ВЛИЯНИЕ АСИММЕТРИИ ТРЕХФАЗНОЙ ПИТАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ НА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Список литературы:

[1] Алексеева Н.В. Использование методики индивидуального подбора частот при лечении гастродуоденальных язв низкоинтенсивным лазерным излучением / Н.В. Алексеева, И.П. Основина, А.А. Чейда, Н.И. Коротков, К.С. Степанов // Материалы НТК «Лазеры в медицине», Вильнюс, 1995. - С. 29-34.

[2] Степанов К.С. К вопросу о выборе оптимального частотного режима электромагнитных воздействий на организм человека / К.С. Степанов, Н.В. Алексеева, И.П. Основина // Материалы НТК «Лазеры в медицине», Вильнюс, 1995г. - С. 89-93.

[3] Способ физиотерапевтического воздействия: патент 2193904 Рос. Федерация: МПК 7 A61N5/02 / А.Г. Телегина; - №97111546/14; заявл. 02.07.1997; опубл. 10.12.2002.

[4] Гавриков Н.А. Аппараты и методы пролонгированного действия - новое направление в физиотерапии / Н.А. Гавриков, И.И. Диженина, К.С. Степанов // Материалы НТК «Краткие тезисы к научно-практической конференции, посвященной 60-летию Ленинского декрета о курортах СССР» - Сочи, 1980. - С. 20-22.

PORTABLEPULSEDCURRENTSOURCE K.S. Stepanov, D. Yu. Titov, A.A. Bashev

Keywords: power supply, pulse, portable, electrophoresis.

The article discusses the design and operation of the power source for portable devices prolonged electrophoresis of medical substance.

УДК 317.629.12

В.Г. Сугаков, д.т.н., профессор ФГБОУВО «ВГУВТ» 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5

ВЛИЯНИЕ АСИММЕТРИИ ТРЕХФАЗНОЙ ПИТАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ НА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Ключевые слова: асимметрия трехфазной системы напряжений, асимметрия по модулю, асимметрия по углу, симметричные составляющие, момент двигателя переменного тока

Произведена оценка симметричных составляющих трехфазной асимметричной системы напряжений и их влияния на момент трехфазных электродвигателей переменного тока.

На практике равномерно распределить нагрузку между фазами трехфазной цепи оказывается весьма сложно. По этой причине токи в линейных проводах, как правило, неодинаковы, а следовательно, различны и падения напряжения в них. Векторы фазных и линейных напряжений на зажимах приемника, например асинхронного электродвигателя, не равны соответственно по величине и сдвинуты между собой по фазе на неравные углы (рис. 1).

Рис. 1. Системы векторов фазных напряжений: а - симметричная; б - несимметричная по модулям; в - несимметричная по углам

Кроме того причиной асимметрии напряжений и токов может служить несимметрия ЭДС генератора питающего трехфазную цепь. Последнее наиболее актуально для автономных систем электроснабжения, к числу которых относятся и судовые системы. Мощности генераторов в автономных системах относительно невелики и при их производстве к ним предъявляют не столь высокие требования, как для генераторов большой и сверх большой мощности.

Несимметричная система векторов фазных напряжений иА, ив, иС может быть выражена через симметричные составляющие:

и А = иА0 + иА1 + иа2 ; ив = иво + иш + ив2 ; и С = и со + ис1 + ис2 ,

(1) (2) (3)

где иА1 , иВ1, иС1 - векторы (комплексы) фазных напряжений симметричной системы прямой последовательности

иЛ1 =(иА +а ив +аг иС )/3, ив1 =а2 иА1 , иа = а иА1 ;

(4)

(5)

(6)

иА2 , ив2, иС2 - векторы (комплексы) фазных напряжений симметричной системы обратной последовательности

иА2 =и +а ив +а ис )/3, ив2 =а иА2 ,

(7)

(8)

иС2 = а2 иА2 , (9)

иАо , иво, иСо - векторы (комплексы) фазных напряжений симметричной системы нулевой последовательности

иАо =(иА + ив +и )/3, (10)

иво =иА0 , (11)

иС0 = иА0 , (12)

а - оператор поворота вектора на угол 2п/3 в направлении вращения векторов

ж/3

(13)

Электромагнитный (вращающий) момент М синхронных и асинхронных двигателей является функцией квадрата фазного напряжения U

М=Х U2, (14)

где X - коэффициент, зависящий от параметров электрической машины.

