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1.波形整形用同調回路の計算

下図は、昭和 40 年 11 月の実測データ(複調式アンテナ方式)を参考として、筆者が一部修正した高周波回路です。

高周波回路ー1.jpg

以下に、回路定数の計算根拠を記します。

a) f 1 同調回路 Lp と Cp

発電機から派生する不要な周波数成分を除去します。 ( f1 = 9,190 Hz )

   同調条件は、2π x f 1 x Lp = 1 / ( 2π x f 1 x Cp )  Lp = 38 μH  Cp = 7.9 μF  f 1 = 9,190 Hz

  XLp = 2π x 9190 x 38 x 10 -6 = 2.2 Ω

  XCp = 1 / ( 2π x 9190 x 7.9 x 10 -6 ) = 2.2 Ω

b) f 0 同調回路 ( Lp + La + Lt ) と Ca

発電機出力の基本波 ( f0 = 5,814 Hz ) に同調させて、トリプラー内の基本波電圧を最適値にします。( f0 = 5,814 Hz )

  同調条件は、2π x f 0 x ( Lp + La + Lt ) = 1 / ( 2π x f 0 x Ca )  Lp = 38 μH  La = 168 μH Lt = 445 μH Ca = 1.165 μF  f 0 = 5,814 Hz

  XLp = 2π x 5814 x 38 x 10 -6 = 1.4 Ω

  XLa = 2π x 5814 x 168 x 10 -6 = 6.1 Ω

  XLt = 2π x 5814 x 445 x 10 -6 = 16.2 Ω

  XCa = 1 / ( 2π x 5814 x 1.165 x 10 -6 ) = 23.7 Ω

c) f 2 同調回路 ( Lb + Lc ) と ( Cb + Cc )

トリプラーから派生する不要な第5高調波成分を除去します。 ( f 2 = 29,070 Hz )

   同調条件は、2π x f 2 x ( Lb + Lc ) = 1 / [ 2π x f 2 x { ( Cb x Cc ) / ( Cb + Cc ) } ]  Lb = 338 μH Lc = 124 μH Cb = 0.1876 μF Cc = 0.10 μF f 2 = 29,070 Hz

  XLb = 2π x 29070 x 338 x 10 -6 = 61.7 Ω

  XLc = 2π x 29070 x 124 x 10 -6 = 22.6 Ω

  C = ( Cb x Cc ) / ( Cb + Cc ) = ( 0.1876 x 0.1 ) / ( 0.1876 + 0.1 ) = 0.065 μF

  XC = 1 / ( 2π x 29070 x 0.065 x 10 -6 ) = 84.3 Ω

 

d) f 3 同調回路 ( Lb + Lo ) と Cb

目的とする送信周波数 に同調させて、出力結合コイルの電圧を最適値にします。( f 3 = 17,442 Hz )

   同調条件は、2π x f 3 x ( Lb + Lo ) = 1 / ( 2π x f 3 x Cb )  Lb = 338 μH  Lo = 108 μH  Cb = 0.1876 μF f 3 = 17,442 Hz

  XLb = 2π x 17442 x 338 x 10 -6 = 37.0 Ω

  XLo = 2π x 17442 x 108 x 10 -6 = 11.8 Ω

  XCb = 1 / ( 2π x 17442 x 0.1876 x 10 -6 ) = 48.8 Ω

高周波回路ー2.jpg

上図は、回路内の高調波循環状態を説明するものです。

ノイズ」は、高周波発電機の歯型形状から誘起する波形には、僅かながら高次高調波を含みますので、これを除去する回路です。

基本波」は、5,814 Hz のサイン波を共振させてトリプラーに供給する回路です。

アンテナ回路が接続された状態では、抵抗負荷がありますので、全体に大きな電流が流れます。

第3高調波」は、トリプラー内の磁気飽和によって180度遅れた歪み波形の電流を、第3高調波に共振させることで、約32%含まれている第3高調波成分を分離する回路です。

この電流がアンテナ出力回路へ供給されます。

第5高調波」は、第3高調波の同調回路をくぐり抜けた約5%の第5高調波成分を除去する回路です。

高周波回路ー3.jpg

上図は、コイルとコンデンサに誘起する電圧を計算した説明図です。

共振回路を形成すると、電圧にピーク値が発生します。

この値は、周波数と回路の電流値によって異なります。

そこで、最も電圧が高くなる条件から、コンデンサを直列接続(串型接続)して許容電圧値を高めていました。

以下に、その計算根拠を記します。

Cp : ノイズ電圧分が1%含まれるとして、8 Aの無効電流が流れて、約 30 V 上昇して 1,600 V 。

Ca : 基本波 5,814 Hz により、コンデンサの等価リアクタンスが 23.8 Ω となり、320 A で 7,600 V 。

La : 等価インピーダンスが 6.1 Ω となり、320 A で 1,950 V 。

Lt : トリプラーのメインコイルであり、等価リアクタンスが 16.2 Ω となり、320 A で 5,200 V 。

この 5,200 V は、発電機の出力電圧の3.2倍となっています。

これは、トリプラーの出力波形には32%の第3高調波が含まれており、この第3高調波の電圧と同等値として変換効率を最大にしています。

Lb : 第3高調波 17,442 Hz により、コイルの等価リアクタンスが 32.4 Ωとなり、電流値 280 A で9,070 V 。

この 280 A は、トリプラー出力の歪み波形に約32%含まれている第3高調波成分による電流値です。

トリプラーでの損失電力相当分の 50 A を差し引いた値と一致しています。

Cb : 第3高調波に対する等価リアクタンスが 48.7 Ωとなり、電流値 280 A で13,640 V 。

Lo : 第3高調波に対する等価リアクタンスが 11.8 Ωとなり、電流値 280 A で3,300 V 。

Cc Lc は、第5高調波をバイパスするもので、含有率を5%と推定した値です。



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初版日時: 2018-05-11 (金) 14:08:58
最終更新: 2018-08-02 (木) 08:20:14 (JST) (19d) by hikoichi