CC BY
15
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 194 1972
К РАЗРАБОТКЕ ИНЖЕНЕРНОЙ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ НИЗКОЧАСТОТНОГО ИНДУКТИВНОГО ПАРАМЕТРОНА БЕЗ ПОСТОЯННОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ В ТОКЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ
Е. И. ГОЛЬДШТЕИН, А. М. АЛИН (Представлена научным семинаром кафедры автоматики и телемеханики)
На кафедре автоматики и телемеханики ТПИ рассматриваются возможности применения индуктивного параметрона с возбуждением от источника промышленной частоты 50 гц как элемента систем автоматики и телемеханики.
В устройствах дистанционного и телемеханического управления наиболее целесообразно применить двухчастотный индуктивный параметром, перестраиваемый изменением емкости конденсатора резонансного контура. На рис. 1 приведена схема рассматриваемого параметрона,
где Uх — напряжение возбуждения частотой /;
/¡ — действующее значение тока в цепи возбуждения; lFt и W2 — число витков соответственно обмотки возбуждения и резонансной; U2 — выходное напряжение;
¡2 — действующее значение тока в резонансном контуре;
С{ и С2 — конденсаторы соответствующей емкости;
К{ и К2 — ключи управления;
RH — сопротивление нагрузки.
При соответствующем выборе параметров схемы можно обеспечить переход от режима первого резонанса (/вых =f) к режиму второго резо-
Рис. 1
ианса (¡НЫ\ = 2() только за счет изменения емкости конденсатора при неизменном напряжении возбуждения. Авторами было проведено экспериментальное исследование индуктивного параметрона при вариации
его основных параметров (сечения стали сердечников, числа витков, сопротивления нагрузки, емкости конденсаторов, напряжения возбуждения и т. п.) в широком диапазоне. Все сердечники—броневые, набирались они из штампованных пластин Э41 толщиной 0,35 мм. При экспериментах фиксировались токи, напряжения, выходная мощность (мощность на нагрузке) и критическое сопротивление (^кр) резонансного контура-—т. е. сопротивление, при котором еще возможно возникновение параметрических колебаний при определенной емкости конденсатора.
Обработка экспериментальных данных ¡позволила установить определенные соотношения между основными параметрами схемы, при которых обеспечивается устойчивый длительный режим работы индуктивного параметрона на известную нагрузку.
Для режима первого резонанса емкостное сопротивление резонансного контура следующим образом связано с активным сопротивлением контура Rк :
Xcl>KtRK, (1)
где коэффициент связи К{ в зависимости от выходной мощности колеблется в пределах от 8 (для Я6ЫХ = 50 ва) до 4 (при Явых — 500 ва),
^ = (8-5-4). (2)
Сопротивление контура складывается из сопротивления нагрузки и сопротивления обмоток W2\
RK = R2 + Я„. (3)
В первом приближении можно считать,
что Як = (1,1н-1,2) я„. (4)
Для режима второго резонанса
Xc2>K2Rk] К2 = 12-МО. (5)
Переход от режима первого к режиму второго резонанса при Ut = const возможен лишь при определенном соотношении между
Хс, и Хс.у
Хс2 = (3,5 -ь 5) XCi\ С2 = . (6)
Анализ экспериментальных данных показал, что при известной расчетной мощности резонансного контура (Р2) оказывается заданным произведение сечения сердечника на площадь окна, т. е.
ЗД = К § , (7)
где коэффициент связи К зависит от абсолютного значения мощности Я3 и может быть определен по графику рис. 2.
Зная ScS0, легко подобрать подходящий типоразмер сердечника по справочным данным. Для определения Р2 воспользуемся очевидным соотношением
я2 = Ц V(Ru + R2)2 + (Xct)\ (8)
При ориентировочном определении чисел витков Wx и W2 возьмем за основу расчетные выражения, полученные при использовании метода расчета по действующим значениям и векторным диаграммам [1, 2]. Не
приводя из-за громоздкости весь вывод, ограничимся окончательным расчетным выражением для коэффициента трансформации
К
тр
К1р —
¥~2 Ух
V
2/,
и\
(9)
(10)
где Л*м — коэффициент заполнения окна; ш — круговая частота; о — плотность тока; Вр — расчетная индукция; Кс— коэффициент заполнения сердечника. Для исследованных нами параметронов с выходной 50 ч- 500 ва
Вр= (1 1,1) тл.
мощностью
(П)
Следует отметить, что при выводе выражения (10) не учитывались потери в стали, рассеяние и сопротивление цепи возбуждения. Сопоставление результатов расчета с экспериментальными данными показало, что величи-__..._; | ... | |_ ^ \ на коэффициента трансформации должна лежать в диапазоне
го
0.5
а,
/Г ¿Г !
/ \ 1
у / ......
