ЛГ на параметры нагрузки, близкие к XX, а его устойчивая работа наблюдается при использовании той ' части внешней характеристики, которая соответствует характеристике источника тока (реши, близкий к КЗ). Положительной особенностью данной технологии, с точки зрения ИП, является возмояшость подстройки как частоты, так и переменных параметров ЛГ во время длительного технологического процесса. При работе на плазменные установки пуск ЛГ происходит практически аналогично предыдущему, т.е. на параметры, близкие к XX, а затем происходит переход к номинальному илу работы. Срыв плазмы эквивалентен переходу от номинального ^жима к XX. Возможен и внезапный переход ЛГ в режим КЗ. Такие режимы не должны сопровождаться выходом из строя элементов ЛГ. Диапазон изменения cos (pg составляет 0.02-0.1, активная компонента меняется в 3-10 раз, что зависит от расхода плазмообразующего газа. На основе этих результатов определены итоговые данные по изменению эквивалентных параметров нагрузки и специфика электротермических установок, как нагрузки ЛГ.

Дается обзор современных ГЛ, применяемых в электротермии. Выявлены мировые тенденции в развитии ГЛ (Светлана, EIMO, ABB, SIEMENS, FMllps, Thcmson-CSF): увеличение единичной выходной мощности, увеличение коэффициента усиления, увеличение КПД, увеличение перегрузочной способности, увеличения срока службы и эмиссионной способности катода, подавление термоэмиссии с поверхности сетки.

Ведущие фирмы мира продолжают совершенствовать ГЛ, предназначенные для . применения в промышленных ЛГ, что также

гадтверкдайя атауальность теш работы.

. В результате критического анализа научного и технического гровня в области промышленных ЛГ определены перспективные, шономичныа схемы ЛГ для различных электротермических процессов. Этмечены две мировые тенденции в схемных решениях: зарубежная и этечествеянгя.. Первая - предполагает использование в подавляющем 5олыпинстаа сдаоконтурных схем ЛГ, вторая - как одно-, так и цвухконтуршх с большим предпочтением вторых. Показано, что право за существование имеют обе тенденции, что обусловлено, во многих случаях, экономической, но не технической стороной дела.

Во второй главе рассматриваются "Методы анализа схем ЛГ". Указываются ограничения при анализе и расчете лампы и ЛГ, обусловленные линеаризацией характеристик лампы и использованием аналитических выражений. Предложено при расчете ГЛ и ЛГ использовать вольт-амперные анодные и сеточные характеристики в виде таблиц, что позволяет при любой совокупности значений напряжений на аноде (иа) и сетке (1^) определять значения анодного (1д) и сеточного (1£) токов с _ применением интерполяционных полиномов высокого порядка. Данное положение позволило создать модели ГЛ (триодов и тетродов), компьютерную методику расчета ГЛ, в основу которой положен следующий алгоритм: • 1. Задание коэффициента

2. Подача на лампу анодного и сеточного напряжений

г£(иЛ)=Еа + Еа*£*з1п(и1;)

иг(^)=Ее0 + Еа*С*Р*з1п^+фцаи5), где Е^О- р*£)*Еа0,

р - коэффициент ОС, 1 - частота самовозбуздения, Еа - постоянная составляющая анодного напряжения, Фцаи^ - угол сдвига фаз между напряжениями иа и

3. Определение значений 1а(оЛ) и ) по известным значениям иа(оЛ) и (шг) и характеристикам лампы.

4. Определение полной информации о режиме работы лампы по значениям ^(игИ.^М;). и^оЛ), и^СоЛ) на периоде частоты Г.

Данный алгоритм положен, в основу: компьютерных методик расчета оптимального режима работы лампы (как триода, так и других ГЛ - тетрода, пентода) на заданную мощность, на заданное эквивалентное сопротивление; компьютерной методики расчета нагрузочных характеристик как ГЛ, так и ЛГ; методики поверочного расчета ГЛ. Последняя может быть использована для синтеза

характеристик ламп с повышенными технико-экономическими показателями, а также позволила оценить точность методик расчета ГЛ фирм Phtltpa и ABB и показать, что в ряде случаев ошибка в расчетах по методикам этих фирм составляет 50 -100 %.

В приведенном алгоритме по сравнению с известными Нет необходимости в задании угла эл.град и оперировании

только с синусоидальными формами напряжений на аноде и сетке лампы. Это позволяет учесть реальный сдвиг фаз между напряжениями Ua и Ug, а также рассчитывать лампу с любой формой напряжений , на аноде и сетке (например с любым содержанием высших гармоник), что требует только корректировки соответствующих выражений.

Предлагается, несмотря на известный ГОСТ 21139-75, согласно

которому КПД ЛГ равен

Р - Р Р~

_ _ гвх а _ г~ % -р---р—

вх вх определять полный КПД ЛГ по формуле

т, - Рн тТн - ~Р- •

вх

где Т)а - КПД по аноду лампы, т)н - КЦЦ по нагрузке (полный КПД), Рвх - входная мощность ЛГ (мощность постоянного сока), Ра - потери на аноде лампы, Р~ - колебательная мощность ЛГ, Рн - мощность нагрузки.

Полный КПД ЛГ позволяет отразить потери на сетке лампы, на активном споротивлении гридлика, потери в цепи ОС, потери в контурах. В зависимости от режима работы ЛГ разница в указанных значениях КПД может достигать 10 % в режиме номинальной мощности. Введение полного КЦЦ ЛГ дает возможность определить оптимальный режим работы ЛГ, т.е. режим работы ЛГ с максимальным полным КЦЦ при заданной мощности, передаваемой в нагрузку. Вводится понятие коэффициента напряженности режима работы лампы

iV^amin^gmax '

где UamJn - минимальное значение напряжения на аноде лампы, ügmax ~ максимальное значение напряжения на сетке лампы. Этот коэффициент позволяет в количественной форме отразить известные понятия - граничный, недо- и перенапряженный режимы работы триода. Используя этот коэффициент, значение Egg для расчета лампы определяется как

что дает дополнительную гибкость при расчетах, а также позволяет определить оптимальные режимы работы ГЛ.

Информация, полученная при расчете лампы, дает возможность синтезировать параметры колебательной системы ЛГ по его известной конфигурации. Данный факт нашел отражение в методике расчета ГЛ и его колебательной системы.

Тагам образом, приведенные алгоритмы позволяют рассчитать ГЛ и колебательную систему ЛГ, его нагрузочные характеристики, оптимальные режимы работы ГЛ и ЛГ.

На следующем этапе необходим анализ колебательной системы в частотной области с целью определения вида частотной характеристики (зависимости г=£(о))), ее нулей и полюсов при изменении параметров нагрузки и параметров колебательной системы. Разработана методика, алгоритмы и программное обеспечение для автоматизированногй построения системы уравнений, ее решения с учетом разреженности на основе ■ оптимизации графа системы уравнений с целью минимизации затрат на ее решение.

Показано, что в известных программах анализа электронных схем РБР1СЕ и Шсгосар модель генераторного триода представляется в виде усилителя с коэффициентом усиления, равным коэффициенту усиления лампы, т.е. анодные характеристики лампы линеаризуются. Сеточная цепь при этом не моделируется вовсе. Поэтому значительная часть главы посвящена созданию математического и программного обеспечения для моделирования схем ЛГ.

