CC BY
13
лектрика; а - удельная проводимость несовершенного диэлектрика; ее0 - абсолютная диэлектрическая проницаемость изоляции.
Вторичные параметры кабеля определяются, исходя из первичных параметров, согласно [2]:
7=« +jP = 4 (R+J®L)(G+j®c)
=yl (R + jaL)/(G + jrnC). j (5) Выводы
1. Предложена методика расчета с помощью CAE -комплекса ANSYS/Emag и системы Matlab первичных и вторичных параметров кабелей связи по заданной геометрии и параметрам примененных материалов.
2. Данная методика позволяет проводить исследования электромагнитных процессов в кабелях с весьма сложными конструкциями, что дает ей преимущества перед существующими методиками.
3. Выполненные исследования (с помощью предложенной методики) позволили выявить новые тех-
нические эффекты. В частности, установлено, что высокочастотный ток в толще проводника может изменять направление на противоположное по отношению к основному току
4. С использованием предложенной методики возможна разработка оптимальных конструкций сложных кабелей связи.
Перечень ссылок
1. Абрамов К. К. Моделирование и расчет кабелей связи на ЭВМ. - М.: Связь, 1979. - 80 с.
2. Гроднев И. И. Кабели связи. - М.: Энергия, 1976. -272 с.
3. Кулешов В.Н. Теория кабелей связи. - М.: Связь-издат, 1950.- 420 с.
4. АЫБУБ Оосите^айоп //www.ansys.com/services/ ss-documentation.asp
5. Дьяконов В. МАТЛАБ 6: учебный курс - СПб.: Питер, 2001. - 592 с.
Поступила в редакцию 02.10.06 г.
После доработки 16.10.06 г.
У статт'1 викладена методика моделювання електромагнтних процесв в кабелях зв'язку за допомогою системи ANSYS/Emag. Запропоновано розрахунок первинних параметрiв кабелiв по отриманих картинах поля та даний приклад програми на мовi APDL.
The technique of electromagnetic processes modeling in the long-distance cables with the help of ANSYS/ Emag system is considered. The calculation of cables initial parameters according to the obtained field figures is offered and APDL language program is given as the example.
УДК 321.313.12
В. Д. Лущик, В. В. Дяченко
Покращення параметрiв шдукторних генераторiв за допомогою конденсаторiв в обмотц збудження
Розглянутий ндукторний вентильний генератор для автомобiлiв, у якого на зубцях статора розмiщенi котушки обмотки якоря i котушки обмотки збудження. Дослiджуeться вплив eмнiсних струмiв в обмотц збудження на характеристики генераторiв. Актуальнють проблеми
Автотракторн генератори випускаються щорiчно мтйонними серiями. Тому покращення Тх масогабарит-них показникв та пщвищення надмност мае важливе на-родногосподарське значення. Найб^ьш надмними е ав-тотракторн генератори Ыдукторного типу, так як в них вщсут-ня обмотка на ротору вщсутн контакты гальця i щггки , а ротори надзвичайно прост при виготовленн. Однак за масогабаритними показниками та витратами активних ма-терiалiв Ыдукторн генератори значно поступаються синх-ронним генераторам з обмоткою збудження на ротср.
Мета роботи - покращення масогабаритних та пи-томих показникв шдукторних генераторiв.
Викладення основного матерiалу
Розроблений, виготовлений i дослщжений вентильний шдукторний генератор радiального збудження,
вщмшною особливютю якого е те, що на зубцях статора розмщують окремо зосереджен котушки якрноТ обмотки i обмотки збудження [1]. Число зубцв статора 2=6. Кожна пара зубцв е окремою фазою. Також кожна пара зубцв утворюе магнтний потк збудження, 2йс_=6. Число зубцв ротора 22=8. Фази якрноТ обмотки з'еднан в трикутник, при цьому в фазах якрноТ обмотки послщовно та узгоджено з шшими фазами увiмкнено дiоди.
Завдяки дiодам у фазах якрноТ обмотки протiкае однопiвперiодний випрямлений струм. Магнтний потiк реакцп якоря мае таку ж форму, що i струм, який його створюе. Вш мае постiйну складову i в два рази меншу основну гармончну складову. Тому в два рази в фазах якрноТ обмотки зменшуються iндуктивнi опори х та х, i вiдповiдно поздовжня ЕРС реакцп якоря Аыта поперечна ЕРС реакцп якоря А. . Жорстксть зовнш-
© В. Д. Лущик, В. В. Дяченко 2006 р.