У /
Р
т
200
300
Рис. 2
Ш
500 Г6а]
Л*тР ^ (0,3 -г- 0,5). (12)
При несоблюдении условия (12) рекомендуем между параметроном и источником питания устанавливать согласующий трансформатор или переходить на больший типоразмер.
Число витков обмотки возбуждения определяется по выражению
При использовании ние и2
и2
выражений
Л + р _ з
(10) и (13) требует знать напряже-
(14)
Рассмотренные выше расчетные выражения (10) и (13) позволяют провести расчет первого приближения и выбрать ориентировочные параметры схемы, уточняемые в процессе расчета второго приближения с учетом сопротивления цепи возбуждения. Методика точного расчета авторам неизвестна, однако достаточно удовлетворительное совпадение даст расчет по действующим значениями с помощью векторных диаграмм [1, 2].
Пример: Покажем применение рассмотренной методики к приближенному расчету индуктивного параметрона системы телесигнализации объекта без источника питания [3]. При расчете системы были по-
лучены исходные данные к расчету параметрона: и2 ===== 12 в; 7? н =72 ома; '/„ = 0,052 а; Хс1 = 1260 ож; С1 = 2,53 мкф.
1. Проверяем возможность возбуждения колебаний на основной частоте по условию (1) с учетом (4)
1260 > (8 ^4). (1,1 1,2).72. Условие выполняется.
2. Выбираем конденсатор по условию (6) для обеспечения второго резонанса
ХС2 = 3,5* 1260 - 4410 ом. С2 = 0,36 мкф.
3. Определяем расчетную мощность по выражению (8) с учетом (4)
Р2 = 0,0522 |/(Г,2-72)'- + (1260)2 = 3,4 ва.
4. По графику рис. 2 определяем К = 0,4-10~8.
5. По выражению (7)
ад-0,4.10"
3,4
= 0,68-10 м\
6. По справочным данным [4] выбираем магнитопровод ШУ10X10; = 1,0 см2; = 1,15 см2; 50Л'с =1,15 см\
7. По табл. 4-3, 4-2, 4-4 [5] находим
Км =0,24; 3 =5-10« а/м2; Кс = 0,91.
8. По выражению (14)
65,5 в.
и2 = 0,052 V (1260)2 + (1,2-72)* 9. По выражению (10) с учетом (11)
Ктп =
12
1.15-10_4-0,24-5-10°
-2-1,02-3142-1,05а.10"8-0>912-б52
2-0,052
= 0,355. Выбираем К1р = 0,4.
10. По выражению (13) с учетом (11)
, Г 122 + 65,52-0,4-
IV « = 1/ -з-= 680 витков,
V 0,912 - 2 • 1,0-10" -314'2-1,052
11. По выражению (9)
-
680 0,4
= 1700.
После определения основных параметров схемы производится уточнение 1/\ с учетом падения напряжения на сопротивлении обмоток возбуждения и при необходимости уточняется число витков Для рассматриваемой задачи уточнение не производилось, так как схема питается через согласующий трансформатор, что облегчает подбор
Таблица
¿4 А и, /вых С ^кр
в 24.5 24.6 а 0,15 0,067 в 64 57 а 0,052 0,017 гц / 2/ мкф 2,5 0,4 ОМ 290 * 390
нужной величины их. В таблице приведены экспериментальные данные, полученные при проверке изготовленного образца.
Выводы
1. Сопоставление экспериментальных данных с расчетными показывает удовлетворительное их совпадение по всем показателям, кроме ¿Л.
2. Приведенные в статье соотношения могут быть использованы при ориентировочном расчете двухчастотного индуктивного параметрона без постоянной составляющей в токе возбуждения.
3. Представляется целесообразным дальнейшее продолжение исследований индуктивных низкочастотных параметронов с целью отработки простой, но достаточно точной методики их расчета и проектирования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Р. А. В а й н ш т е й н, Е. И. Г о л ь д ш т е й н, А. И. К у т я в и н, А. В. Ш м о й-л о в. Теоретическое и экспериментальное исследование низкочастотного индуктивного параметрона без подмагничивания. Тезисы докладов XI Всесоюзного совещания по магнитным элементам, Таллин, 1966.
2. Е. И. Г о л ь д ш т е й н, А. М. А л и н. К расчету параметрона с повторяющей частотой. Тезисы докладов II конференции факультета автоматики и вычислительной техники, ТПИ, 1966.
3. Е. И. Гольд ш т е й н, А. Н. Г а в р и л о в а, В. П. К а з ь м и н. Использование параметронов без подмагничивания постоянным током в устройствах автоматики и телемеханики. Тезисы докладов II конференции факультета автоматики и вычислительной техники, ТПИ, 1966.
4. Р. X. Б а л ь я н. Трансформаторы малой мощности. Судпромгиз, 1961.
5. И. И. Б е л о п о л ь с к и й, Л. Г. Пика лов а. Расчет трансформаторов и дросселей малой мощности. Госэнергоиздат, 1963.