Рассматриваются методы моделирования схем ЛГ для анализа ИПР и периодических режимов работы. Для ИПР решается задача Коши

= А( X, х )-х + В( х ), где х » О, х(0)=Хо , а для отыскания периодических режимов - краевая задача -|Ц- = А( х + В< X, х ), х(0)=х(Т),

Вводится модель триода, который представляется в виде двух зависимых источников тока, значения которых, как указывалось выше, определяются по анодным и сеточным характеристикам лампы при заданных значениях иа и На больших частотах или при большем уровне колебательной мощности указанная модель должна быть дополнена межэлектродными емкостями лампы.

• Система уравнений для решения обеих задач формируется автоматически по известной топологии схемы. Рассматриваются базис узловых потенциалов и базис переменных состояния. Предпочтение отдается последнему, что объясняется как "физичностью" получаемых

уравнений, так и необходимостью наличия системы обыкновенных дифференциальных уравнений в нормальной форме для анализа устойчивости колебаний в схемах ЛГ с помощью существующего программного обеспечения, например системы AUTO. При анализе ИПР в модели, в'ряде случаев, необходимо иметь ключевые элементы, 'что нашло свое отражение в разработанном программном обеспечении.

Разработан эффективный метод определения моментов коммутации ГЛ (начало-конец протекания анодного и сеточного токов), основанный на интерполяции значений напряжений и токов полиномом второго порядка, что дает увеличение точности определения ' параметров схемы ЛГ и особенно важно при решении краевой задачи. Полученная матрица системы уравнений, описывающая ЛГ на шаге дискретности, упаковывается, что позволяет снизить затраты на ее решение в раз, где т - коэффициент разреженности матрицы.

Приведена классификация методов численцрго . интегрирования СДУ в нормальной форме, которые могут быть использованы для анализа схем ЛГ. Проведено тестирование методов численного интегрирования по критерию "время расчета-точность". Определены наиболее аффективные методы при значительном изменении параметроЕ схем ЛГ и нагрузки: явные - Эйлер-Коши, Рунге-Кутта 4— порядка, неявный метод трапеций, системный метод порядку Отвергнуть многошаговые методы, методы с контролем погрешности на шаге из-зе сложности "разгона" первых после коммутации и увеличения затрат во вторых при практически той же точности, что дают и выбранные методы. Доказано, что при выборе шага интегрирования на основе оценки Гершгорина и евклидовой нормы матрицы имеется существенное увеличение затрат по сравнению с выбором шага на основе следг матрицы. Разработаны комбинированные и адаптивные алгоритм! численного интегрирования для решения задачи Коши. В первых - ш интервалах интегрирования, где л*эмпа находится в непроводящек состоянии, используются заранее • подготовленные рекуррентные ВБфажения на основе либо системного метода, либо неявного метода, Во вторых - производится анализ предыдущего периода расчета nepej расчетом предстоящего и производится анализ предстоящих затрат h¡ интегрирование по следующим выражениям

С = -ущу L 4(n2+2n)+4n ] * m для метода Рунге-Кутта 4-го порядка,

С = ( п3/3 + Зп2 - п/3 )+п2+ -ящх * 2n2 * m для неявного метода трапеций,

- 13 -

О = ( 2n3+ 5n2)+log2( ШЛХ/П )( 2n3+ П2)+[-НщХ - l]n2 для явного системного метода 4~го порядка, где п - размерность матрицы,

m - коэффициент разреженности матрицы,

НМАХ - максимальный шаг интегрирования (обычно определяется исходя из сорока точек на период частоты самовозбуждения), At - интервал интегрирования,

h - начальный шаг интегрирования; для системного метода h<HMAX.

На интервалах, где лампа открыта, применяется только явный метод Рунге-Кутта 4-го порядка.

При решении краевой задачи (использован общий подход решения данной задачи в постановке Keller Н. и др.) определяется сразу же стационарный режим работы ЛГ. Применив формулу трапеций для дискретизации СДУ на периоде стационарного режима, получим САУ ' -(Е + 4-АЦ ))xt+ (Е - -k-A(x2))X2 = -2"(VB2)

-(Е + -|-А(х2))х2+ (Е - -гг-А(Хд))Хд = -|-(В2+В3)

-(Е + -^(xn))xn+ (Е - 4-A(Xn+1))xn+1= 4-(VVl>

_(Е + -£-А(хр))Хр+ (Е - -|-А(х1))х1 = -£-(Вр+В1). Последнее уравнение отражает краевое условие х(0) = х(Т) и придает системе "замкнутый" или "циклический" вид.

А(х) - матрица СДУ, описыващая ЛГ на шаге дискретизации, размерностью т; -

В - вектор внешних воздействий; для схем ЛГ данный вектор составляют источники постоянных анодного и сеточного напряжений, а также зависимые источники анодного и сеточного токов;

х " - вектор переменных состояния;

Е - единичная матрица;

h - шаг дискретизации;

n = 1, 2, ..., Р - номер шага дискретизации.

Данная САУ является системой с нелинейными коэффициентами и для ее решения было разработано программное обеспечение (совместная разработка'автора, Гуревича С.Г., Александровой Т.Д. (ВНИИТВЧ) на основе метода Шермана-Моррисона-Вудбери, учитывающее блочно-диагональную структуру полученной матрицы. Проведено сравнительное исследование алгоритмов традиционных методов и разработанного. Определено, что увеличение размерности правого

углового блока существенно повышает затраты на решение САУ. что требует применения методов дискретизации, меньшего порядка. Отличительной особенностью разработанного подхода является введение в состав неизвестных значения частоты самовозбуждения, которая по своей природе отличается от таких значений как токи и напряжения.

В целях снижения вычислительных затрат разработан алгоритм получения симметричной структуры матрицы САУ. Пусть ЛГ описывается СДУ вида

-Ц£- = А(х> * х + B(t) . ' Продифференцируем данную систему.

= ДСХ) * -Й- + dt2 AW * ^Г + dt •

или

= А2(х) * X + А(х) * B(t) + .

dt Qt Аппроксимация второй производной центрально-разностной схемой

дает

*п-1 - 2 * *п + *п+1 = < а2 * 1 + А * Bn + -ЪГ- > * £

или

Хд^ - ( 2 * Е + А2 * h2 )Xjj + xn+1 = h2 * A * вп + -jj^- * h2. Применение этого выражения для решения краевед задачи дает симметричную структуру матрицы САУ. В случае симметрии матрицы А затраты на решение САУ в краевой задаче - минимальны.

Краевая постановка задачи отыскания периодических . режимов позволила решить задачи параметрического синтеза. Автором сформулированы и поставлены эти задачи. Так для ■ определения значения активного сопротивления нагрузки, в котором' выделяется заданная мощность, необходимо дополнить САУ уравнением

i(y) = -P*T + y*i;u2»Hn = 0, п=1 " "

где Р - заданная мощность, которую необходимо выделить в нагрузке;

Т - период работы схемы; у - проводимость нагрузки R;

Цд - значение напряжения • на нагрузке на n-ом шаге дискретизации Н^

N - количество дискретов на периоде.

