Главная Контакты Добавить в избранное Авторы Вопросы и ответы
,

 

УДК 621.2.313.001.24

ВНЕШНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕСКОНТАКТНОГО СОВМЕЩЁННОГО СИНХРОННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА С ПЕРИОДИЧЕСКИ ИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ СТРУКТУРОЙ ОБМОТКИ РОТОРА

Китаев А.В., Клементьев А.В., Якимчук Г.С.

Рассматривается методика расчета и построения внешних характеристик бесконтактного совмещенного синхронного электрического генератора с периодически изменяющейся структурой обмотки ротора (БСЭГ ПСОР).

Повышение надежности электрооборудования шахт и рудников вызывает повышенный интерес специалистов к бесконтактным электрическим машинам и их характеристикам, важнейшей из которых являются внешние. В определенной мере эта проблема затрагивалась в работе [1], но кроме составления и определения параметров схемы замещения электрической машины автор далее не пошел.

Цель настоящей статьи – разработка методики расчета и полномасштабного исследования семейства внешних характеристик БСЭГ ПСОР при нагрузке, изменяющейся по модулю и аргументу.

Принципиальная электрическая схема генератора рассматриваемого типа согласно работе [1] приведена на рисунке 1.

 

Статор

Ротор

Рис. 1 Принципиальная электрическая схема БСЭГ ПСОР

Его статор содержит две обмотки: якорную (ОЯ) и обмотку возбуждения возбудителя (ОВВ), причём магнитная связь между ними отсутствует. Питание ОВВ можно осуществить либо от независимого источника, либо от ОЯ через специальный регулятор. Обмотки ОЯ и ОВВ отличаются друг от друга своей полюсностью. Например, если генератор представляет собой двухполюсную машину, то ОВВ должна создавать четырёхполюсную магнитную систему. ЭДС ,напряжения и токи, относящиеся к ОВВ и ОЯ, условимся обозначать соответственно индексами “b” и “а”. Конструкция ротора машины может иметь явнополюсное и неявнополюсное исполнение. В последнем случае она содержит две обмотки, связанные между собой общей магистралью. В свою очередь каждая обмотка состоит из двух катушечных групп ,которые могут включаться друг с другом последовательно или параллельно в зависимости от полярности, создаваемой на зажимах диодов Д1, Д2, Д3. При вращении ротора от приводного механического двигателя в магнитном поле, создаваемым током Ib, протекающим по ОВВ, в катушечных группах будут наведены ЭДС. Под их действием в группах возникнут токи, которые создадут двухполюсное магнитное поле ротора. Условимся эти токи обозначать соответственно . Очевидно, что вращение поля совместно с ротором обеспечит генерирование в фазах ОЯ трёхфазной симметричной системы ЭДС, которая при подключении на выходные зажимы машины трёхфазного или однофазного приёмника определит ток нагрузки. В связи с принятой выше индексацией ЭДС и ток фазы ОЯ будем обозначать соответственно  и .

При включении на выходные зажимы ОЯ БСЭГ ПСОР переменной по модулю нагрузки =  (здесь -модуль -аргумент) будут наблюдаться изменения выходного напряжения  и тока в цепи якоря . Поскольку аргумент полного комплексного сопротивления  в зависимости от характера нагрузки также можно менять, то следует говорить о целом семействе характеристик , получивших название внешних. Они рассчитываются или определяются экспериментальным путём при условии сохранения значений токов ,  и частоты вращения ротора w. Рассмотрим аналитический путь определения интересующих нас характеристик.

С этой целью обратимся вначале к схеме замещения и векторной диаграмме неявнополюсной БСЭГ ПСОР, приведенным на рисунке 2 а), б).

