Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы по переходным процессам и радиопомехам 9
1.1. Причины возникновения переходных процессов и радиопомех в коллекторных машинах 10
1.2. Способы борьбы с радиопомехами и повышения электромагнитной совместимости электрических машин 18
1.3. Методы измерения и методика проведения испытаний коллекторных электрических машин на допустимый уровень радиопомех 32
1.4. Выводы 36
2. Математическая модель первого уровня 37
2.1. Математическая модель коллекторного двигателя 38
2.2. Результаты моделирования статических характеристик и переходных процессов 43
2.3. Результаты экспериментальных данных 49
2.4. Выводы 50
3. Математическая модель второго уровня 51
3.1. Математическая модель процесса коммутации 51
3.2. Расчёт индуктивностей коммутируемых секций 61
3.3. Расчёт ёмкостей коммутируемых секций 64
3.4. Кривые токов в коммутируемых секциях 66
3.5. Выводы 68
4. Математическая модель третьего уровня 70
4.1. Спектральный анализ токов в коммутируемых секциях 70
4.2. Моделирование по алгоритму спектрального анализа 71
4.3. Экспериментальные исследования уровней радиопомех 75
4.4. Выводы 77
Заключение 78
Список литературы 79
Приложения 95
- Способы борьбы с радиопомехами и повышения электромагнитной совместимости электрических машин
- Результаты моделирования статических характеристик и переходных процессов
- Расчёт индуктивностей коммутируемых секций
- Экспериментальные исследования уровней радиопомех
Введение к работе
(V.
Актуальность работы. При всеобщем увеличении электроприводами и двигателями с полупроводниковыми преобразователями, в последние годы незаслуженно ослаб научный интерес к коллекторным машинам, которые, тем не менее, продолжают выпускаться, совершенствоваться и широко применяться в практике.
В настоящее время коллекторные машины переменного тока находят широкое применение и служат для привода самых разнообразных бытовых и производственных электромеханизмов: электромиксеров, соковыжималок, кофемолок, электромясорубок, электрокомбайнов и посудомоечных машин, пылесосов, электродрелей, шлифовальных машин, электропил, электрорубанков, другого ручного инструмента и бытовых электроприборов.
Положительными свойствами коллекторных двигателей переменного тока, способствующими их довольно широкому распространению, является, во-первых, возможность получения при промышленной частоте 50 Гц практически любых частот вращения, хорошие массогабаритные показатели; во-вторых, большой пусковой момент и сравнительно высокий КПД; в-третьих, возможностью работы от однофазной сети переменного тока. Эти двигатели особенно широко применяются там, где при промышленной частоте требуется получить высокие частоты вращения - 3000-20000 об/мин, чего невозможно добиться с помощью синхронных и асинхронных двигателей. Всё это говорит о том, что коллекторные машины будут использоваться необозримо долго. Их выпускают следующие заводы-изготовители: АО "Микродвигатель" (г. Калининград), ОАО "Лепсе" (г. Киров), ЗАО "Пермский электротехнический завод" (г. Пермь), Псковский электромашиностроительный завод (г. Псков) и много других.
По мере расширения применения разнообразных электро- и радиоприборов, возрастания их мощности окружающие электрические, магнитные и электромагнитные поля становятся всё более интенсивными и разнообраз-
ными по своим характеристикам. Вместе с тем непрерывно расширяется использование микропроцессорной, вычислительной техники, компьютеров и т.д., происходит их миниатюризация при понижении уровней рабочих напряжений, полезных сигналов. Всё это обостряет проблемы электромагнитной совместимости (ЭМС). В настоящее время приобретают всё больше значение аспекты обеспечения ЭМС, такие как ослабление излучений помех, затруднение проникновение помех в прибор через сеть питания, корпус, систему заземления, сигнальные вводы, рациональное построение схем и конструкций приборов и функциональных связей между ними, испытания на помехоустойчивость и т.д.
Сегодня, в связи с интенсивным развитием систем связи и созданием качественно новой радиоэлектронной техники, к коллекторным электрическим машинам предъявляются более строгие требования по допустимым уровням радиопомех (РП), со стороны тех систем, в составе которых используются электрические машины (ЭМ) данного типа.