Решение единой САУ дает не только искомое значение параметра, но и значения токов и напряжений в схеме,

соответствующие этому сопротивлению. Последний подход шкет быть применен и для определения: экстремальных энергетических показателей, заданных интервалов времени, заданной формы напряжения или тока элементов схемы, заданного типа переходного процесса и др. Основные трудности при этом заключаются в корректном задании дополнительного уравнения, вводимого в САУ, и ее решении, т.к. в большинстве случаев матрица САУ является плохообусловленной.

Необходимо отметить и о развитии перспектив решения краевой задачи применительно к такому объекту как ЛГ с самовозбуждением. Как показывают работы Keller Н., Rlnzel J., Miller R., Doedel E. в области качественной теории дифференциальных уравнений применительно к неэлектротехническим объектам считать полностью законченной данную часть работы было бы преждевременным.

В последнем разделе главы автором предлагаются алгоритмы для совместного моделирования схем ЛГ и нагрузки, проводится их сравнительный анализ. Исходя из возможностей современных персональных компьютеров и наличия математического и программного обеспечений для сепаратного моделирования ЛГ и нагрузки, принят итерационный подход; позволяющий учесть взаимовлияние процессов в схеме ЛГ и нагрузке и тем самым получить на модели адекватные результаты, степень достоверности которых зависит от упрощений, принятых при моделировании нагреваемого изделия. Разработана методика, алгоритм и~ программное обеспечение для совместного моделирования схем ЛГ и нагрузки.

Третья глава посвящена описанию программного обеспечения, созданного на основе разработанных алгоритмов, и доведенного до уровня его использования инженером-разработчиком схем ЛГ. В основу программного обеспечения положены алгоритмы, изложенные в предыдущей главе. Разработанные программы служат для:

TUBE - расчет оптимального режима работы лампы и ЛГ на заданную мощность, а также параметров колебательной системы ЛГ;

• MODE - проверка расчета режимов работы лампы и ЛГ;

LOAD - расчет нагрузочных характеристик лампы и ЛГ;

REQV - расчет ГЛ и ЛГ на заданное сопротивление;

FREQ - расчет частотных характеристик колебательной системы;

HAND_LG - расчет ЛГ при записи системы уравнений "вручную";

KRAY - расчет стационарных периодических режимов схем ЛГ на основе решения краевой задачи (совместная разработка с ВВИИТВЧ);

САУЭП - расчет ИПР и стационарных режимов работы схем ЛГ на основе решения задачи Коши в базисе переменных состояния;

NODE г расчет ИПР и стационарных режимов работы схем ЛГ на основе решения задачи Коши в базисе узловых потенциалов.

Для каздой из программ описывается. необходимый набор исходных данных, приводится протокол выводимой информации.

Наибольшее внимание уделяется системе САУЭП. В систему введены характеристики триодов ГУ-66, ГУ-59, ГК-12, ГУ-58, ГУ-68, ГУ-10, ГУ-83 (Светлана), IT 12-1, ITK 30-2 (ABB), YD 1202, YD 1212, YD 1197 (Philips), а также ГУ-23 при различных значениях напряжения накала и характеристики двух тетродов RS 1212 и ES 1197 '(SIEUEKS). Вводятся уровни моделирования: схемотехнический и функциональный. На первом - моделируются электромагнитные процессы в схеме ЛГ, на втором - производится интерполяция характеристик лампы, происходит автоматизация процесса расчета, например для коммутации ключей в заданный момент времени в целях организации ИПР. Для этих целей система снабжена набором функциональных элементов: анализа . входных сигналов, функциональных преобразований, логических, пользователя, сервиса. Связь двух уровней моделирования производится через описание связей между элементами схемотехнического уровш^ (источники напряжения и тока, резисторы, емкости, индуктивности, взаимоиндуктивности, ключи) и функциональными элементами. На последнем рассчитываемом периоде производится анализ Фурье всех переменных состояния, а также выдаются всевозможные интегральные параметры, характеризующие режим работы лампы и ЛГ, принятые ранее. Создается и файл, дальнейшая обработка которого программой типа Daäisp позволяет графически отразить режим работы ГЛ и элементов ЛГ. Система KRAY по этапу подготовки исходных данных близка системе ■ САУЭП при моделировании схем ЛГ на схемотехническом уровне моделирования. Приводится сравнение программ HAKDJjG, KRAY, САУЭП, NODE. Для расчета ИПР в схемах ЛГ с линейными элементами целесообразно применять сиртему САУЭП, то же, но с нелинейными элементами - систему NODE. Для расчета полей стационарных режимов - систему KRAY. Приводится методика проектирования и анализа схем ЛГ с самовозбуждением, каждый • из этапов которой снабжен вышеуказанным программным обеспечением:

1. Расчет ГЛ и параметров элементов схемы ЛГ.

. 2. Разработка эквивалентных расчетных электрических схем.

3. Описание схемы на входном языке для частотного анализа.

4. Расчет частотных характеристик.

5. Корректировка параметров схемы (переход к п. 4).

6. Описание схемы на входном языке системы анализа во временной области.

7. Расчет режима работы ЛГ во временной области.

8. Анализ полученного режима.

В заключении главы описывается программа совместного анализа схем ЛГ и нагрузки.

Таким образом, создан. эффективный сервисный программно-численный комплекс для прогнозирования поведения схем ЛГ при возникновении статистически неопределенных отклонений параметров нагрузки от расчетных и отклонений параметров колебательной системы от оптимальных.

В четвертой главе приводятся результаты исследований одно- и двухконтурных схем ЛГ с самовозбуждением, работающих в режиме класса "С". В целях оперативности получения результатов и их мобильности оценивается точность . программ TUBE, MODE, LOAD, REQV, в основу которых положен алгоритм, описанный выше, и системы САУЭП, моделирующей процессы в ЛГ по конфигурации его схемы с заданными ц^раметрами. Доказано, • что в режимах близких к граничному и недонапряженному, различие в результатах по. этим двум алгоритмам составляет не более 7%. В то ке время в перенапряженном режиме, а особенно в режимах с отрицательным остаточным напряжением, эта ошибка по отдельным параметрам может составлять 15 %. Данный фзкт объясняется тем, что спектральный состав анодного напряжения при работе ЛГ на низкодобротную, а также изменяющуюся нагрузку, является весьма сложным. Наибольшее влияние высших гармоник сказывается в тот момент времени, когда остаточное напряжение является минимальным, что вызывает изменение, прежде всего, амплитуд анодного и сеточного токов, а затем и остальных интегральных параметров. Увеличение добротности нагрузки уменьшает эту погрешность и при соз ((^=0.01 она составляет 3-7%. Данный вывод позволяет для анализа режимов работы ГЛ и схем ЛГ использовать алгоритм, положенный в основу программ TUBE, MODE, LOAD, REQV, для ускорения получения результатов с целью их обобщения.