               

а)                                                        б)

Рис. 2 Схемы замещения, векторная диаграмма и треугольник сопротивлений БСЭГ ПСОР

Применяя по отношению к векторной диаграмме теорему косинусов, получим аналитическое выражение внешней характеристики в виде:

 

,                                                        (1)

 

где        - относительное значение выходного напряжения

-ЭДС , наводимая в фазах ОЯ* в режиме х. х.;

- относительное значение тока;

- ток  в режиме короткого замыкания;

- угол, равный разности аргументов  и ;

- аргумент полного комплексного синхронного сопротивления

Рассмотрим возможный диапазон изменения  и . Учтём, что в БСЭГ ПСОР сопротивление  имеет активно- индуктивный характер с существенным преобладанием индуктивного. Сопротивление же  может быть активным, индуктивным, емкостным и смешанным. Отсюда следует, что диапазон изменения  лежит в пределах 180°. Поскольку схема рисунок 2а в общем случае представляет собой цепь с последовательным включением , то при изменении нагрузки емкостного характера возможен режим резонанса напряжений. Тогда протекающий в цепи ток найдётся по соотношению . Ток же режима к. з. будет существенно меньше и равен . То есть, ток - это достаточно большая величина, которое по мере снижения  к нулю будет стремиться к бесконечности. Однако практика расчетов показала, что для выяснения хода кривых семейства внешних характеристик достаточен диапазон изменения  в пределах 0¸2. Тогда, заложив в программу расчёта дискретность изменения , равной .например, 0.1, а -30°, получим в итоге наглядную графическую иллюстрацию искомого семейства (см. рисунок 3).

Она представляет собой совокупность выпуклых кривых, расположенных над базовой прямой АВ, отвечающей условию . Все эти кривые симметричны относительно перпендикуляра ДС, восставленного из середины базовой прямой и подчиняющегося уравнению . При высшем предельном значении =180° внешняя характеристика имеет вид двух граничных прямых AN и BM, удовлетворяющих соответственно уравнениям  и

Рис. 3 Семейство внешних характеристик

Для точек пересечения перпендикуляра ДС с зависимостями семейства  справедливо равенство:

.

Его решение даёт координатное расположение точек пересечения по оси абсцисс и ординат:

.


Высоту подъёма любой из рассматриваемых точек или линию прогиба  можно найти по соотношению:

 

Характерно, что кривые, отвечающие условию °, имеют экстремум по току и напряжению. Их значения  и , а также координатное расположение ,  определяются путём исследования производных  и . Результаты исследования дают следующие соотношения:

 

            

 

Что же касается вопроса внешних характеристик явнополюсного генератора, то, как показано в [3], его схема замещения всегда может быть сведена к схеме рисунке 2 а), но  следует заменить на , а  на некоторую фиктивную расчётную ЭДС , значение которой определяется по соотношению:

 

,

 

где       ,  - соответственно индуктивные сопротивления по осям  и ;

 - активное сопротивление фазы ОЯ;

 - угол сдвига между ЭДС  и .

Далее на основании идентичности схем замещения обоих генераторов можно утверждать, что семейства их внешних характеристик при использовании относительных значений тока и напряжения абсолютно одинаковы.

 

Выводы

1.                  Разработана методика расчета и построения внешних характеристик БСЭГ ПСОР во всем диапазоне нагрузок, изменяющихся по модулю и аргументу.

2.                  Установлено, что при использовании относительных величин внешние характеристики представляют собой семейство симметричных выпуклых кривых, соответствующих характеру нагрузки.

 

The technical of calculating external characteristics of contactless synchronous electrical generator with periodically changing structure of rotor winding is offered on the basic of the method of equivalent generator and the theory of four-pole electric machine according to which the electrical machine is considered as an object of automatic control. Large-scale research of the family of external characteristics is done at loadings varying on module and argument.

 

1.                  Клементьев А.В., Олейников А.М. Особенности электромагнитных процессов в бесконтактном совмещённом генераторе с периодически изменяющейся структурой обмотки ротора // Электротехника. –2000. –№3.–С. 22–25.

2.                  Китаев А.В. Математическое описание электромагнитных процессов трансформаторов на основе теории четырёхполюсников // Электричество. – 2000.–№4. – С. 64–69.