Залогом успешной деятельности предприятия является высокое качество выпускаемой продукции, при минимальных издержках. Качество выпускаемых коллекторных ЭМ зависит от многих причин, но даже при высоком уровне технологического оборудования и высоких свойствах используемых материалов приходится учитывать те требования, которые предъявляются мировыми стандартами по ЭМС на данное изделие. Таким образом, возникает проблема обеспечения качественной ЭМС коллекторных ЭМ малой мощности с радиоэлектронными средствами и системами различного назначения, количество которых в настоящее время непрерывно растёт.
Коммутационные процессы, сопровождающиеся искро- и дугообразо-ванием в коммутирующих скользящих контактах, обуславливают большие уровни РП от коллекторных ЭМ, мешающее влияние и засоряющее действие которых распространяется практически на весь используемый радиоспектр.
Изучением РП начали заниматься с начала 20 века, как только появилась необходимость создания нормальных условий для радиоприёма. Быст-
рый рост электрификации страны (электрификация городского транспорта, железных дорог; применение новых современных машин и аппаратов со сложными электронными схемами управления; сеть медицинской высокочастотной аппаратуры; электрификация сельского хозяйства и значительное распространение электроустройств в быту) привёл к резкому повышению уровня индустриальных РП. Именно тогда и выяснились первые причины возникновения индустриальных РП, были предложены способы борьбы с ними [70].
Необходимость исследований этих явлений возрастает с увеличением количества применений коллекторных ЭМ. Накоплен значительный объём экспериментальных данных. Эффективный путь даёт математическое моделирование РП, результаты которого позволяют ещё на стадии проектирования ЭМ предсказать величины возможных перенапряжений и принять, если это необходимо, меры защиты. Большой вклад в исследование РП в ЭМ внесли отечественные и зарубежные учёные Абрамсон М.Д., Вольперт А.Р., Вольпян В.Г., Лютов С.А., Папалекси И.Д., Селяев А.Н., Бекишев Р.Ф. и ряд других авторов. К сожалению, моделированию РП в ЭМ не уделено должного внимания, и публикаций на данную тему в иностранной литературе, например, в японской, английской встречается намного больше, чем в отечественной.
Исследования выполнены в рамках гранта Министерства образования Российской Федерации (А04-3.14-292; 2004 г.).
Цель работы и задачи исследований. Целью настоящей работы является исследование переходных процессов в коллекторных двигателях переменного тока в статических и динамических режимах, моделирование РП, разработка расчётных алгоритмов и программ на ПЭВМ, экспериментальные исследования.
Научная новизна. Научная новизна диссертации заключается в создании математических моделей различных уровней для исследования переходных процессов коллекторных ЭМ при питании от синусоидального источни-
ка переменного тока, в изучении РП средствами моделирования и экспериментально, в выявлении влияющих на них факторов.
Практическая ценность работы заключается в создании математической модели, позволяющей с достаточной для инженерных расчётов точностью и малыми затратами времени исследовать работу коллекторного двигателя переменного тока с последовательным возбуждением. Кроме того, моделируются переходные процессы в коммутируемых секциях исследуемой машины, на основании которых математически описывается получение токов радиопомех. Полученные данные могут быть использованы для подбора фильтров в электрической машине, при её приемо-сдаточных испытаниях.
Методы исследований. При решении поставленных задач использовались следующие методы исследований: математическое моделирование переходных процессов, экспериментальные исследования на серийно выпускаемых машинах, сопоставление с экспериментальными данными. Круг рассматриваемых задач потребовал использование фундаментальных курсов теоретической электротехники [52,114], математического анализа [43,134], теории электрических машин [107,115,137,138], а также обзоров научных публикаций по коммутации [41,53,127,129,139,145] и стандартов [58-63]. Все вычисления и графические построения производились на ПЭВМ с применением следующих программных продуктов и специализированных пакетов: MathCAD, MATLAB, MS Word*, Grapher, AutoCAD, ELCUT.