- Определены оптимальные режимы работы генераторных триодов ГУ-бб, . ITL 12-1 и др. Под оптимальным режимом работы TJJ

понимается режим с максимальным полным КЦЦ при заданной колебательной мощности. Расчеты проводились при изменении значений ср^^, р (коэффициент ОС), Кр. Так при Р~=60 кВт, Еа=10 кВ, фцаидНБО эл.град, оптимальный режим наблюдается при р=0.13 и Кр=1.1. при этом т)а=87.90Ж, а 1^=84.0855 (учтены потери Ра, на сопротивлении гридлика). Обычно в схемах промышленных ЛГ значение угла срцд^ % 170 эл.град. В этом случае т)а=85.78Ж, а 1^=82.26% для тех же значений р и Кр. Как увеличение, так и уменьшение р и Кр приводит к уменьшению значений КЦД. Выявлено, что характерные режимы работы ГЛ как отечественных, так и зарубежных определяются их совершенством, и доказано, что оптимальным режимом работы современного генераторного триода является недонапряженный режим, а не граничный и слабо перенапряженный, как считалось ранее; выявлены и определены параметры, позволяицие работать в оптимальном режиме, а также указано на параметры влияющие на достижение оптимального режима как самого триода, так и триода в одно- и двухконтурной схемах. Это объясняется тем, что уменьшение, значения, Кр, т.е. увеличение степени напряженности режима, приводит к увеличению провала в импульсе анодного тока, а значит и к падению колебательной мощности. Для ее же сохранения необходимо увеличивать угол отсечки анодного тока, что приводит к увеличению потерь на аноде лампы, а значит и к уменьшению КЦЦ. В оптимальном режиме угол отсечки равен 52.2 эл.град., а не 70-90 эл.град, как указывается сегодня . При этом значение £=0.9492. Для триода 1Т1 12-1 при Рн=10 кВт оптимальное значение 1^=90.45», при Кр=1.1, р=0.13, а при Рн=20 кВт - т^=86.13Ж, Кр=1.1, р=0,1б. В том случае, если имеются потери в колебательной системе, то для лампы оптимальные соотношения указанных коэффициентов остаются прежними. Так для =10 (добротность первого контура) значение 1^=73.335, а для 0^=20 - 1^=63.54*. Т.е. при расчете оптимального режима работы лампы необходимо произвести оценку режимов ее работы и только затем переходить к расчету колебательной системы. Данный подход позволяет еще на предварительном этапе проектирования ЛГ по паспортным данным оценить эффективность работы той или иной ГЛ.

Данные выводы справедливы для ГЛ с традиционными характеристиками. Изменение хода характеристик ГЛ приводит к иным параметрам работы ГЛ, обеспечивающим оптимальный режим.

Расчет оптимального режима ГЛ дает полную информацию для

расчета колебательной системы - цепи ОС, цепи постоянной составляющей сеточного тока. Разработан алгоритм расчета колебательной системы с линейными элементами. В качестве известных переменных используются значения U&1, Ug1, Ia1, Ig1, p, Qoc_(добротность цепи ОС), совфд, Рн, фазовые соотношения токов и напряжений ГЛ, а неизвестных - параметры колебательной системы, конфигурация которой известна. Таким образом, решается "обратная" задача по определению параметров колебательной системы. Трудности при решении таких задач известны: нелинейная САУ, которая является плохообусловленной. Пр?шодится сравнение режимов работы ЛГ по программе TUBE, которая выдает параметры колебательной системы на основе оптимального режима работы ГЛ, и по системе САУЭП, которая моделирует электромагнитные процессы в ЛГ с параметрами, определенными программой TUBE. Оказалось, что при cos <(^=0.01 интегральная ошибка составляет не более 5%. При соз <(^=0.2 эта ошибка увеличилась до 20 %. Т.е. на совпадение результатов большое влияние оказывает добротность нагрузки. Расчет элементов колебательной системы проводился исходя из первых гармоник токов и напряжений, высшие гармоники при этом не учитывались. И если при cos <^=0.01 доли второй, третьей, четвертой0гармоник анодного напряжения составляли 2.5%, 0.8%, 0.6% по отношению к первой, то при соз Фд=0.2 - 7.5%, 2.9%, 1Л% соответственно. Рост высших гармоник при уменьшении добротности нагрузки, опять же, изменял режим работы лампы, а значит и основные энергетические показатели как ГЛ, так и ЛГ.

В чем же причина того, что при расчетах для чисто синусодальных форм напряжений Ua и Ug КПД лампы составляет 85%, а экспериментальные данные и данные, приводимые в справочниках, утверздают, что КОД лампы не может быть более 75% ? Причина этого заключается в особенностях работы ЛГ на низкодобротный контур. Изучены ранее известные диапазоны режимов работы ЛГ и выявлены принципиально различные особенности отдельных режимов, обусловленных работой ГЛ на колебательную систему с низкой добротностью, что вызывает, в случае одноконтурной схемы ЛГ, падение КПД на 5-10% от теоретически возможного из-за сложного спектрального состава анодного напряжения.- Если добротность контура исчисляется сотнями единиц, то доля высших гармоник напряжения в анодном напряжении ничтожна и экспериментальные данные близки расчетным. При работе на технологическую нагрузку

доОротность контура обычно составляет 5 - 100. В атом случае доля высших гармоник.возрастает. Причем их фазовые соотношения такие, что они вызывают начало протекания тока анода при больших значениях Ua, чем при чисто синусоидальной форме анодного напряжения. Это приводит к увеличению потерь на аноде ГЛ и падению значения КПД. В этом случае наблюдается отрицательная роль высших гармоник, приводящих к снижению энергетических показателей ГЛ, а значит и всего ЛГ.

Впервые получены теоретические нагрузочные характеристики ГЛ с различными фазовыми соотношениями между напряжениями на аноде и сетке. Обращает на себя внимание несимметричная форма импульса анодного тока, что увеличивает потери на аноде лампы и снижает КПД. Быстрый расчет нагрузочных характеристик позволяет оценить энергетические показатели ГЛ при ее согласовании с нагрузкой и определить режимы работы ЛГ при изменении нагрузки. Доказано, что изменение сопротивления гридлика от оптимального значения ведет к изменению условий согласования лампы и нагрузки и ухудшает энергетические показатели режима работы ГЛ.

Оптимальный режим работы ГЛ в одноконтурной схеме ЛГ (с учетом потерь в цепи ОС) наблюдается при иных значениях р и Кр. Так для лампы ГУ-бб и РН=60 кВт, Еа=10 кВ, 4^^=180 эл.град. Qoc=15, 0кат=100 (добротность катушки цепи ОС) значения р и L равны 0.12 и 1.35 соответственно. При этом 1^=76.22%, £=0.9492-, 6=55.8 эл.град. Иные 'значения Qoc и Qj^ дают другие оптимальные значения р и Кр. К сожалению, дать единые оптимальные значения р и Кр практически невозможно. Существующие многофункциональные зависимости оптимального режима работы ГЛ от различных параметров и факторов могут быть определены лишь для каждого конкретногр случая на основе разработанного подхода.