3.                  Важнов А.И. Электрические машины. – Л: Энергия,1969 – 605 с.

 





Ответы на вопросы [_Задать вопроос_]

Моделирование объектов и систем управления

Соколов А.Е., Махова Е.О. Моделирование процесса принятия педагогического решения при компьютеризированном обучении

Славко О.Г. Порівняльний аналіз керування регулятором на основі локальної моделі керованого процесу та П-регулятором

Войтенко В.В., Дикусар Е.В, Ситников В.С. Определение частоты среза устройства сглаживания данных на основе метода скользящего среднего

Передерій В.І. Алгоритм визначення та оцінки характеристик ефективності комп’ютерних систем на початковій стадії проектування в умовах невизначенності

Ляшенко С.А, Ляшенко А.С. Оценка модели псевдолинейной регрессии

Ладієва Л.Р. Математична модель процесу газової мембранної дистиляції

Носов П.С., Косенко Ю.І. Нечіткі моделі і методи ідентифікації та прогнозу стану інформаційної моделі студента

Китаев А.В., Глухова В.И. Анализ работы синхронного двигателя с неявнополюсным ротором по данным каталога

Дорошкевич В.К., Пироженко А.В., Хитько А.В., Хорольский П.Г. К определению требований к системам увода космических объектов

Голінко І.М., Ковриго Ю.М., Кубрак А.І. Настройка системи керування за імпульсною характеристикою об’єкта

Яшина К.В., Садовой А.В. Комплексная математическая модель тепловых процессов, происходящих в дуговых электросталеплавильных печах

Шейник С.П., Рудакова А.В. Использование функций принадлежности для моделирования параметров распределенных объектов

Хомченко А.Н., Литвиненко Е.И. Метод барицентрического усреднения граничных потенциалов электростатического поля

Селяков Е. Б. Моделирование требований к техническим системам методами математической логики

Тодорцев Ю.К., Ларіонова О.С., Бундюк А.М. Математична модель контура теплопостачання когенераційної енергетичної установки

Кириллов О.Л. , Якимчук Г.С. Моделирование процесса управления системой перегрузки углеводородных жидких топлив

Шеховцов А.Н., Козел В.Н. Построение математической модели формирования распределенных систем

Китаев А.В., Глухова В.И. Анализ поведения генератора постоянного тока по данным каталога

Хомченко А.Н., Козуб Н.О. Задачі наближення функцій: від лагранжевих до серендипових поліномів

Хобин В.А., Титлова О.А. Определение температуры парожидкостной смеси в дефлегматоре АДХМ по результатам измерений температуры его поверхности

Григорова Т.М., Усов А.В. Вероятностно-статистическое моделирование маршрутизированных пассажиропотоков в крупных городах

Горач О.О., Тернова Т.І. Моделювання технологічного процесу одержання трести при використані штучного зволоження з урахуванням складу мікрофлори

Дубік Р.М., Ладієва Л.Р. Математична модель розділення неоднорідних рідких систем

Казак В.М, Лейва Каналес Родриго, Яковицкая Е.Ю. Моделирование динамики полета магистрального самолета на исследовательском стенде

Завальнюк И.П. Исследование процесса торможения автомобиля как критического режима динамической системы

Дмитриев С.А., Попов А.В. Построение портрета неисправностей проточной части газотурбинного двигателя на примере АИ-25

Русанов С.А., Луняка К.В., Клюєв О.І., Глухов Г.М. Математичне моделювання робочого процесу в апаратах з віброкиплячим шаром та розробка систем автоматизованого моделювання гідродинаміки віброкиплячих шарів

Боярчук В.П., Сыс В.Б. Экспериментальные исследования влияния технологии шлихтования на изменение жесткости текстильных нитей

Селін Ю.М. Використовування контекстних марківських моделей для аналізу дії промислових вибухів на будівельні конструкції

Рудакова А.В. Проблемы интеграции сложных систем

Передерій В.І., Касап А.М. Математична модель та алгоритм автоматизації розрахунку параметрів комп’ютеризованих систем працюючих у реальному часі