Для реализации поставленных задач, были проведены научные исследования, по результатам которых на защиту выносятся следующие положения:
Разработка математических моделей для исследования переходных процессов в динамике коллекторного двигателя переменного тока;
Экспериментальные исследования рабочих характеристик и РП коллекторного двигателя переменного тока;
Программа расчёта коммутационных процессов в коммутируемых секциях коллекторного двигателя переменного тока;
Расчёт магнитного поля и параметров коммутируемых секций;
Результаты математического моделирования РП в коллекторном двигателе переменного тока.
Апробация работы. Основные положения проводимого исследования докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
на ежегодных научно-технических конференциях ВятГУ "Наука - производство - технология - экология" ПРОТЭК, Киров, 2003-2004 г.г. [116, 117];
X международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика", г. Москва, 2004 г. [118];
6я международная конференция UEES'2004 - Sixth international conference on UNCONVENTIONAL ELECTROMECHANICAL AND ELECTRICAL SYSTEMS. Alushta, Ukraine, 2004. [16];
IIа международная конференция ELMA 2005 - Eleventh international conference on Electrical Machines, Drives and Power Systems. Sofia, Bulgaria, 2005 [2];
Актуальные проблемы энергосберегающих электротехнологий. Труды Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006 г.[50];
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ [2,16,50,51,116,117,118].
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы. Объём работы составляет ПО страниц, в том числе 27 рисунков на 31 странице, 2 таблицы на 2 страницах, и 146 наименований списка литературы на 16 страницах, 5 приложения.
Краткое содержание работы.
В первой главе выявлены причины возникновения переходных процессов и радиопомех в коллекторных машинах, а также способы борьбы с
ними и анализ современных проблем ЭМС, методы исследования коллекторных ЭМ на допустимый уровень РП.
Во второй главе описываются физические явления, происходящие в коллекторной машине переменного тока при переходных процессах в статических и динамических режимах. Приводится методика расчёта разгона двигателя до номинальных значений переменных.
Третья глава посвящена переходным процессам в коммутируемых секциях, а также расчёту магнитного поля машины и параметров секции.
В четвёртой главе описывается спектральный анализ тока коммутируемой секции.
Способы борьбы с радиопомехами и повышения электромагнитной совместимости электрических машин
Подавление РП должно производиться на основе знаний о причинах возникновения и условий распространения высокочастотной энергии помех [9] и может осуществляться по следующим направлениям [70,142,144]: снижения уровня РП в местах их возникновения; увеличением затухания РП на путях их распространения. Подавление РП в машинах переменного тока осуществляется теми же способами, что и в машинах постоянного тока.
Рассмотрим изобретения, реализующие эти способы снижения РП. Создание искусственных ёмкостей между коллекторными пластинами, по которым замыкаются высокочастотные пульсации на самом коллекторе по наикратчайшему пути, нашло отражение в множестве изобретений [31,32,33, 34,35,37,38,40,123,132,133]. Так, например, с целью уменьшения уровня РП, вызываемых дуговым разрядом при коммутации и переходными перенапряжениями, наводимыми в обмотках якоря, коллектор снабжён проводящей и контактирующей пластинами, расположенными соответственно между несущей частью коллектора и коллекторными пластинами. Контактирующая пластина выполнена из материала с большой диэлектрической проницаемостью [17]. Эта конструкция служит для подавления РП в широком диапазоне частот. Токи помех замыкаются через распределённые ёмкости, образуемые электрической схемой коллектора. Основным недостатком этой конструкции является сложная технология изготовления коллекторов, т.