К проектированию бесконтактного ЭМУ переменного тока Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО ¡КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 190 1968

К ПРОЕКТИРОВАНИЮ БЕСКОНТАКТНОГО ЭМУ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

:. Л. КОСТЫРЕВ, А. И. СКОРОСПЕШКИН

(Рекомендована научным семинаром кафедр электрических машин

и общей электротехники)

Бесконтактный электромашинный усилитель БЭМУ переменного тока состоит из синхронного генератора и асинхронного преобразователя частоты, вращаемых приводным двигателем [1, 2]. БЭМУ дает повышенную частоту на выходе, имеет хорошие регулировочные и динамические свойства и может использоваться в качестве автономного генератора или усилителя — преобразователя частоты.

Для снижения габаритов и веса усилителя его каскады совмещаются в одном магнитопроводе. Проектированию одномашинных преобразователей, где совмещены генератор и приводной двигатель, посвящены работы В. С. Новокшенова, В. М. Павлинина, В. С. Нерсесян а и ряд других [3, 4, 5]. В БЭМУ совмещаются каскады генераторной части. Такое совмещение, а также учет специфических требований к усилителю налагают ряд особенностей на его проектирование.

В предлагаемой статье основное внимание уделено выбору электромагнитных нагрузок БЭМУ.

Распределение электромагнитных нагрузок между совмещенными каскадами характеризуется коэффициентами

г ВВч Ао

Св"-!Г' А • (!)

Примечание. 1. Все формулы даны в системе единиц СИ. Условные обозначения приведены в конце статьи.

2. Здесь и далее индекс 1 относится к 1 каскаду, индекс 2 — ко 2 каскаду.

По конструкции БЭМУ аналогичен серийным асинхронным двигателям. Однако в отличие от последних в тепловом отношении наиболее загружены роторные обмотки БЭМУ. Поэтому под суммарной линейной нагрузкой БЭМУ следует понимать линейную нагрузку обмоток ротора. Она выбирается в пределах, соответствующих асинхронным двигателям такой ж§ мощности и пополнения.

Магнитная' индукция в зазоре БЭМУ может выбираться пониженной с учетом требуемой форсировки напряжения. Например, при 1,5-кратной форсировке индукция выбирается около 2/3 от индукции соответствующего асинхронного двигателя.

Коэффициент Св может варьироваться при проектировании. Покажем, что в этом случае коэффициент Сд нельзя выбирать произвольно.

Действительно, из условия равенства числа фаз и токов роторных обмоток вытекает соотношение

А1 ^^

~аг " • (2>

С другой стороны, отношение э. д. с. роторных обмоток ЕК1 У^К, Р2В5з

Из выражений (1, 2, 3) получим

Са 1 - Св(1 - К,) ' (4)

где

КеК^Р,

К,=

К(1).Р;

Последнее выражение (4) совпадает с полученным В. С. Новок-шеновым [3], но коэффициент К1 имеет другое содержание.

Итак, задавшись суммарной линейной нагрузкой ротора, индукцией в зазоре и коэффициентом Св, определяем по формулам (1,4) электромагнитные нагрузки каскадов БЭМУ.

Рассмотрим влияние коэффициента Св, характерного для совмещенных машин, на основные параметры БЭМУ.

Определим параметры усилителя при заданных размерах.

Полная мощность БЭМУ.

Рвых= "1Кт8 В21А5В5)п5. (5)

Ус2 КЕз

Из векторной диаграммы (рис. 1), пренебрегая углом у, определяем

р5 = — (Р2С03 — Р231П ср.

Отсюда линейная нагрузка выходной обмотки

где

К

, КзВ^СОБср V К2В6о81П<Р

АИ—

В / Б

V 2 V К^Р;

р.0Кш2

Коэффициент усиления БЭМУ без обратной связи

тг _ _ Рвых_

КУ - "V и, •

Выразив ток и сопротивление обмотки возбуждения через удельные

нагрузки и размеры машины, получим

р

тг__гвых__(о\

Из векторной диаграммы усилителя

^ 2У2К»1 л / 1 | /К3В^Л2 , 2КзВЙ1С08<р«

1 у ] { ) 1 А^

где

Рис. 1. Векторная диаграмма БЭМУ

COS<PR

KfS А5

Кя =

Кш2 А3 V~2bf Ки Pt

Быстродействие усилителя характеризуется эквивалентной постоянной времени [6]

«'ИоКРА^'е

328' Kji, Pj'

1

Св Ке

1-е,

(е + t,)Jp

Добротность усилителя без обратной связи

Д-JÍ-.

(8)

Потери и к. п. д. БЭМУ рассчитываются по известным методикам [3].

Динамическая перегрузочная способность усилителя определяется сопротивлением рассеяния его обмоток [7]. В относительных единицах

Xa — Xas +XaRi + XaRs =

^ОРЗКебА; со в В»,

^А2Ко)2/

к

К,

(9)

Из выражений (5—9) видно, что основные параметры БЭМУ существенно зависят от распределения электромагнитных нагрузок между каскадами.