Симметричная система фазных напряжений прямой последовательности Uj обуславливает появление вращающегося магнитного поля создающего полезный момент

М1=11 U12. (15)

Симметричная система фазных напряжений обратной последовательности U2 так же создает вращающееся магнитное поле, которое порождает соответствующий момент

М2=12 U22. (16)

Этот момент М2 направлен встречно моменту М1 и по существу является тормозным моментом уменьшающим вращающий момент М на валу электродвигателя

М = М1 - М2 = 1 U12 - I2 U22. (17)

С учетом допущения, что параметры электродвигателей для систем фазных напряжений прямой и обратной последовательности близки из чего следует равенство

1 = 12 = 1 (18) выражение (17) для момента на валу электродвигателя принимает вид

М = X (U,2 - U22 ). (19)

Симметричная система фазных напряжений нулевой последовательности U0, все векторы которой одинаково направлены, приводит к появлению пульсирующего магнитного поля, которое не оказывает непосредственного воздействия на момент электродвигателя. В то же время ее наличие приводит к дополнительному нагреву электродвигателя и снижает его КПД.

Неравенство по модулю векторов фазных напряжений UK, UE, U„ (рис. 1,б) может быть охарактеризовано коэффициентом небаланса фазных напряжений [1,2]

Кнб=( Umax - Umm)/ Uном , (20)

где Umax - наибольшее из фазных напряжений; Umi„ - наименьшее из фазных напряжений; UHOM - номинальное фазное напряжение.

При соблюдении угловой симметрии, когда угол между векторами фазных напряжений имеет нормативную величину 2п/3 (рис. 1,б), не наблюдается сильной зависимости моментов М, Мх и М2 электродвигателей от коэффициента небаланса КНБ (рис. 2).

Рис. 2. Зависимости моментов электродвигателей переменного тока от асимметрии фазных напряжений по модулю

Зависимости моментов электродвигателей от коэффициента небаланса носят прямолинейный характер. При этом момент М1, обусловленный системой напряжений прямой последовательности, практически остается неизменным, а момент М2, создаваемый системой напряжений обратной последовательности, линейно возрастает с увеличением коэффициента небаланса. Это приводит к линейной зависимости момента М на валу электродвигателя от Кщ. В диапазоне изменения коэффициента небаланса от нуля до КНБ=1, например при иВ=0,5ПА и иС=1,5иА, момент Мэлектродвигателей снижается менее чем на 0,1 относительно момента создаваемого симметричной системой фазных напряжений (рис. 1,а).

Нарушение угловой симметрии вызывает более серьезные последствия даже при сохранении равенства модулей векторов фазных напряжений (КНБ=1). Рассмотрены два характерных случая угловой асимметрии.

В первом случае сохраняется равенство двух углов, при изменении величины третьего угла в (рис. 1,в). Результаты расчета зависимости относительных величин моментов электродвигателей от угла в приведены на рис. 3.

о. е.

1,0

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 ОД

М1,

* "Р VI

I

м„

20 60 100* 140° 180 40е 80° 120' 160'

Рис.3. Зависимости моментов электродвигателей переменного тока от угловой асимметрии векторов фазных напряжений при соблюдении равенства двух углов

Моменты электродвигателей имеют непрямолинейную зависимость от угла в. Момент М1, обусловленный системой напряжений прямой последовательности, принимает максимальное значение при нормативном угле в=120о. Отклонение от него в большую или меньшую сторону сопровождается заметным уменьшением момента М1. Характер зависимости момента М2, вызванного системой напряжений обратной последовательности, от угла в диаметрально противоположен характеру зависимости М1. Момент М2 при нормативной величине угла в=120о равен нулю, и возрастает по мере отклонения в обе стороны от этой величины, что определяет характер зависимости момента М электродвигателя на валу. Из полученных графиков (рис. 3) следует, что одновременное смещение векторов двух фазных напряжений в направлении сближения их или удаления друг от друга в равной степени влияет на изменение моментов электродвигателей. Об этом свидетельствует симметрия кривых моментов М, М1 и М2 (рис. 3) относительно нормативного угла в=120о. В данном случае угловой асимметрии наблюдается заметное снижение моментов электродвигателей. Даже отклонение векторов на 10о от нормативного угла (при в=100о и в=140о рис. 3) приводит практически к снижению момента на 0,05, а отклонение на 20о (при в=80о и в=160о рис. 3) - почти на 0,15.

Во втором из рассмотренных случаев нарушения угловой симметрии изменялся угол а (рис. 1,в), что при в=120о приводит к неравенству углов между всеми векторами фазных напряжений. Относительные моменты электродвигателей, рассчитанные для этого случая (рис. 4), также проявляют зависимость от отклонения угла а от нормативной величины (а=0°). Зависимости имеют непрямолинейный характер. Момент М1 снижается по мере увеличения угла а. Причем интенсивность снижения момента Мх увеличивается при а>30°. Момент М2 монотонно возрастает при увеличении угла а. Характер изменения моментов М1 и М2 однозначно определяет тенденцию к уменьшению момента М на валу электродвигателя при увеличении угла а..

о. е.