к. между несущей частью коллектора и коллекторными пластинами дополнительно расположены проводящая и диэлектрическая пластины соответственно. При этом снижается прочность соединения коллекторных пластин с несущей частью коллектора. Поэтому подобные конструкции приемлемы только в электрических машинах с низкими скоростями вращения. Для повышения эффективности снижения уровня РП и искрения между коллектором и щётками контактирующий элемент выполнен в виде металли ческого слоя, нанесённого на внешнюю поверхность диэлектрического кольца, которое установлено с торцов коллекторных пластин и прилегает к ним своей неметаллизированной поверхностью [18]. Однако это устройство неравномерно снижает уровень РП в подлежащем защите частотном диапазоне, т.е. неодинаково воздействует на несущие частоты с различной природой возникновения, которые имеют различную частоту. На завершающем этапе коммутации в момент разрыва щётки с коллекторной пластиной электромагнитная энергия, запасённая в секции, расходуется в активном сопротивлении, в дуге и на электромагнитное излучение. При наличии увеличенной ёмкости, шунтирующей секцию на завершающем этапе коммутации, ток, разрываемый щеткой, замыкается через ёмкость, стремясь поддержать напряжение на секции постоянным, что облегчает работу сбегающего края щёточного контакта в момент разрыва, благодаря чему и уменьшается искрообразование и энергия электромагнитного излучения. Таким образом, в процессе коммутации ток, разрываемый между щеткой и коллекторной пластиной, замыкается по наикратчайшему пути через ёмкости соседних коллекторных пластин, облегчая работу сбегающего края щётки, стремясь поддержать напряжение секции постоянным, что приводит к уменьшению амплитуд перенапряжений в момент разрыва секций со щёткой, следствием уменьшения которых является снижение искрения и уровня РП. В [19] устройство снабжено тремя диэлектрическими кольцами, металлизированными с одной стороны, одно из которых прилегает неметаллизированной стороной к наружной поверхности петушков, другое к торцам упомянутых петушков, обращенных к рабочей поверхности коллектора, а другое с торцов коллекторных пластин. Здесь диэлектрические кольца выполнены из материалов с различной диэлектрической проницаемостью или различной толщины. В результате замыкаются на самом коллекторе по наикратчайшим путям различные по своей природе возникновения высокочастотные токи РП, чем и достигается повышение равномерной эффективности подавления РП в подлежащем диапазоне частот от 0,15...300 МГц.
В [24] предложена масса для изготовления керамического материала с увеличенной диэлектрической проницаемостью. При повышенных требованиях к уровню РП оригинальным по конструкции является изобретение [122,125,126], в котором плоский пакет получен из нескольких параллельно сложенных полос металлической фольги и разделённых изоляцией с высокой диэлектрической проницаемостью, которые многократно укладывают в конфигурацию типа "гофры". Так получаются равномерно распределённые ёмкости по коллектору, образованные между каждой ламелью и заземлённым валом. Кроме перечисленных конструкций можно отметить интересное в плане подавления РП устройство, предложенное инженерами фирмы Hewlett Packard [11]. Оно представляет собой две тонкие медные пластины, разделённые слоем плёночного электроизоляционного материала. Каждая из пластин оканчивается длинной узкой полосой, служащей токопроводящим проводом. Образованный таким образом конденсатор крепится на внешней поверхности корпуса. Для дополнительного снижения уровня РП, токопрово-дящие полосы пропускаются через ферритовое кольцо. Применяется в конструкции привода головки принтера.Для снижения уровня РП и искрения в скользящем контакте при коммутации используются дополнительные щётки. Они помещены в ферромагнитный щёткодержатель и окружены ферромагнитными экранами, соединёнными через конденсатор [39]. Таким образом за счёт полной экранировки контактной зоны [70,115] обеспечивается низкий уровень РП в широком диапазоне частот от 0,15 до 1000 МГц, что существенно улучшает качество электромагнитной совместимости данного класса электрических машин.
