Костырев, М. Л.

Скороспешкин, Алексей Иванович

Фельзинг, А. П.

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

И З В Е С Т И ЯТОМСКОГО О РДЕН А  ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМ ЕН ИПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИ РО В АТ о м  1 7 2 1967И С С Л Е Д О В А Н И Е  Р Е В Е Р С И В Н О Г О  ЭМ У П Е Р Е М Е Н Н О Г О  Т О К АА. И. СКОРОСПЕШКИН, М. Л. КОСТЫРЕВ, А. П. ФЕЛЬЗИНГ(Рекомендована семинаром кафедр электрических машин и общейэлектротехники )В автом ати ке  ш ироко расп ростран ен а  система коллекторны й элек- тром аш инньій  усилитель  — д ви гател ь  постоянного тока  (Э М У -Д П Т ).  С ущ ественны й недостаток такой  системы — наличие двух  коллекторов , что иногда неж елательно , а в некоторы х сл учаях  (ж есткие  треб ован и я  к уровню  радиопом ех  и др.) вообщ е недопустимо.В этом отношении преим ущ ество  находится  на стороне б е ск о л л е к ­торны х эл ек тром аш и н н ы х  усилителей. О д н ако  следует отметить, что в технической л и тер ату р е  почти соверш енно отсутствую т сведения по во ­просам  теории, проектирования, исследования характеристик . И м ею тся  л и ш ь  некоторые схемные реш ения [1].Н ам и  спроектирована , изготовлена  и исследована  м одель бескол- лекторного  реверсивного  д вухф азн ого  ЭМ У  с вы ходом на повыш енной нерегулируем ой  частоте. В настоящ ей  статье  приводятся  некоторы е р е ­зу л ь т а т ы  исследования, касаю щ и еся  использования обратного  си нхрон­ного поля (о. с. п.) и выходного  напряж ен и я .Н а  рис. 1 приведена  схема усилителя , п оясн яю щ ая  принцип его работы . С хем а состоит из трех  каскадов :  1) синхронного ген ератораоб ращ ен н ого  типа, 2) асинхронного  п р е о б р азо в а те л я  частоты, 3) одно­ф азн о го  синхронного генератора . Все три к а с к а д а ,  либо д в а  из них,* 1 « f i ä LРис. 1. Схема реверсивного двухфазного усилителя переменного тока.219могут быть объединены  в одном м агнитопроводе  при вы полнении у с л о ­вий совм ещ ения [2].Р а б о т у  усилителя  м ож но  пояснить следую щ им  образом .П ри  подаче  сигн ала  на обм отку  у п равл ен и я  ОУ в обмотке р отора  W pi наводится  э. д. с. E 1 с частотойfl =  Px * Пр, (1)где рі — число пар полю сов первого к а с к а д а ,Пір — скорость в ращ ен и я  ротора.П о обм отке  ротора  W ip2, подклю ченной к W p l , потечет перем енны й ток, создаю щ ий  поле, вр а щ а ю щ е е с я  относительно статора  со скоростьюпс — пр ±  ~р~°’здесь р2 — число пар  полюсов второго к а с к а д а .З н а к  ( +  ) относится к случаю , когда  ротор и поле второго к а с к а д а  вр а щ а ю т с я  согласно  (наиболее  целесообразны й  р е ж и м ) ,  зн а к  ( —) —  встречно.От потока второго к а с к а д а  в вы ходной обм отке наводится  э. д. с. E 2 с частотойÎ В Ы Х =  Р2 -Пс = ( р 2± Р і)П р .  (3)Д л я  увеличения ж есткости  внеш них х а р актер и сти к  второго к а с к а ­д а  прим еняется  п о л о ж и тел ьн ая  о б р а тн а я  связь  по току, о с у щ е ст в л я ­ем ая  при помощ и тр а н с ф о р м а то р а  тока  ( T T ) , б л о ка  у п р а в л я е м ы х  вен ­тилей (В) й ком пенсационной обмотки  (O K ).Третий к а с к а д  п р е д ставл яет  собой обычный одноф азны й  синхрон­ный генератор. П ричем , чтобы на вы ходе его получить э. д. с. той ж е  частоты, что и на вы ходе второго к а с к а д а ,  необходимо вы полнить  с л е ­д ую щ ее условие:рз =  рі +  р 2 , (4 )где рз — число пар  полю сов третьего кас к а д а .