Определено влияние добротности цепи ОС и индуктивности цепи ОС на энергетические показатели ЛГ и определены параметры, влияющие на значение угла фазового рассогласования между напряжениями на аноде и сетке. Даны рекомендации по его увеличению до 180 эл.град. В случае Qoc=15 угол Фц^ равен % 170 эл.град, для 0кат=100 при включении катушки цепи ОС между анодом и сеткой. Если же увеличить Qoc до 20, что увеличит угол фц^у, приблизительно до 175 эл.град., то потери в индуктивности цепи ОС составят большую величину, чем дает выигрыш по мощности от увеличения (ftMlJc.. Т.е. действительно значение Q должно

равняться 10-25. Если ate индуктивность цепи ОС расположена между сеткой и катодом, то потери в ней меньше и увеличение О^ дает выигрыш в общей КПД. Однако, последняя схема ЛГ обладает меньшей областью устойчивости при изменении параметров нагрузки, большими трудностями согласования с нагрузкой и большим диапазоном изменения частоты при вариации нагрузки. Определено, что в стандартных схемах ЛГ наибольшее влияние на значение угла фцщ^. а значит и на КПД, оказывает емкость анодного блокировочного конденсатора. Рекомендуется выбирать эту емкость так, чтобы падение напряжения на ней составляло не оолее анодного напряжения. На выбор значения Qoc большое влияние оказывает уход частоты при изменении параметров,нагрузки. Установлены основные принципы реализации цепи ОС для достижения потенциальных возможностей удержания частоты генерации в разрешенном стандартом диапазоне й обеспечения устойчивости автоколебаний в 'зависимости от добротности нагрузки. Показано, что девиация частоты меньше в том случае, если 10C<Ljj в течение всего процесса. Исходя из этого соотношения и следует выбирать значение Qoc, помня, что значение Qqq должно быть не менее 10-15.

Определено и доказано, что внешняя характеристика ЛГ, соответствует. Характеристике источника тока в области режимов, близких к КЗ (сильно недонапряженным).

Для двухконтурных схем появление регулятора мощности позволяет существенно расширить диапазон согласования с нагрузкой, правда, во многих случаях в ущерб КПД. Полечены нагрузочные и внешние характеристики двухконтурных схем при вариации положения регуляторов мощности и ОС и выявлено, что их ход не отличается от аналогичных характеристик одноконтурной схемы при условии параметрического синтеза частотной характеристики таким образом, чтобы ее полюс на самой высокой частоте находился в диапазоне f-2f. Рассчитаны режимы работы ЛГ с дросселем КПД и теоретически подтверждено известное соотношение, полученное Вигдоровичем Ю.Б., для его выбора. В работе показаны и анализируются особенности работы двухконтурных схем ЛГ на низкодобротную нагрузку. Если в однокрнтурных схемах наличие высших гармоник в составе анодного напряжения вызывает уменьшение значения КПД, то использование полигармонического режима в двухконтурных схемах приводит к его увеличению. Еще Колесников A.M. и Фомичез И.Н. указали на такой путь увеличения КПД. Далее

эти работы были развиты другими учеными для ЛГ с независимым возбуждением. Основой предыдущих рекомендаций являлось введение в цепь анода и/или сетки контуров, настроенных на вторую, третью гармоники, что приводило к искажению формы анодного напряжения и повышало КГЩ. В данной работе впервые реализованы бигармонические и полигармонические режимы работы ЛГ с самовозбуждением, работающих в режиме класса "С", .без введения дополнительных контуров ВЧ. Определены и обоснованы условия, обеспечивающие данные режимы: 1) добротность первого контура должна быть равной 4-6, 2) наличие, по крайней мере, двух полюсов частотной характеристики колебательной системы, первый из которых соответствует частоте самовозбуждения, а второй - частоте гармоники, обеспечивающей бигармонический режим . В случае полигармонического режима полюс должен находиться между полюсами, соответствующими высшим гармоникам, обеспечивающим данный режим. При этом значение сопротивления колебательной системы на более высокой частоте должно быть на один-два порядка 'больше, чем на частоте самовозбуждения. Доказано, что увеличение КЦД (на 20 %) возможно как за счет второй, так и третьей,' четвертой, гармоник. Ви- и полигармонические режимы с гармониками выше шестой практически не обеспечивают увеличения КГЩ.

В пятой главе рассматривается практическая реализация современных концепций схем ЛГ. Разработана и обоснована схема ВЧ ИП, содержащего звено средней частоты, для обеспечения произвольно заданной формы огибающей ВЧ напряжения ЛГ, что подтверждается полученными авторскими свидетельствами. Теоретически обосновано и разработано три уровня автоматизации ЛГ - для создания диагностического стенда, для начальной настройки ЛГ, что необходимо при смене индуктора или сортамента нагреваемых изделий, собственно автоматизированный ЛГ. Приводятся характеристики схем ЛГ при вариации анодного напряжения для создания автоматизированного ЛГ. Данные зависимости закладываются в управляющую ЭВМ, которая по сигналам датчиков и предварительно рассчитанным характеристикам в любой момент времени выдает режим работы ЛГ. На втором уровне микро-ЭВМ с введенными в нее характеристиками ЛГ позволяет создавать автоматизированный регулятор для начальной настройки ЛГ, необходимость которой возникает при замене индуктора или сортамента нагреваемых деталей. На третьем уровне - удается поддерживать энергетически

выгодный режим работы ЛГ на протяжении длительного технологического процесса. В качестве датчиков, дающих информацию о работе ЛГ, используются датчики постоянных составляющих анодного и сеточного токов, а также датчик напряжения Е0. Все три уровня автоматизации ЛГ реализованы во ВНИИТВЧ. Разработаны схемы промышленных ЛГ с повышенными технико-экономическими показателями, подтвержденные авторскими свидетельствами. Описываются ЛГ с компенсацией НЧ пульсаций 100, 150, 300 Гц, обусловленные как не симметрией питающего напряшшя, так и схемой выпрямления. Корректирующие цепи, анализируя сигналы на входе ЛГ или на его выходе, обеспечивают необходимый фазовый сдвиг и, воздействуя на цепь гридлика, формируют компенсирующий сигнал, позволяющий значительно повысить качество выходного напряжения ЛГ. Повышение качества регулирования выходных параметров ЛГ возможно и за счет РШ-метода, нашедшего широкое применение в транзисторных генераторах. Рассматривается структура системы управления ЛГ с таким способом стабилизации мощности в нагрузке.

Изучены и реализованы, что нашло' подтверждение в полученных авторских свидетельствах и экспериментальных результатах, ИПР работы схем ЛГ с самовозбуждением при модуляции по цепи сетки. Введены пошйия времени включения, состоящего из времени задержки и времени нарастания, а также времени выключения ЛГ. Выявлены и показаны зависимости времен включения и выключения от различных параметров колебательной системы, скважности и частота НЧ импульсов. Предложено и разработано устройство, переводящее промышленный ЛГ в ИПР (A.c. 1697255). Преимуществами такого способа регулирования являются: точное дозирование мощности, передаваемой в нагрузку, динамическое воздействие на зону обработки, возможность применения неуправляемого выпрямителя. Нарушение условий самовозбуждения производится подачей на сетку лампы отрицательного напряжения. Снятие отрицательного потенциала приводит к самовозбуждению колебаний в схеме. Проведен сравнительный анализ сеточной модуляции и модуляции за счет изменения сопротивления гридлика. Получены на математической модели рекигда прерывистой генерации и• подтверждены известные выводы о возникновении таких режимов при изменении параметров гридлика, что определяет невозможность их применения при работе на изменяюдуюся нагрузку. Исследовано • влияние параметров цепи анодного контура и сеточной цепи на динамические процессы

включения-выключения ЛГ. Доказано, что в номинальном режиме работы ЛГ (режим полной загрузки по мощности) на времена включения-выключения незначительное влияние (5-10)% оказывает 5-10% изменение Нэкв. Qj. ß, La, Lg. Незначительно изменяются эти времена и при искажении анодного напряжения высшими гармониками. Определено значение источника запирающего напряжения, необходимого для прекращения генерации, которое должно равняться £ Egg (в номинальном' режиме). Значительное увеличение этого напряжения существенно не уменьшает времени выключения,, но вызывает перенапряжения в схеме из-за невозможности быстрого рассеивания энергии, запасенной в элементах схемы. Для генератора 60 кВт/О.44 МГц определена максимальная частота модуляции, которая составляет 20 кГц. При частоте 25 кГц и выше ЛГ не успевает выключиться и ЛГ попадает в режим непрерывной передачи мощности в нагрузку с модуляцией последней. .