В [124] предлагается полная экранировка паразитных электромагнитных полей от коммутирующего скользящего контакта в непосредственной близости от него. Это достигается внутри полости крылообразных экранов щёткодержателя с набегающей и сбегающей сторон щётки, а также в полости прилива, расположенного над петушками коллектора, то есть в непосредст
Результаты моделирования статических характеристик и переходных процессов
В процессе моделирования снимались следующие характеристики: 1. Электромагнитный переходный процесс при заклинивании якоря (и=0, U =[/„а„) и включения двигателя на номинальное напряжение. Кривые i,MJM = f(t) приведены на рисунках 2.2а, 2.26 соответственно
Ударный ток якоря =66 А. Установившееся амплитудное значения тока якоря /„ t.„=35 А. Ударный момент якоря Ма„ =11,4 Нм. Среднее значение момента короткого замыкания A/Jirtp=2,85 Н-м. 2. Рабочие характеристики 1,п,Рх,рг =f(Mc) определялись по результатам решения дифференциальных уравнений в установившихся режимах Семейство кривых при номинальном напряжении приведено на рис. 2.3. Из расчётов видно, что установившееся значение скорости вращения якоря при различных нагрузках (мс) соответствует статической-механической характеристике. Время переходного процесса составляет около 1 с. Ударный ток якоря 1у1)ар =64,5 А при мс = о,5М„ЙИ, и 1удар =65 А при мс = мтч.
Осциллограмма переходного процесса изменения тока цепи якоря показывает наличие в ней периодической (принуждённой) и апериодической (свободной) составляющих. Последняя затухает примерно за два периода частоты питающей сети. В графике изменения электромагнитного момента содержится постоянная составляющая, равная моменту нагрузки мс, и переменная, пульсирующая с двойной частотой сети. 6. Осциллограммы n,i, Ps,M3i„Mc=f(t) режима пуска двигателя при номинальной нагрузке (мс= Mmv) с последующим мгновенным набросом нагрузки (мс от 1 Н-м до 2,96MHOU) в момент времени / = 1,з с до полной остановки двигателя. Напряжение номинальное. (Рис. 2.7). Рис. 2.8. п,1,Ф„м„,Ме=№ 2.3. Результаты экспериментальных данных
В таблице 2.1 приведены экспериментальные рабочие характеристики МШУ-2,2-230, в конструкции которого имеется вышеописанный коллекторный двигатель переменного тока и редуктор с передаточным числом больше единицы. Щётки сдвинуты на несколько коллекторных делений против направления вращения. В нижеприведённой таблице момент и частота вращения снимаются с вала редуктора. Нагрузка на валу МШУ создаётся нагрузочным генератором постоянного тока.
Сравнение расчётных (рис. 2.3) и экспериментальных (табл. 2.1) данных в номинальном режиме показало, что созданная модель отображает физические процессы в пределах принятых допущений, погрешность составила не более 15%. Расхождение опытных и экспериментальных данных зависимости n = f(Mc) (рис. 2.3) при малых нагрузках можно объяснить не достаточно точным учётом момента механических потерь. Таким образом, полученные результаты удовлетворительно совпадают с их номинальными данными, что подтверждает адекватность математической модели первого уровня. Следующим этапом является разработка и использование модели второго уровня - переходных процессов в коммутируемых секциях и затем модели третьего уровня, описывающей РП.
На основании проведённых исследований и анализа полученных экспериментальных данных можно сделать следующие выводы: 1. Составлена программа и проведены расчёты, происходящие в коллекторной машине переменного тока при переходных процессах в статических и динамических режимах. 2. Полученная математическая модель позволяет учитывать реакцию якоря, насыщение, возможный сдвиг щёток с линии геометрической нейтрали на некоторое число коллекторных делений, изменяющиеся реактивные сопротивления в процессе насыщения. 3. Анализ смоделированных характеристик коллекторного двигателя по сравнению с результатами экспериментальных данных в номинальном режиме свидетельствуют о хорошей адекватности разработанной модели, показавшая её приемлемость для проведения инженерных расчётов. Расхождение результатов не превышает 15%.