В озб уж д ен и е  ген ератора  м ож ет  быть вы полнено от первого к а с к а ­д а  через вы прям ители  [1]. Если  ж е  по условиям  работы  регул и руем ого  двухф азн ого  д ви гател я ,  подклю ченного  к вы ходу усилителя , требуется  осущ ествлять  часты й и быстры й реверс, то лучш е третий к а с к а д  вы п о л ­нить с сам овозбуж д ением .Д л я  обеспечения сам о в о зб у ж д ен и я  и увеличения ж есткости  вн е ш ­ней характери сти ки  третьего к а с к а д а  используется обратное  си н х р о н ­ное поле (о. с. п.) и емкость, вк л ю ч а е м ая  на вы ходе третьего к а с к а д а .  В этом случае  на роторе у к л а д ы в а е тс я  сп ец и ал ьн ая  обм отка  по п о п е ­речной оси W q, которая  за м ы к а ет с я  через д вухполупериодны й в ы п р я ­м итель на обмотку  W d, располож енную  по продольной оси. П р о т е к а ю ­щий по обм отке W a переменный ток о к а зы в а е т  хорош ее д е м п ф и р у ю щ е е  действие на о. с. п. по поперечной оси. По обм отке W fi протекает  по­стоянный ток, создаю щ ий  поток возб уж д ен и я  генератора .А м плитуда  первой гарм оники  н. с. обмотки W fi м ож ет  быть п ри­нята  по [3]P  п . с  Ib3 ’ W 'b8 W 'd ■F d =  0 , 4 5 -  ггг-,, (5)Рз W qгдеW ' B3 — число витков выходной обмотки  с учетом об м оточно­го коэф ф ициента ,W 'd и W'q — числа витков продольной и поперечной обм оток  ро­тора  третьего к а с к а д а  с учетом обмоточны х к о э ф ф и ­циентов.220И з м е н я я  отнош ение  -т.т- ,  м о ж н о  получить  внеш ние  х а р а к т е р и с т и к иWqр а зл и ч н о й  степени ж есткости .Т р е б у е м а я  н. с. в о зб у ж д е н и я  с учетом  емкости.F .  =  F c +  F d =  0 ,45  J Ä L  j ' j  +  Ä J .  (6)зд е с ь  Ic —  ток, п р о те к а ю щ и й  ч ерез  емкость.В ел и ч и н а  ем кости  в ы б и р ае т ся  из усл ови я  ком пенсации  и н д у к ти в ­ной с о с та в л я ю щ е й  ток а  нагрузки , л и б о  из у сл ови я  доп усти м ы х  потерь  в  вы ходной  об м отке  W 'B3 при чисто ем костной  нагрузке .Ч тоб ы  исклю чить  в о зм о ж н ы е  ко л е б ан и я  вы ходного  н а п р я ж е н и я  вівиду н екоторого  ріазброіса п а р а м е т р о в  емкости, м агнитную  цепь гене­р а т о р а  след ует  вы полнить  с н асы щ ением .Д л я  обеспечения га р а н ти р о в а н н о го  с а м о в о зб у ж д е н и я  и устой ч и ­вой ф а зы  вы ходного  н а п р я ж е н и я  в середину  п а к е та  р о то р а  з а п р е с с о ­в а н а  м агн и т н а я  зв е зд о ч к а ,  з а н и м а ю щ а я  (8— 10)%  о б ъ е м а  пакета .С х е м а  уси л и тел я  ревер си вн а , т а к  к а к  при смене п ол ярн ости  с и гн а ­л а  у п р а в л е н и я  ф а з а  вы ходного  н а п р я ж е н и я  второго  к а с к а д а  и зм ен и т ­ся  на 180°, в то врем я  к а к  ф а з а  вы ходного  н а п р я ж е н и я  третьего  к а с к а ­д а  остается  без изм енения. Р е гу л и р у е м ы й  д в у х к а с к а д н ы й  асинхронны й  д в и г а т е л ь  и зм ен и т  н а п р а в л е н и е  в р а щ е н и я ,  т. е. прои зой д ет  его реверс.О сн о в н ая  особенность  при р аб о те  у си л и тел я  на  о д н о ф а зн у ю  н а ­грузку  за к л ю ч а е т с я  в наличии  о. с. п. У стройство  на роторе  с п е ц и а л ь ­ной д ем п ф ер н о й  обм отки  не д а е т  н уж н ого  э ф ф е к та ,  т а к  к а к  и п р ям о е  поле  т а к ж е  в р а щ а е т с я  относительно  ротора.И с с л е д о в а н и я  п р овод и л и сь  на м одели  тр е х ф а зн о го  Э М У  п е р е м е н ­ного тока , р а б о та ю щ е го  на о д н о ф а зн у ю  нагрузку .