Установлены основные принципы влияния ИПР работы схем ЛГ на сеть промышленной частоты в зависимости от Кс^в (коэффициент скважности модуляции), частоты ИПР, угла регулирования выпрямителя и мощности "ЛГ. Определены меры по •снижению влияния ИПР на сеть промышленной частоты. Проанализированы четыре серийных ЛГ мощностью 100, 160, 250, 400 кВт с частотой ИПР 50, 500, 5000 Гц и скважностью 1.0, 1.2, 1.3, 1.4, 1.7, 2.0. Получены значения коэффициентов амплитуды, несинусоидальности, искажений для всех режимов как Для сетевого тока, так и для напряжения сети, а также их спектральный состав. Наибольшее влияние на сеть промышленной частоты оказывает установка большей мощности с меньшей частотой ИПР и малым значением коэффициента скважности,, что объясняется значительным уровнем потребляемого тока. При этом как в составе сетевого напряжения, так и тока появляются, наряду с каноническими, неканонические гармоники, амплитуда которых, тем не менее, меньше амплитуды ближайших канонических гармоник. Угол регулирования выпрямителя при ИПР не ухудшает спектральный состав сетевых тока и напряжения. Определено, что для уменьшения влияния ИПР на сеть промышленной частоты, необходимо устанавливать на входе ЛГ (на выходе источника постоянного напряжения) фильтр, в частности конденсатор определенной емкости, который выполняет двоякую функцию: обеспечивает заданный уровень мощности в нагрузке при ИПР и повышает качество сетевых тока и напряжения. Частоту модуляции ИПР следует ограничить 500 Гц, т.к. в этом

случае нет необходимости в установке дополнительных сетевых фильтров неканонических гармоник.

В шестой главе приводятся результаты совместного анализа схем ЛГ и нагрузки, впервые проведен совместный, анализ ЛГ и индукционной нагрузки во всем возможном диапазоне изменения ее параметров и установлены основные принципы реализации потенциальных возможностей при согласовании ЛГ и нагрузки с учетом разрешенного стандартом диапазона изменения частоты генерации. В качестве ЛГ анализировалась одноконтурная схема и ее различные модификации с различными параметрами цепи ОС. Была выбрана типовая технология закалки сплошного цилиндра, длина которого превышает ' длину индуктора, Показано, что раздельное моделирование нагрузки при постоянных значениях напряжения а' частоты приводит к значительной ошибке (20Ж). При совместно?» моделировании выбор параметров ЛГ оказывает существенное влияние на диапазон изменения частоты. Так прй заданных параметрах индукционной системы и <3ос=10 диапазон изменения частоты превосходит разрешенный стандартом. Увеличение же 0ОС до 25 позволяет не только не выйти из разрешенного диапазона частоты, но и повысить эффективность процесса. Совместный расчет позволил выбрать в?. только максимально. лучшие условия согласования нагрузки и ЛГ, но и не нарушить устойчивость ЛГ по амплитуде при изменении нагрузки. Подтверждены выводы главы 1 о взаимном влиянии параметров нагрузки и параметров колебательной системы ЛГ и определены основные ошибки в приводимых до сих пор данных па расчету электротехнолсгяческих устройств без учета ЛГ. Выявлено, что приводимые экспериментальные данные по характеру изменения эквивалентных параметров индукционной системы косвенно учитывают и параметры схемы ЛГ и не могут быть обобщены на ту же схему ЛГ, но с другими параметрами, и тем более, на другие схемные решения ЛГ. Подтверждены выводы главы 4 по выбору оптимального режима работы ЛГ, по выбору параметров цепи ОС в зависимости от добротности нагрузки, по выбору значения анодного разделительного конденсатора и т.д. при работе на реально изменяющуюся нагрузку. Доказано, что ЛГ, работающий в полигармоническом режиме на реальную ■ нагрузку, обеспечивает более эффективную работу по сравнению с другими схемами ЛГ, работающими в классических режимах. Определена область применимости упрощенной модели ЛГ при совместном анализе с. индукционной нагрузкой.

- 26 -

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, диссертационная работа представляет собой теоретическое обобщение и решение значительной научной проблемы, заключающейся в дальнейшем развитии, разработке и исследовании промышленных схем ЛГ с самовозбуждением, работающих в режиме класса "С". Эти ЛГ эффективны при работе на быстроизменяющуюся нагрузку в широком диапазоне изменения ее параметров, имеют' увеличенный КЦЦ, повышенную стабильность выходных параметров в разрешенном стандартом диапазоне изменения выходной частоты, повышенную устойчивость в работе при рекомендованных условиях согласования и выбора режима работы как ГЛ, так и параметров колебательной системы. Эти проблемы имеют важное народохозяй-ственное значение, т.к. их решение открывает пути разработки и практической реализации промышленных ЛГ широкого применения, повышающих эффективность работы электротехнологических установок и достижимость электротехнологических процессов.

Основные результаты работы сводятся к следующим:

1. Разработана и реализована метод™а совместного моделирования ЛГ и нагрузки, позволяющая выбрать эффективные условия согласования и оценить устойчивость работы системы ЛГ-нагрузка.

2. Обоснована необходимость существенного уточнения квазилинейной теории самовозбуждения в ламповых генераторах.

'3. Разработана теория ЛГ промышленного назначения, имеющих низкодобротную колебательную систему, что качественно и количественно отличается от работы радиопередающих устройств:

а) обоснована работа ЛГ на низкодобротный колебательный контур и показано влияние такой колебательной системы на КПД ЛГ*';

б) выявлено влияние высших гармоник на энергетические показатели работы схем ЛГ;

в) определены оптимальные режимы работы современных ГЛ и параметры элементов колебательной системы, обеспечивающие такие режимы. Даны рекоменадции по выбору этих параметров в зависимости от типа нагрузки с учетом заданного диапазона изменения частоты;

г) сформулированы условия перевода ЛГ с самовозбуждением, работающего в режиме класса "С", в би- и полигармонический режимы работы, что позволяет снизить потери на аноде ГЛ при сохранении колебательной мощности и увеличить КПД на 20 %.

4. Разработана методика определения реальных форм

генерируемых токов и напряжений в ЛГ, что позволило определить с большой точностью величину генерируемой частоты при самовозбуждении в схемах генераторов большой мощности и получить действительные значения мощностей рассеяния на электродах лампы.

5. Разработана компьютерная методика расчета ГЛ и колебательной системы на заданную мощность, методика упрощённого расчета нагрузочных характеристик лампы и ЛГ, работающего в режиме класса "С", методика расчета ГЛ- и ЛГ на заданное эквивалентное сопротивление.