На ЦВМ «Проминь» были рассчитаны параметры БЭМУ в железе серийного двигателя А02-42 при п = 3000 об/мин, созф=1, А = 210 а/см, Во =0,5 тл, 2р1=2, 2р2=6, ГВых = 200 гц. Как видно из рис. 2, максимум к. п. д. совпадает с максимумом выходной мощности, что соответствует известному положению о совпадении оптимума по объему и потерям для совмещенных машин [3]. При увеличении Св снижается коэффициент усиления и улучшается быстродействие. Динамическая перегрузочная способность также возрастает, поскольку снижается относительная реактивность рассеяния.

При совмещении двигательно-генераторной части оптимальное с точки зрения объема и потерь значение Св колеблется в узких пределах Свопш=:0,33—0,5 [3]. Как видно из рис. 2, для БЭМУ Свопш=0,4—0,6, а для увеличения добротности и перегрузочной способности нужно выбирать еще большее значение Св.

Влияние воздушного зазора на мощность и добротность БЭМУ показано на рис. 3. Основные данные усилителя такие же, как и для рис. 2.

При изменении зазора в широких пределах максимальная мощность и добротность изменяются незначительно. Максимум добротности сдвигается в сторону меньших значений Св при увеличении зазора, приближаясь к максимуму мощности. В связи с этим в БЭМУ целесообразно несколько увеличивать воздушный зазор по сравнению с со-

14. Зак. 4379.

209

Л. л. сЗс ■750 500 250 Р К$т ■3 2 1 Г ! 1 ! >

«г J Ж 1 /у ! 1

1 <

* ,

1

01 0.1 0.3 0,Ц 05 0,6 0,7 <?8 «9 Сб

Рис. 3. Влияние воздушного зазора на параметры БЭМУ

ответствующими асинхронными двигателями. Это дает увеличение добротности при максимальной мощности в заданном объеме, а также приводит к снижению шума машины.

Выводы

V 1. Предложены формулы для учета усилительных и динамических

свойств БЭМУ при проектировании.

2. Показано, что на выбор электромагнитных нагрузок каскадов БЭМУ существенно влияют требования, предъявляемые к коэффициенту усиления, быстродействию и перегрузочной способности усилителя.

Условные обозначения

А — суммарная линейная нагрузка ротора, Аь А2, Ав, Аг — линейные нагрузки обмоток БЭМУ, В й—суммарная магнитная индукция в воздушном зазоре, -В&1, Вб 2 — амплитуды первых гармонических индукций каскадов БЭМУ,

, ШК2 — числа последовательных витков в фазе роторных обмоток,

Клу2, Клуэ — обмоточные коэффициенты роторных и выходной обмоток,

Рь р2 — число пар полюсов. ?

Кеэ — коэффициент, равный отношению э. д. с. к напряжению выходной обмотки, ■ соэ ф — коэффициент мощности, нагрузки, Ищ, Рл2т Р8, — н. с. обмоток БЭМУ, Рь Р2 — результирующие н. е.,

О, е — диаметр расточки и расчетная длина пакета статора, п3 — скорость вращения поля второго каскада относительно статора,

б1 — привешенный воздушный зазор,

Кмь КМ2 — коэффициент насыщения стали магнитопровода, гн

М0=4тг . 10~7—---магнитная проницаемость воздуха,

м

р — удельное сопротивление меди, Т] — полюсное деление первого каскада, ] — плотность тока,

Кг — коэффициент формы поля обмотки возбуждения, 2к — числа пазов статора и ротора. 2Ль — магнитные проводимости рассеяния на единицу длины машины, * г] —-к. п. д. усилителя (без приводного двигателя).

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент. США, № 2966623, 27, 12, 1960.

2. ,М. Л.- Костыре^, А. И. >С к'оро сн е ш<к и н. Фазовое'компаундирование ВЗМУ переменного тока. Известия ТЛИ, т. 172, Ш67>

3. В; С. Новокш ен о в. Исследование асинхронного бесщет очного преобразователя частоты. Диссертация, Томск, 1060.

4. В. М. Пав л инин, Н. С. С и у,нов. Свойства и эффективность ОПЧ. ЫВУЗ — Электромеханика, № 1, 1960.

5. В.: С. Н е р с е с я н. Элементы расчета 'одномашинных бесконтактных преобразователей частоты. Труды Горьковского политехнического института,, т. 19, вьгп. 3, 1963.

6. М. Л. К о с т ы р е в, А. И. С к о р о с п е ш к и н. Вопросы теории бесконтактного ЭМУ переменного тока. (В/настоящем сборнике.

7. М. Л. Костыре-в, А. И. С к о р о с пе шкин. Изменение напряжения бесконтактного ЭМУ переменного тока при включении индуктивной нагрузки. В (Настоящем сборнике.

ч»

14

А