Д а н н ы е  м одели:P h =  480  вт, п р == 50  о б /с е к ,  U h =  127 в, 2рх =  2, fBbIX =  200 гц ,2 р 3 =  6.О. с. п., в р а щ а я с ь  относительно  ро то р а  со скоростьюn  P  o c i U  +  п р =  ^  =  -  +  I  ^ n p l ,  (7)н а во д и т  в роторной  о б м отке  W p2 э. д. с. E 0 о с п  с частотойIpocn=  (2 р 2 +  р і )п р  =  350 гц, (8)ко т о р ая  н а к л а д ы в а е т с я  на основную  э. д. с. ротора  E n и в ы зы в а е т  п е ­р е н а п р я ж е н и я .  П осл ед н и е  со с та в л я ю т  80— 90%  от ам п л и ту д ы  о с н о в н о ­го н а п р я ж е н и я  ротора.;  Это необходим о  у ч и ты в ать  при вы б оре  и з о л я ­ции обм отки  ротора.Ток от о. с. п. (рис. 2 ) ,  п р о те к а я  по обм отке  W p2, с о зд ае т  поле, д е м п ф и р у ю щ е е  о. с. п. К ач ество  д е м п ф и р о в а н и я  за в и с и т  от величины  с оп роти влен и я  контура , о б р а зо в а н н о го  роторны м и  об м откам и . Ч ем  м еньш е это сопротивление , тем лучш е д ем п ф и р у ется  о. с. п.Т а к  к а к  ток  от о. с. п. п р о тек ает  и по об м отке  W pb то о б р а зу ет ся  поле, в р а щ а ю щ е е с я  относительно  с та то р а  со скоростьюtP о с п 2 р 2 +  2pj .П у о с п — рі + П р — ^  пр* (9)Э то поле н авод и т  в об м отке  у п р а в л е н и я  э. д. с. с частотойfy о с п =  Pi * Пу о с п — 400 гц, (10)а м п л и т у д а  которой  с о с та в л я е т  (4— 5) % от н а п р я ж е н и я  питания  о б м о т ­ки у п р а в л е н и я .  У величение  активного  сопротивления  обм отки  у п р а в л е -221Рис. 2. Осциллограмма тока в роторе при однофазнойнагрузке.ния с целью  сниж ения  ее постоянной врем ени неж елател?  но, т а к  к а к  приводит к увеличению  ам п л и туды  э. д. с.Д л я  оценки и сравн ен и я  кач ества  вы ходного  н а п р я ж е н и я  б ы л и  сняты  о с ц и л л о гр а м м ы  при од н оф азн ой  и сим м етричной  тр ех ф азн о й  н а ­гр у зк а х  (рис. 3, 4 ) .  И з  сравн ен и я  о сц и л л о гр ам м  следует, что н ал и чи еРис. 3. Осциллограмма выходного напряжения при однофазной нагрузке.Рис. 4. Осциллограмма выходного напряжения при симметричной трехфазной нагрузке.222о. с. п. (рис. 3) незначительно  и с к а ж а е т  ф орм у  кривой вы ходного  н а ­п р яж ен и я .В целом  по р е зу л ь та та м  проведенны х исследований  м ож но  с д ел а ть  сл ед ую щ ие вы воды:1. Р оторн ы е  обм отки  достаточно  эф ф екти вн о  д ем п ф и рую т  об р атн о е  синхронное поле.2. Э. д. с., н а в о д и м а я  в об м отке  уп равл ен и я ,  им еет небольш ую  в е ­личину и не о к а зы в а е т  сущ ественного  вл и ян и я  на раб оту  усилителя .3. С целью  повы ш ения эф ф ективности  д е м п ф и р о в а н и я  оси, а с л е д о ­вательно , и улучш ения  кач ества  вы ходного  н а п р яж е н и я ,  необходимо, чтобы контур, о б р азо ван н ы й  об м откам и  Wipi и W p2, имел во зм о ж н о  меньш ее сопротивление.4. О. с. п. в третьем  к а с к а д е  м о ж ет  быть исп ол ьзован о  д л я  с а м о ­возб у ж д ен и я  и увеличения ж есткости  внеш них х ар а к те р и с ти к  этого  ка скад а .ЛИТЕРАТУРА1 E. M i s h k i n. Poly-field Alternating-Current Induction Machines. United States Patent Office, Dec. 27. 1960, N 2966623.2. B. C. Н о в о к ш е н о в .  Исследование асинхронного бесщеточного преоб­разователя частоты. Диссертация, Томск, 1960.3. М. В. А н т о н о в ,  В. И. Р а д и н .  Однофазный синхронный генератор с использованием обратт^осинхронного поля. «Электротехника», № 5, 1965.

Исследование реверсивного ЭМУ переменного тока

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University