ньоТ характеристики генератора завдяки дюдам рiзко зростае. При цьому магжтний потiк реакцГГ якоря, ство-рений одношвперюдним випрямленим струмом, повинен бути направлений узгоджено з магнтним потоком, створеним обмоткою збудження.
Завдяки дюдам потужнють зростае майже в два рази порiвняно з сермним шдукторним генератором такоТ ж ваги i розмiрiв [2]. Можливост удосконалення цього iндукторного генератора ттьки завдяки дiодам у фазах яюрноТ обмотки не вичерпуються.
В усх вiдомих серiйноТ конструкцп iндукторних генераторах при необхщност застосовують конденсатори, яга приеднують або паралельно до якрних виводiв генератора, або, в залежност вiд обставин, вмикають послiдовно з навантаженням, що пщвищуе на-
вантаження або робить його нав^ь випереджуючим. Жорсткiсть зовншньоТ характеристики завдяки конденсаторам зростае i тому зростае потужнiсть генератора.
Однак в автомобтьних генераторах приеднання конденсаторiв до якiрноТ обмотки е не ефективним. Лшшна напруга, що знмаеться з якiрних виводiв (з'еднання фаз трикутником), е занадто малою, всього:
Щ = U л =
UjL 1,35
14В 1,35
:10,37В
Для пом^ного покращання характеристик генератора необхщш конденсатори надзвичайно велико! емност, а, значить, i габаритв, що для автoмoбiльних генератoрiв е неприйнятним.
Осoбливiстю цього генератора, на вщмшу вiд ycix вiдoмих до тепершнього часу генератoрiв, е те, що в обмотц збудження, як i в якiрнiй oбмoтцi, наводиться ЕРС, i ця ЕРС тако! ж частоти i прoпoрцiйна до числа виткв обмотки збудження. Тобто, якщо ЕРС якiрнoí обмотки Ä.d (випрямлена) при n=5000 об/хв. Äd=62 Ä, а лiнiйна ЕРС (вона ж i фазна при з'еднанн фаз трикутником) дoрiвнюе:
Рис.1. Електрична схема
/са = U± = Ю^З! = 0,0434А са хс 239 ,
тобто буде в 10 разiв менший.
На рис. 2 пoказанi характеристики холостого ходу без конденсатов (крива 1) i з конденсаторами, при-еднаними до обмотки збудження (крива 2). Вплив кон-денсатoрiв виявився надзвичайно ефективним. ЕРС Ä,,=62 Ä з'являеться не при п'яти амперах збудження, а всього при = 3,4 Ä, тобто емнюний струм в oбмoтцi збудження величиною 2Й=0,435 Ä дае мoжливiсть змен-шити струм збудження на 1,6 Ä. При =5 Ä емнюний струм в oбмoтцi збудження дозволяе досягти ЕРС Ä =75 Ä (збтьшення на 21 %). Потужнють генератора при n=5000 об/хв. зростае на 20 %.
На рис. 3 показана векторна дiаграма шдукторного генератора при пoтужнoстi генератора В2= 400 Äo. Iöe öüiio ÄBN Ä„ згiднo з результатами випробувань при
2 =5 Ä становить:
5а
62
Е
Еоф = — = —= 46В оф 1,35 1,35
Еол Еоф
Е.
od
62
= 46 В
1,35 1,35
то фазна ЕРС обмотки збудження (ЕРС, яка знмаеть-ся з послщовно увiмкнених котушок зубцiв 1i 4,або 3 i 6, або 3 i 2) рiвняеться:
Фазний струм якоря: 2 =13,443 Ä, lad = 1а SW = 12,8A ,
Iaq = 1а COS^ = 4,2A ,
W б 73
Еофзб = Еоф wW^ = = 115,8 В ,
де Ш - число виткiв котушки обмотки збудження, -число витгав котушки обмотки якоря.