1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 ОД

° 1(Г 2(ГЗ(Г4(Г5()Ы) 7(Г 80° 90° сС

Рис. 4. Зависимости моментов электродвигателей переменного тока от угловой асимметрии векторов фазных напряжений при неравенстве всех углов

Зависимость момента М на валу электродвигателя угла а слабее, чем в первом случае угловой асимметрии, когда изменялся угол в. Снижение момента М электродвигателя на 0,05 наблюдается лишь при а= 20о, а на 0,15 - при а=40о.

В реальных питающих трехфазных системах одновременно присутствует неравенство модулей и углов между векторами фазных напряжений. Комплексное влияние этих факторов приводит к более интенсивному снижению момента М электродвигателя.

Характер изменения момента М от угла а для различных значений ^НБ не одина-

ков. При изменении угол а (рис. 5) интенсивность снижения момента М возрастает с увеличением коэффициента КНБ. Изменение коэффициента КНБ от нуля до 0,2 при а=10о сопровождается снижением момента М на 0,12, а при а=20о - на 0,16.

Рис. 5. Зависимости момента электродвигателя переменного тока от угловой асимметрии векторов фазных напряжений при неравенстве всех углов и нарушении равенства модулей

Характер изменения момента М от угла в одинаков для различных значений КНБ (рис. 6).

Рис. 6. Зависимости момента электродвигателя переменного тока от угловой асимметрии векторов фазных напряжений при соблюдении равенства двух углов и нарушении равенства модулей

В рассматриваемом диапазоне изменения угла в (рис. 6) наблюдается практически одинаковое снижение момента М при увеличении коэффициента КНБ. При изменении значений КНБ от 0 до 0,2 момент М уменьшается приблизительно на 0,14. Эта величина не существенно отличается от снижения момента М при изменении угла а (рис. 5). В диапазоне изменения КНБ 0.. .0,2 он практически в равной степени влияет на момент М при изменении углов а и в.

Приведенные выше результаты получены при допущении, что индуктивные сопротивления электрических машин прямой и обратной последовательности равны. Однако в большинстве случаев индуктивное сопротивление обратной последователь-

ности меньше индуктивного сопротивления прямой последовательности. При этом момент М2, обусловленный системой напряжений обратной последовательности, окажется больше и влияние асимметрии на момент М электрической машины будет более сильным.

Таким образом, неравенство модулей векторов фазных напряжений и неравенство углов между ними заметно снижают момент на валу и фактический КПД электрических двигателей трехфазного переменного тока. Для устранения негативных последствий асимметрии напряжений требуются специальные корректирующие устройства [3].

Список литературы:

[1] ГОСТ 23875-88.Качество электрической энергии. Термины и определения. - Взамен ГОСТ32875-79;введ. 01.07.89. - М. : Изд-во стандартов, 1988. - 15 с.

[2] ГОСТ Р ИСО 8528-6-2005.Электроагрегаты генераторные переменного тока с приводом от двигателя внутреннего сгорания. Часть 6. Методы испытаний. - Введ. 01.01.2006. - М. : Изд-во стандартов, 2005. - 39 с.

[3] Сугаков В.Г. Оценка и коррекция небаланса напряжений в системах электроснабжения с автономными источниками электроэнергии / В.Г Сугаков, А.А. Тощев, Ю.С. Малышев // Актуальные проблемы электроэнергетики :сб. научно-технических статей / Нижегор. гос. тех. ун-т им. Р.Е. Алексеева. - Н. Новгород, 2014. - С. 61-66.

INFLUENCE OF ASYMMETRY OF THREE-PHASE FEED-INSYSTEM ON ELECTRIC MOTORS OF ALTERNATING CURRENT

V.G. Sugakov

Keywords: asymmetry of the three-phase system of tensions, asymmetry on the module, asymmetry on a corner, symmetric constituents, moment of engine of alternating current.

The estimation of symmetric constituents of the three-phase asymmetry system of tensions and their influence isproduced in the moment of three-phase motors of alternating current.

УДК 627.748:621.879.45

И.С. Сухарев, аспирант ФГБОУВО «ВГУВТ» 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5

ОСОБЕННОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИТЕРИЕВ ПОДОБИЯ ТЕЧЕНИЯ ГАЗОЖИДКОСТНЫХ СМЕСЕЙ ВЯЗКО-ПЛАСТИЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ

Ключевые слова: земснаряд, сапропель, аэратор, вязко-пластичная жидкость, газожидкостное течение, критерии подобия.

Для исследования гидротранспорта газожидкостной смеси сапропель-воздух в составе грунтонасосных установок землесосных земснарядов, необходимо создание математической модели течения. Важнейшим условием для построения плана эксперимента является задача по определению основных факторов двухфазной системы вязко-пластичная жидкость/газ. Для оптимального решения поставленной задачи необходимо произвести оценку значимости выбранных факторов. Рассмотрены основные