Передерий В.И., Еременко А.П. Математические модели и алгоритмы принятия релевантных решений пользователями автоматизированных систем с учетом личностных и внешних факторов на базе генетических алгоритмов

Михайловская Т.В., Михалев А.И., Гуда А.И. Исследование правил клеточных автоматов для моделирования процессов затвердевания квазиравновесных бинарных сплавов

Хомченко А.Н., Колесникова Н.В. Явление «сверхсходимости» в задаче Прандтля для уравнения Пуассона

Китаев А.В., Глухова В.И. Анализ работы трансформатора по данным каталога

Квасницкий В.В., Ермолаев Г.В., Матвиенко М. В., Бугаенко Б.В., Квасницкий В.Ф. Оценка применимости метода компьютерного моделирования к исследованию напряженно-деформиррованного состояния цилиндрических узлов

Китаев А.И., Глухова В.И. Анализ работы асинхронного двигателя по данным каталога

Шелестов А.Ю Имитационная модель взаимодействия GRID-узлов с очередью доступа к общей памяти

Chizhenkova R.A. Mathematical Aspects of Bibliometrical Analysis of Neurophysiological Investigations of Action of Non-ionized Radiation (Medline-Internet)

Хомченко А.Н., Козуб Н.А. Геометрическое моделирование дискретных элементов с криволинейными границами

Славич В.П. Модель автоматизованої системи управління потоками транспортних засобів

Маркута О.В., Мысак В.Ф. Программная реализация и исследование особенностей метода группового учета аргументов

Степанкова Г.А., Баклан І.В. Побудова гібридних моделей на основі прихованих марківських моделей та нейронних мереж

Бакшанська Т.Д., Рижиков Ю.Г., Тодорцев Ю.К. Математична модель процесу горіння природного газу з рециркуляцією продуктів згорання для цілей управління

Хомченко А.Н. Новые решения обобщенной задачи Бюффона

Передерий В.И., Еременко А.П. Математические модели и алгоритмы определения релевантности принимаемых решений с учетом психофункциональных характеристик пользователей при управлении автоматизированными динамическими системами

Ложечников В.Ф., Михайленко В.С., Максименко И.Н. Аналитическая много режимная математическая модель динамики газовоздушного тракта барабанного котла средней мощности

Ковриго Ю.М., Фоменко Б.В., Полищук И.А. Математическое моделирование систем автоматического регулирования с учетом ограничений на управление в пакете Matlab

Исаев Е.А., Наговский Д.А. Математическое описание влияния кривизны контактирующих тел на угол смачивания жидкости в межчастичном пространстве

Бідюк П.І., Литвиненко В.І., Кроптя А.В. Аналіз ефективності функціонування мережі Байєса

Тищенко И.А., Лубяный В.З. Математическое моделирование вокодера для определения оптимальной формы импульса сигнала возбуждения.

Николаенко Ю.И., Моисеенко С.В. Моделирование гармонического полиномиального базиса гексагона.

Козуб Н.А., Манойленко Е.С., Хомченко А.Н. Температурный тест для модифицированных базисов бикубической интерполяции.

Клименко А.К. Об упрощенном численном конструировании обратной модели динамического объекта.

Китаев А.В., Сушич Е.Ф. Расчет погрешностей измерительных трансформаторов.

Передерій В.І.,Касап А.М. Математична модель та алгоритм автоматизації розрахунку параметрів комп’ютеризованих систем працюючих у реальному часі

Шпильовий Л.В. Математична модель та алгоритм екстремального управління процесом осадження дисперсної фази суспензії.

Тулученко Г.Я. Інформаційний модуль експрес-пошуку точок еквівалентності процесу нейтралізації.

Тернова Т.І. Урахування морфогенетичного рівняння в математичній моделі тканини.

Попруга А.Г. Теоретические и экспериментальные исследования электрических нагревателей по критерию экономии энергии.