Расчёт индуктивностей коммутируемых секций
При исследовании вопросов коммутации возникает необходимость корректно рассчитать индуктивности коммутирующих секций ОЯ. Более точные результаты расчёта индуктивностей по сравнению с аналитическим даёт расчёт магнитного поля. Все исследования велись с помощью конечно-элементного пакета программы ELCUT, который позволяет осуществлять моделирование двумерных полей методом конечных элементов. Задача ставилась как двухмерная нелинейная. Используется формулировка задачи относительно векторного магнитного потенциала А, связанного с вектором индукции магнитного поля В соотношением В = rot А. В рассматриваемых задачах вектор индукции В всегда лежит в плоскости поперечного сечения машины (ху), а вектор плотности тока J и векторный потенциал А перпендикулярны к ней (координата z). Отличны от нуля только компоненты Jz и Аг. Для плоско-параллельных задач уравнение Пуассона имеет вид: где ji - абсолютная магнитная проницаемость, Гн/м; Jz - плотность тока, А/м . При исследовании принимались следующие допущения: - поле в области расчета стационарное, при заданном значении тока; - индуктивности секций до и в момент коммутации считаются одинаковыми; - индуктивность лобового рассеяния рассчитывается аналитически [67]; - токи во всех параллельных ветвях обмотки равны между собой; - исследуемая машина не имеет технологических отклонений.
Индуктивности секций находятся по формулам: / - ток в каждом из витков секции, А. В расчетах принималось во внимание взаимное влияние только секций катушки одного слоя в пазу. На рисунке 3.4 изображена картина силовых линий пазового рассеяния одной из секций ОЯ. Окружности секций включают только голые проводники (рис. 3.4). Рис. 3.4. Картина силовых линий пазового рассеяния одной из секций ОЯ (цифрами указаны номера секций).
Расчет проводился следующим способом: На 1 этапе при реальном распределении тока во всех проводниках обмоток и реальной кривой намагничивания стали сердечника рассчитывалась картина магнитного поля, по результатам анализа которой принималось решение о разбиении расчётной области на подобласти с линейными магнитными свойствами. На 2-ом этапе решалась задача расчёта магнитного поля в области, состоящей из подобластей с линейными магнитными свойствами при известном значении тока в одной секции ОЯ (Приложение 4).
Результаты расчёта показали, что индуктивности соседних секций получились практически идентичными из-за незначительного различия потоков пазового рассеяния. При этом способе расчёта учитывается насыщение маг-нитопроводов из-за протекания потоков, созданных всеми токоведущими проводниками. Время решения полевой задачи в системе ELCUT составляет примерно около 2 минут.
Исходя из этого собственные и взаимные индуктивности секций при конкретном токе, лежащих в одном пазу, могут быть приняты постоянными и в первом приближении равными друг другу: Lx « L2 Ьъ «... и L « const Ми « М2Х « М23 « Мъг « const
Взаимной индуктивностью лобовых частей ввиду их малости пренебрегаем [146]. С учётом вышеизложенного и применительно к схеме ОЯ (рис. 3.2) на рис. 3.5 приведена одна из кривых индуктивностеи из расчёта поля, которая показывает изменение собственной индуктивности секции якоря от тока вследствие насыщения. Рис. 3.5. Зависимость /, = /(/) Учитывая сложность поставленной задачи в связи со случайным расположением проводников в пазу всыпной обмотки коллекторной машины, для расчета электрической ёмкости секции вводится ряд допущений:1. Неоднородная изоляция в пазу двигателя заменяется однородной с учетом неплотного заполнения паза медью и изоляцией. 2. Считается, что картина электрического поля отдельно взятого проводника при расчете его емкости не зависит от остальных проводников. 3. Не учитывается влияние краевого эффекта в связи с тем, что электрическое поле в пазовой части мало искажается вблизи углов паза за счет экранирующего влияния стенки паза, а наличие краевого эффекта в лобовых частях вносит небольшую погрешность.
Расстояние между центрами соседних проводников с учетом коэффициента заполнения паза равно: коэффициент заполнения паза. Для нахождения ёмкости проводника [71,97] последний отображается относительно стенки паза (рис. 3.6). На рис. 3.6 исключается из рассмотрения стенка паза 1 и корпусная изоляция 2, а отображённый провод заменяется реальным. Расстояние между электрическими осями реального и отображенного проводников будет: где г - радиус проводника без изоляции, м ; dx - расстояние, м. Тогда можно найти расстояния (рис. 3.6):
Экспериментальные исследования уровней радиопомех
Для исследования РП как одной из составляющих ЭМС в МШУ-2,2-220 были проведены экспериментальные исследования на коллекторе, выполненном из материала с высокой окисляющей способностью (кадмиевая медь).