6. Разработана и реализована методика Чзроектирования схем ЛГ, содержащая методики расчета лампы и колебательной системы, анализа ЛГ в частотной и временной областях, расчета нагрузочных характеристик ЛГ в целях оптимального согласования с технологическим звеном. Для всех ее этапов разработано программное обеспечение.

7. Использован метод решения краевой задачи и разработан метод параметрического синтеза на ее основе, применительно к схемам ЛГ с самовозбуждением.

8. Исследована работа схем ЛГ с самовозбуждением в ИПР и определено влияние параметров колебательной системы .на временные характеристики данных режимов,, оценено влияние ИПР на сеть промышленной частоты.

Выводы работы могут быть распространены и на более высокий частоты. Методика совместного расчета ЛГ и нагрузки справедлива й для ИП диапазона диэлектрического нагрева.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Блинов Ю.И., Васильев A.C., Дзлиев C.B. Моделирование на ЦВМ преобразователей со сложной системой управления// Вопросы преобразовательной техники и частотного электропривода / Саратовский политехи, ин-т. - Саратов, 1982.- С. 36-45.

2. Блинов Ю.И., Сазонов Л.В., Яблонская О.П. Анализ режимов работы ламповых генераторов для электротехнологий с применением ЭЦВМ// Изв. вузов СССР. Электромеханика. - 1984.-й 9.- С. 93-97.

3. Блинов Ю.И. Сравнение методов численного интегрирования при моделировании 'вентильных преобразователей/Ленингр. электрОтехн. ин.-т.-Л., 1985.-37с.-Деп. в Информэлектро 25.09.85,

* 410-эт.

4. Проектирование статических, преобразователей частоты с использованием ЭВМ /A.C. Васильев, Ю.И. Блинов, Г.И. Дорофеев и др.: Учеб. пособие/ - Л., ЛЭТИ, 1986.-80с.

5. Машинные методы расчета и оценки режимов работы ламповых генераторов для электротехнологий/А.С. Васильев, Ю.И. Блинов, Л.В. Сазонов и др.// Применение ТВЧ в электротермии : Тез. докл. Всесоюз.конф., -. 15-17. апр., 1986. - М.: Информэлектро, 1986.-' С.96-97.

6. Блинов Ю.И., Журавлев Б.В., Пейсахович Л.В. Анализ частотных свойств схем источников питания для электротехнологических устройств// Полупроводниковые приборы и преобразовательные устройства. Проектирование, расчет, моделирование: Межвуз. сб. науч.тр./ Мордовский гос. ун-т.-Саранск, 1986.-С.47-52.

7. Блинов Ю.И., Коган Б.В., Яблонская О.П. Импульсные режимы работы схем ламповых генераторов//Оптимизация характеристик электрических машин и электротехнологических устройств о применением ЭВМ : Сб. яауч. тр. Изв. Лешшгр. электротехн. ин-та им.В.И.Ульянова (Ленина); Вып. 373.-Л.,1986.-С.73-76.

8. Система автоматизированного исследования высокочастотных источников питания для электротехнологий /A.C. Васильев, Ю.И. Блинов, Л.В. Сазонов и др. // Техническая электродинамика.- Киев, 1,986.- * 5.-С.86-92. •

9. Методы анализа и управления ламповых генераторов для электротермии/ А.С.Васильев, Ю.И.Блинов, Б.В. Коган и др.//Электротехника.- 1987. - * 8. - С.33-36.

10. Блинов Ю.И., Васильев A.C. Выбор базиса формирования математической модели мощных источников питания// Техническая электродинамика.- Киев, 1987. - Je 3.-С.89-94.

11. Методы получения характеристик ламповых генераторов для электротехнологий /А.С.Васильев, Ю.И.Блинов, Б.В.Коган' и др.// Исследование электротехнических и электротехнологических устройств: Сб. науч. тр. Изв. Ленингр. электротехн. ин-та им.В.И.Ульянова (Ленина); Вып. 382.-Л.,1987.-0.94-98.

12. Васильев A.C., Блинов Ю.И., Каргальцев A.M. Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине "Источники питания электротермических установок". - Л.:ЛЭТИ, 1988.-24 с.

13. Автоматизация выбора оптимальных режимов работы ламповых

генераторов/А.С. Васильев, Ю.И. Блинов, В.В. Вологдин и др. // Новая высокочастотная техника для машиностроительного производства :Сб. науч. тр. ВНИИЭТО. - М. :Энергоатомиздат, 1988,-С. 57-61.

44. Определение стационарных режимов вентильных преобразователей /A.C. Васильев, Ю.И. Блинов, С.Г. Гуревич и др. //Электричество. - 1988. - Л В. - С.35-40.

15. Блинов Ю.И., Васильев A.C. Источники питания электротермических установок : Уч. пособие. - Л., 1989, - 54с.

16. Моделирование источников питания электротермических установок / Васильев A.C., Блинов Ю.И., Дзлиев C.B. и др. // Математическое моделирование ,.в электротермии: Тез. докл. Межд. семинар., Ленинград.,. - 23-26 июня, 1989. - Л., 1989.

17. Блинов Ю.И. Параметрический синтез устройств электропитания /Ленингр. электротехн. ин.-т.-Л., 1989.-10 с. -Деп. в Информэлектро 25.09.89, Л 207-эт.

18. Блинов Ю.И., Мальков H.H., Яблонская О.П. Повышение технико-экономических показателей -ЛГ// Исследование и расчет характеристик электротехнологических устройств и преобразователей энергии: Сб.' науч. тр. Изв. Ленингр. электротехн. ин-та им.В.И.Ульенова (Ленина); Вып. 417.-Л., 1989.-С.32-36.

19. Особенности работы схем ламповых генераторов на расстроенный контур/А.С. Васильев, Ю.И. Блинов, H.H. Мальков й др.// Исследование электротехнических и электротехнологических устройств и преобразователей энергии: Сб. науч. тр. Изв..Ленингр. электротехн. ин-та им.В.И.Ульянова (Ленина); Вып. 424.-Л.,

1990.-С.58-62.

20. Васильев A.C. Ламповые генераторы для высокочастотного нагрева. - Л.: Машиностроение, 1990.-78с.- [Гл. 1,5,7 нап. совм. с Блиновым Ю.И.].

21. Васильев A.C., Блинов Ю.И., Мальков H.H. Энергетические показатели ламповых генераторов, работающих на расстроенный контур// Применение ГВЧ в электротехнологии: Тез. докл. XI Всесоюз. науч.-техн. конф., Ленинград., - сентябрь 1991.-Л.,

1991.-4.1 - С.78-79.

22. Bllnov Yu., Vas11ley A., Gurevlch S. Steady-State Analysis or Power Converters: 4— European Coni. on Power Electronics & Applications, 5-9 September, 1991, Florence (Italy)//Proceedings of EPE'91.- Vol.4.-P.515-519.

- 30 -

23. Methods ol modelling of vacuum-tube oscillators In range frequency 1-4-0(80) MHz/ Vaslllev A.S., Blinov Yu.I., Gurevlch S.G., Alexandrova T.D.//Proceedings ol Int. Congress Microwave and High Frequency, 24-27 October, 1991, Nice (France).-P.177-180.