Вщповщно струм в обмотцi збудження при при-еднаннi до неТ трьох конденсаторiв (рис. 1) з емнютю кожний N=1 ¡ёО (емнiсний опр одного конденсатора при частотi/ =666 Ао складае о.=239 1!) буде становити:
1 сзб
E,
0ф зб
115,8 239
= 0,4845 А
Струм в якiрнiй обмотц при приеднаннi до !! фаз таких же конденсатов, буде складати всього:
Ead = I ad Xad = 12,8 • 2,26 = 28,5В,
Рис. 2. Характеристика хлостого ходу
х
с
Eaq = Iaqxaq = 4,2 -1,66 = 7В ,
Еа = Iaха = 13,443 -1,056 = 14,2В ,
ротора (рис.4), скористаемось експериментальними даними. Нам вщома ЕРС фази яюрноТ обмотки при струмi збудження 2ç,=5 À. Вона дорiвнюе А,, = 46 Â. Вщомо також, що:
Еа = IaRa = 13,443- 0,166 = 2,23В ,
иф = 10,37В.
Так як емнюний струм виникае завдяки ЕРС Ä яка по фазi ствпадае з Ä,, i перевищуе останню в
WзL = — = 2 52 рази (на рис. 3 Ä,, показана в змен-
Wa 29 ,5а
шеному масштабi), то емнюний струм 2 випереджуе Ä на 90' i спiвпадае по фазi зi струмом збудження 2 На рис. 3 ц струми показан в реальному стввщношенш.
Е0ф = 2,22-(1 - k)fW^ - Bsтах - bz - ls -10
(2)
Рис. 3. Векторна д1аграма В даному шдукторному генераторi виникае нове фiзич-не явище, яке ранше нiколи не розглядалось: спвпадан-ня по фазi постiйного струму збудження 2ç, i змiнного емнiсного струму 2nça. Цiкаво порiвняти iндукцiï в повпря-ному зазорi магнiтних потогав, створюваних струмом збудження 2, i емнiсним струмом К ,.
ça 1 J nça
При спiвпаданнi зубцiв статора i ротора шдукця Bsmax в пов^ряному зазорi мiж зубцями вiд постйно-го струму збудження дорiвнюе:
5 - 2 - 73
3 = 1,1286 Тл , (1)
Smax 1,6 - ks-км-S-103 1,6-1,1-1,05 - 0,35-10
де к8 - коефiцiент повiтряного зазору, приймаемо
к8 = 1,1; к, - коефiцiент, що враховуе опiр сталевих дльниць магнгтопроводу визначаемо iз аналзу кривоТ холостого ходу, к=1,05; 8 - повiтряний зазор, 8 = 0,35мм .
Щоб визначити середне значення шдукцп В8тп пщ зубцем статора, коли вiн знаходиться напроти пазу
де k - i^^i^eHT, що показуе, яку частину в долях одиниц
Вд
г,. _ д mm jjT
складае Вдmin вiд Вдmax , В i Wаф - ЧИСЛО BИTKiB
д max
фази ягарно'Т обмотки Wаф = 2Wa = 2 • 29 = 58; bz - ширина зубця статора, b= 1,54 ni; 1 - довжина пакета статора, 1 д =4,8 ni.
Використовуючи (2), знаходимо:
1 - k = -
Е.
оф
2,22-f W^ 'Bs max bz •Is
_46_
2,22 - 666 - 58 -1,1286 -1,54 - 4,8 -10-
- = 0,642.
(3)
Звщки k = 1-0,642 = 0,358;
Bs mm = 0,358 • Bsmax = 0,358 -1,1286 = 0,4040Тл .
Зазначимо, що реальна змша величин iндукцií Bs в повiтряному зазорi мiж зубцем статора i ротором при його обертанн показана на рис. 4а жирною лУею.
