Некоторые вопросы проектирования электромашинного усилителя регулируемой частоты

ИЗВЕСТИЯ

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

Том 212 1971

НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАШИННОГО УСИЛИТЕЛЯ РЕГУЛИРУЕМОЙ

ЧАСТОТЫ

Ш. С. Ройз, А. И. Скороспешкин

(Представлена научным семинаром кафедр электрических машин

и общей электротехники)

Бесконтактный электромашинный усилитель регулируемой частоты представляет собой сочетание управляемого полупроводникового коммутатора и злектромашинной части [1]. При проектировании электромашинной части необходимо учитывать схему УПК, которая непосредственно связана с обмоткой управления.

Электромашинная часть бесконтактного усилителя регулируемой частоты является двухкаскадкой электрической машиной. Для снижения веса и габаритов усилителя его каскады выполняются совмещенными в одном магнитопроводе.

В настоящей статье рассматриваются вопросы, связанные с выбором электромагнитных нагрузок и расчетом обмотки управления.

Распределение электромагнитных нагрузок между совмещенными каскадами характеризуется коэффициентами

где

В о и А1 — значения магнитной индукции и линейной нагрузки

основного каскада, ЕВ о и 2А — значения суммарной магнитной индукции и суммарной линейной нагрузки усилителя.

Исследованиями [2, 3] установлено, что значение суммарной линейной нагрузки выбирается в пределах, соответствующих асинхронным двигателям такой же мощности и исполнения.

Магнитная индукция в воздушном зазоре усилителя выбирается пониженной с учетом форсировки выходного напряжения.

Исходя из равенства числа фаз и токов роторных обмоток, вытекает следующее соотношение:

- /оч

А, ~ \У4 '

а отношение э.д.с. этих же обмоток запишется в виде:

_Ез_ \У3КшзР| Во1

Е.1 \У,КичР2Вг2 •

Решая (1), (2), (3), получим

п = 1 Св__/дч

А 1 - Св(1 — ко ' 1 '

где

г г КЕ * К\У1 ' Р2 /Лп\

к, - —77-р-•

Р] и Р2 — полюсности основного и дополнительного каскадов. Используя (1) и (4) и принимая определенные значения 2А, и Св, можно определить электромагнитные нагрузки каскадов усилителя.

Выбор коэффициента Св не произволен. Рассмотрим влияние коэффициента Св на один из основных параметров — выходную мощность усилителя. При известных размерах усилителя мощность выхода равна

Рвых = тгиг^соэ-фн.

Реактивная составляющая тока нагрузки покрывается за счет обмотки управления. При работе усилителя в номинальном режиме предполагаем, что вся мощность ротора передается на выход усилителя. Используя векторную диаграмму (рис. 1), можно записать, что активные составляющие токов ротора и нагрузки равны

ЬсОБСрн = Ь'сОБфр = ГзКхСОЗфр.

Рис. 1. Векторная диаграмма усилителя

Выразив значение тока 12 через линейную нагрузку А3, получим

1. ' CUSn> |.

2ш2\V2 \ cos срн I

С учетом (5), (6), (7) выражение мощности выхода принимает вид

4,44f, я D4 v A v В, СА Св Kw2 Рвых ---cos гр •

Для анализа выходной мощности от коэффициента Св возьмем про-1 и, приравняв ее нулю, получим

изводную

вых

dC

Cao С

во

1 - к^

i —VKi

Примечание: Предполагаем, что параметры 2А, ^Вб, D1 1, Ь остаются неизменными.

Таким образом, оптимальные значения коэффициентов Сво и Сло получаются из выражения (9). Как видно из (9), различным значениям коэффициента К] соответствуют свои оптимальные значения СЛо и Сво-

Учитывая, что К: определяется выражением (4, а), можно сделать вывод о том, что при совмещении каскадов усилителя регулируемой час-

тоты в одном магнигопроводе отношение чисел пар полюсов долж-

но быть наименьшим.

На рис. 2 представлены кривые РВых = 1(Св) и СА==Г(Св). Из рисунка следует, что оптимальному значению коэффициента Сво соответствует максимальная мощность выхода. Данные кривые построены для значений К1 =0,27, Р2 = 1. Значение РВых принято в относительных единицах. Большое значение при проектировании придается расчету обмотки управления, которая непосредственно связана с силовыми элементами УПК.

Рбых С А /.О

0.8

0.6

0,4

0,2

1 V 1 \ ёыгЖь)

Сю 1 1 sj

! \г i ^ i t=/

i 1 1 1

1 1 1 1 Cao

Сз

0,2

0Л

0.6

0.8

1,0

Рис. 2. Зависимость Р вых = f

Намагничивающая сила обмотки управления по векторной диаграмме равна

Fy = F0, H- Р-2 sin 'p,, 4- F;î sin ©p,

где Foi — h. с. цепи намагничивания основного каскада, F2 и F3 — н. с. обмоток W*2 и W3.

- к*; * ,

Эквивалентный переменный ток, протекающий по каждой фазе обмотки управления, можно определить по формуле

Iv=__ЕУ______

0,9ш, WtKwi

Ток, потребляемый из сети постоянного тока, равен

1у= Kily~,

где Кт — коэффициент по току, учитывающий схему инвертирования.

Коэффициент усиления является одним из важнейших показателей любого усилителя. Коэффициент усиления равен отношению мощностей выхода и входа. Мощность управления равна

Py=Iy-Uy.

Напряжение Uy можно определить по формуле

Uv = —77^™' 4>44f> ' BeiaZ-^-WtKwi.

J ir у 2 zPi

Значение тока управления через линейную нагрузку Ау равно:

Ау^Р 2тгЧГх

где Ау = А01+А251пфн+Аз5тфр — линейная нагрузка обмотки управления.

Мощность управления с учетом (14) и (15) принимает вид:

Pv = Ki 4,44f1aBí l Kwi___

2 mtPt

Коэффициент усиления с учетом (8) и (16) определяется выражением:

^ ___Aj___KiKw? /,

у== А01 + А2 sin <рн + A, sin ?р ' 4 "C0SV [U}

е 7ТТ"

Анализ выражения (17) показывает, что коэффициент усиления определяется параметрами ротора, нагрузки, а также линейными нагрузками обмогок управления.

В результате проделанной работы можно сформулировать следующие выводы:

1. Даны рекомендации по выбору электромагнитных нагрузок каскадов усилителя.

2. Получены выражения для расчета обмотки управления и коэффициента усиления.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ш. С. Ройз, А. И. Скороспешкин. Теоретическое исследование электромашинного усилителя регулируемой частоты с учетом управляемого полупроводникового коммутатора. «Известия ТПИ», в настоящем сборнике.

2. В. С. Н о в о к ш е н о в. Исследование бесщеточного преобразователя частоты. Диссертация, Томск, 1960.

3. М. JT. К о с т ы р е в, А. И. Скороспешкин. К проектированию бесконтактного ЭМУ переменного тока. «Известия ТПИ», т. 190, 1968.