24. BllnovYu., Dughlero F., Lupl S. Influence on the frequency converter characteristics of the Inductor-load Impedance variations ,in the Induction heating of steel:Int.Conf. on Power Electronics and Electrical Drives, September 14-16, 1992, Koslce (CSFR)//Proceedlngs of EDR£PE'92. - P.233-235.

25. Влияние изменения параметров нагрузки на работу лампового генератора /А.С.Васильев, Ю.И.Блинов, Н.Н.Мальков и др.// Электротехнологические-и электромеханические устройства и преобразователи энергии:Сб.науч.тр. Изв. С.-Петерб. электротехн. ин.-та им.В.И.Ульянова (Ленина); Вш.451.-СПб., 1992. - С.84-90.

26. Blinov Yu. Calculation of vacuum-tube modes operating under the claas-C conditionsConf. Microwave and High Frequency, 28-30 September, 1993, Goteborg (Sweden)// Proceedings of MW&HF'93 - no.5:1. ' -,

27. Dielectric heating of grain crops for presowing process / Yu. Blinov, M. Arhlpov, В Kogan, B. Kachanov, A. Vaslllev:Int. Conf. Microwave and High Frequency, 28-30 September, 1993,' Gotebprg (Sweden)// Proceedings of MW&HF'93. - no.5:5.

28. Influence of high frequency power supplies under analysis of thermal deformation in the electrotechnologlcal processes with high, level of specific power/Yu. Blinov, V. Fedorova , В Kogan, B. Kachanov: Int. Conf. Scientific problems of high frequency electrotechnology (Innovation, energy saving, environmental protection), 28-30 June, 1994, St.Petersburg (Russia)// Proceedings of Conf. - P.135-140. i

29. Blinov Yu. Blhannonlcal and polyharmonical modes of Industrial vacuum-tube generators: Int. Conf. Scientific problems of high frequency electrotechnology (Innovation, energy saving, environmental protection), 28-30 June, 1994, St.Petersburg (Russia)// Proceedings of Conf. - P.192-202.

30. Blinov Yu., Dughlero F., lupl S. Mutual Influence Between Load and Frequency Converter In thé Induction Heating of Steel : 21-th Int. Conf. on Industrial Electronics, Control and Instrumentation, 5-9 September, 1994, Bologna (Italy)//

Proceedings oi IECON'94. - P.679-683.

31. Сопряженные процессы при высокочастотном электромагнитном воздействии на вещество/Блинов Ю.И., Качанов Б.Я., Коган Б.В. и др.: 1-ая Межд. конф. по электромеханике и электротехнологии МККЭ-94, 13-16 сент. 1994, Суздаль//Тез.докл., ч.1. - С.159.

32. Bllnot Yu., Kachanov В., Kogan В. Network currents and voltages under pulse-periodic modes of power electrotechnological installations: Third Int. CmT. on Ровег Quality : End-tlse applications and perspectives, 24-27 October, »994, Amsterdam (Netherlands)// Proceedings -oi PQA'94.- no.£5:!0.

33. A.c. 1555798 СССР, МКЙ4 H03 В 5/22. Ламповый генератор / A.C. Васильев, Ю.И. Блинов, H.H. Мальков, Я. В. Сазонов (СССР). -Й4335891 /24-09; Заявл. 01.12.87. ОпуОЛ. 0Т.04.90, Бнхл. й 13.-4с.

34. A.c. 1646038 СССР, fffllT НОЗ В 5/10. Ламповый генератор / A.C. Васильев, Ю.И. Блинов, H.H. Иальков(СССР).-Й 4452605/09; Заявл. 29.05.88; Опубл. 30.04.91, Бая. -Та 16.-4с.

35. A.c. 1646039 СССР, JOT4 ШЗ В 5/10, Н05 В 6/06. Ламповый генератор/А.С. Васильев, Ю.И.. Блинов, H.H. Мальков, Б.В.Коган(СССР). -Л 4457470/09; $аявл. 06.07.88; Опубл. 30.04.91, Бюл.7й 16.- 4с.

36. A.c. 1653124 СССР, МКИ4 НОЗ В 5/10. Ламповый генератор/А.С. Васильев, Ю.И. Блинов, H.H. Мальков(СССР).-Й 4453135/09; Заявл. 29.06.88; Опубл. 30.05.91. Бюл. Ä 20.-4с.

37. A.c. 1697255 СССР, МКИ4 НОЗ В11/00 Генератор радиоимпульсов/Ю.И. Блинов, Б.В. Коган, Б.Я. Качанов, А.СГ/ Васильев, A.B. Петроз(СССР). -й 4420538/09; Заявл.03.05.88; Опубл.07.12.91, Бкш. Л 45. 4с.

38. Блинов Ю.И., Сазонов Л.В., Яблонская О.П. Программа решения дифференциальных уравнений системным методом для анализа источников питания/ЛЭТИ юл.В.И.Ульянова (Ленина).-ГосФАП; Ийв. й 5087.0000613.- 1987 . 32с. //Алгоритмы' и программы: Информ.бш./ВНИИЦентр.- 1987.- Л 11.- с.8.

39. Блинов Ю.И., Каргальцев A.M., Мальков H.H. Программа расчета мощного электронного генератора/ЛЭТИ им.В.И.Ульянова (Ленина).-ГосФАП; Инв. Л 5087.0001658.- 1988. 39с.//Алгоритмы и программы: Информ.бюл'./ВНИИЦентр.- 1988.- & 8.- с.11.

40. Блинов Ю.И., Коган Б.В., Яблонская О.П. Программа решения систем линейных алгебраических уравнений для анализа источников питания/ЛЭТИ им.В.И.Ульянова (Ленина).-ГосФАП; Инв. J6

5088.0000581.- 1988. 28с.//Алгоритмы и программы: Информ.бюл./БШШЦентр.- 1988.- й 1.- с.9.

41. Александрова Т.Д., Блинов Ю.И., Цейсахович Л.В. Программа решения систем линейных алгебраических уравнений для периодической краевой задачи/ВНИИ токов высокой частоты. ГосФАП; Инв. Л 5088.ОООГГГ4.-1988. - 35с.// Алгоритмы и программы: Информ. бюл./ВНИЩентр. -1?89.- J6 3, С.8.

42. Блинов D.H.,, Коган Б.В.', Яблонская О.П. Программа' интегрирования дифференциальных уравнений явно-неявным методом для анализа источников питания /ЛЭТИ им,В.И.Ульянова (Лешша).-ГосФАП; Инв. JS 5089.0000585.- 1990. 45с.//Алгоритмы и программы: Информ.бюл./ВНИИЦентр.- 1990.- * 2.- с.Т.

43. Блинов Ю.И., Яблонская О.П. Адаптивный блок интегрирования для анализа источников питания /ЛЭТИ им.В.И.Ульянова (Ленина).-ГосФАП; Инв. * 5089.0001005.- 1^90. 46с.//Алгоритмы и программы: Информ.бюл./ВНИИЦентр.- 1990,- J6 4.-с.12.

Подписано в печать 30.01.95 Формат 60 х 84 1/16. Офсетная печать. Печ.л. 2,0; уч.-изд. л. 2,0. Тираж 100 экз. Зак.

Ротапринт МГП "Поликом" 197376, Санкт-Петербург, ул.Цроф.Попова, 5