Максимальне значення шдукцп вщ eмнiсного струму 2Й(Л, коли зубець статора знаходиться проти зубця ротора, визначаеться за формулою (1). Поставивши замiсть струму 2 максимальне значення
/озбmax = V2 • /Сзб = V2 • 0,4845 = 0,6852 А , одержимо:
Bs max c = 0,1547 Тл ,
а сумарне значення максимально!' шдукцп вщ двох
Bit
â)
Рис. 4. Шдукця гид зубцем статора залежностi вщ кута повроту ротора
4
4
1 зб -^зб.ф
магнггних n0T0KiB дорiвнюe:
XB^max = BSmsx + BSmsxc = 1,1286 + 0,1547 = 1,2833 Тл.(4)
З урахуванням опору магнтного кола справжне сумарне значення максимально! шдукцп буде в км pa3iB менше:
X в
X Bs
S max
к м
1,2833 1,05
■ = 1,2222 Тл. (5)
Коли в результат обертання ротора зубець статора займае положення проти пазу ротора, напрям емнсного струму змшюеться на протилежний, шдук-
цю Б8т_пс, створювану емнiсним струмом, можна
визначити, використовуючи той же коеф щ i ент к i з фор-мули (3), що i для пост йного струму збудження:
Б5тппсс = к • в5тахс = 0,358 • 0,1547 = 0,0554 Тл. (6)
На рис. 4 б показана i ндукця Б&бс , створена емнiсним струмом. Сумарне мi нi мальне значення шдукцп тепер визначаеться як рiзниця двох шдукцм:
X= Б^тт -Б^тт с = 0,4040 - 0,0554 = 0,3486 Тл . (7)
Коефi ц ент к (позначимо тепер його як к') буде становити:
к , = g Bs-m.n = 0:3486 = 0,2852
X в<
S max
1,2222
(8)
ЕРС Ео ф, що буде наводитись у фаз i яК рноТ обмотки, знаходимо, використовуючи формулу (2). В цю формулу замi сть к поставляемо к' = 0,2852, замi сть
Bs max поставляемо X BS max =1,2222 , i одержуемо Еоф = 2,22-(1 - к)/-Г3ф -X Bs max bz -is '10-4 =
що на 0,5 % в^зняеться вщ експериментальних даних.
Для створення такого ж за величиною емн сного струму 2ai в яи рн й обмотц необхщна емнi сть конденсатор i в у 10 раз i в б тьша:
C = . Ica -106
0,435 -10'
6
2-п-/-иф 2-п-666-10,37
= 10,03мкф (10)
Так як магнтний пот к створюе МРС F=L,-W,,, то
1 c па ао'
струм Ica в як рнi й обмотц, екв i валентний струму 2 в обмотцi збудження, визначаеться так:
' W 29
Ica = Ica ^ = 0,435— = 0,173А 73 .
W,
зб
(11)
Вiдкладемо його в десятикратному збтьшеж на векторн й дi аграмi на рис. 3. Цей струм випереджуе напругу Uô на 90о. Складова цього струму, перпендикулярна до ЕРС Â„, становить:
Icad = Ica c0s ^ = 1 a
Ia
- = 0,173 •-
4,2
13,443
= 0,054А,
(12)
що складае всього 11 % в ¡д емнi сного струму 2п ç,.
Цей емн сний струм в як рн й обмотцi, створений конденсаторами з емн стю $=10 iêÔ, на покращення параметрi в генератора практично не впливае.
Висновок
Застосування конденсаторв, що вмикаються в обмотку збудження, вщкривають нов¡ багатооб i цяючi пер-спективи у подальшому вдосконаленню розробляемих i ндукторних генерат^ в як i розробляються ¡з сумi ще-ними обмотками.
Перел i к посилань
1. Лущик В. Д. 1ндукторний трифазний р^нополюс-ний вентильний генератор. МПК 7 НО2К 19/20. Заявка на винахщ № а 200501835, дата подання 28.02.2005.
2. Лущик В. Д. Покращення параметр в вентильних i ндукторних генератор i в. // В i сник НТУ « ХП1». Зб i рник наукових праць - Харю в. - 2005. №48. - С. 77-82.
= 2,22-(1-0,2852)-666-58-1,2222-1,54-4,8-10-4=55,38 Â, (9)
Поступила в редакцию 15.06.06 г.
max
I
a
После доработки 30.08.06 г.
Рассмотрен индукторный вентильный генератор для автомобилей, у которого на зубцах статора размещены катушки обмотки якоря и катушки обмотки возбуждения. Исследуется влияние емкостных токов в обмотке возбуждения на характеристики генератора.
The inductor valve generator for automobiles is considered; the armature coils and magnetizing coils are located on stator barbs of this generator. The influence of capacitance current in the excitation winding on the generator performances is investigated.