На рис 4.3 представлена схема экспериментальной установки для исследования уровней индустриальных РП. Для измерения высокочастотных пульсаций РП использовался измерительный комплекс, состоящий из следующих элементов: 1. Селективный микровольтметр типа SMV 6.1 для измерения напряжения помех в диапазоне частот от 0,15 до 30 МГц; 2. Эквивалент сети типа NNB 101, для обеспечения определённого полного сопротивления на высоких частотах между зажимами испытуемого техниче ского средства и эталонным заземлением, а также для защиты схемы испытаний от посторонних РП по сети электропитания
Для имитации влияния руки пользователя во время испытания изделия, которое надо держать в руках, используют эквивалент руки. Он состоит из металлической фольги, которая подсоединена к одному из выводов последовательного RC - элемента. Другой вывод RC - элемента подсоединён к эталонному заземлению измерительной схемы. Указанной точкой является зажим измерительной земли эквивалента сети. Измерение напряжений РП проводят на штепсельной вилке сетевого шнура испытуемого электроинструмента. Для исключения проникновения посторонних РП, возникающих в сети электропитания или создаваемых внешними электромагнитными полями, измерения проводят в специальном экранированном помещении (экран-комната). МШУ работает при номинальном напряжении и номинальной частоте электропитания в режиме холостого хода. Методика проведения измерений напряжений РП соответствовала ГОСТ Р 51318.14.1-99 (СИСПР 14-1-93). Ниже приведены экспериментальные данные уровней сетевых РП, полученные на МШУ-2,2-230.
Частота, МГц 016 0.24 0.55 1 1.4 2 3.5 6 10 22 30 ш-Рч1ІІ - По ГОСТ Р 51318.14.1-99 75,4 72,1 69 69 69 69 69 74 74 74 Машина №1 Щётка Г-ЗЗМ 48 50 43 37 40 44 48 46 48 38 Машина №2 Щётка Г-ЗЗМ 47 49 45 37 38 41 46 43 48 29 37 Табл. 4.1. Результаты замеров напряжения РП в МШУ-2,2-230 Сравнение полученных результатов с экспериментальными данными {табл. 4.1) позволяет судить о том, что ток РП имеет аналогию с напряжением РП. Значительные пульсации этого тока наблюдаются в диапазоне низких частот порядков до нескольких десятков кГц. 1. Показана возможность моделирования тока РП в коллекторном двигателе переменного тока с помощью системы Simulink. 2. Выполнен спектральный анализ кривых токов в коммутируемых секциях, который показал, что токи РП имеют значительные пульсации на частотах до нескольких десятков кГц. 3. Полученная информация о составляющих тока РП позволяет судить о том, что последний имеет аналогию с напряжением РП.
В диссертации рассмотрены вопросы исследования переходных процессов коллекторных ЭМ при питании от синусоидального источника переменного тока средствами моделирования и экспериментально, выявлены влияющие на них факторы. Основные результаты работы заключаются в следующем: 1. Проведён анализ основных источников РП и основных путей их снижения. Основным в коллекторных ЭМ является скользящий электрический контакт с множеством сложных и на данный момент не достаточно изученных явлений. 2. Рассмотрены существующие работы по моделированию РП. Показано, что не до конца изучены процессы оделирования индустриальных РП в коллекторных машинах переменного тока. 3. Составлена программа и проведены расчёты, происходящие в коллекторной машине переменного тока при переходных процессах в статических и динамических режимах. 4. Посредствам сравнения экспериментальных и расчётных данных выполнена оценка адекватности созданной математической модели, показавшая её приемлемость для проведения инженерных расчётов. Расхождение результатов не превышает 15%. 5. Разработана математическая модель для исследования переходных процессов в коммутируемых секциях исследуемой машины, на основе которой составлена программа расчёта процесса коммутации.
6. Показана возможность моделирования тока РП в коллекторном двигателе переменного тока с помощью системы Simulink, выполнен спектральный анализ кривых токов в коммутируемых секциях. 7. Полученная информация о составляющих тока РП позволяет судить о том, что последний имеет аналогию с напряжением РП.
