Радиопомехи от коллекторных машин и способы их подавления

При неудовлетворительной коммутации коллекторная машина становится источником радиопомех, ухудшающих качество ра­диоприема, а иногда делающих его невозможным, поэтому уро­вень индустриальных радиопомех не должен превышать значений, определяемых действующими нормами.

Радиопомехи распространяются дву­мя путями: по эфиру (электромагнитное излучение) и через электросеть. Для по­давления помех, распространяемых по эфиру, электрические машины экрани­руют. В качестве экрана используют за­земленный корпус машины. Если со сто­роны коллектора в машине имеются окна, то их следует закрыть металлическим колпаком или сеткой, обеспечив им на­дежный контакт с корпусом машины.

Рис. 27.14. Схема вклю­чения помехозащитного фильтра

Для подавления помех, проникающих от машины в сеть, применяют симметри­рование обмоток и включение фильтров. Симметрирование обмоток состоит в том, что каждую обмотку, включенную после­довательно в цепь якоря, разделяют на две равные части и присоединяют сим­метрично к щеткам разной полярности.

Применение фильтров — основной способ подавления радиопо­мех. Для большинства машин достаточно установить емкостный фильтр в виде конденсаторов, включаемых между каждым токо­несущим проводом и корпусом машины (рис. 24.14). Значение ем­кости конденсаторов подбирают опытным путем, при этом они должны быть рассчитаны на рабочее напряжение машины. Для фильтров предпочтительны проходные конденсаторы типа КБП, у которых одним из зажимов является металлическая обо­лочка, прикрепляемая непосредственно к корпусу машины.

МДК.01.02 Электрооборудование промышленных и гражданских зданий

35. Состояние и перспективы развития электрооборудования, силовой преобразовательной техники в современном производстве.

Современное состояние и перспектива развития полупроводниковых приборов для электрооборудования промышленности.
Полупроводниковые приборы силовой электроники – важнейшая элементная база энергосберегающего преобразовательного оборудования. Они выполняют функции мощных электронных управляемых ключей для коммутации тока в схемах преобразования электрической энергии (выпрямление, инвертирование, регулирование переменного и постоянного токов, стабилизация питающих сетей, защита от перенапряжений и т.п.).
Силовые полупроводниковые приборы (СПП) способны преобразовывать мощности в непрерывном режиме от 0,5 кВт до 100 МВт на частотах от 50 Гц до 100 кГц, в импульсных режимах – до 100 ГВт. Эти уникальные свойства приборов обусловили их широкое применение в силовой электронике.Развитие полупроводниковых приборов в России зависит от состояния отечественного рынка преобразовательной техники, а также от мировых тенденций развития электронной компонентной базы. По-прежнему востребованы стандартные биполярные приборы: диоды, тиристоры (SCR), динисторы, триаки и др. Они и сегодня составляют основу отечественного преобразовательного оборудования, применяемого в электроэнергетике, транспорте, машиностроении, металлургии, нефте- и газодобыче, стройиндустрии, на крупных коммунальных объектах, в военной технике и пр.Вместе с тем, за последние годы на базе полностью управляемых ключей, прежде всего IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor) и IGCT (Integrated Gate-Commutated Thyristor), созданы современные преобразователи, обеспечивающие преобразование электроэнергии на высоких частотах при минимальных потерях и материальных затратах. Рынок этих приборов, в первую очередь IGBT-модулей, сегодня наиболее динамичен. Он активно расширяется как за счет новых областей применения (автомобильная электроника, ветроэнергетика, инверторы для солнечных батарей, очистка воды, медицинская техника, радиолокация и др.), так и за счет сфер, в которых раньше традиционно использовались мощные тиристоры, – передача электроэнергии (HVDC), компенсаторы реактивной мощности (SVC), электроприводы (IDCD), источники питания (UPS) и др. Причем IGCT уже сегодня достигли предельных коммутируемых мощностей (6000 А/8000 В), характерных для SCR, а IGBT приближаются к ним (3600 А/6500 В).

36. Основные понятия и определения светотехники. Светотехнические единицы измерения световых величин.

Фильтр помех коллекторного двигателя

Помехи и отказы в работе RC-аппаратуры

Помехи от ходового двигателя и контроллера

Ходовой двигатель и управляющий им контроллер — самые мощные источники активных бортовых помех, даже в том случае, если они исправны, и работают в штатном (нормальном) режиме.

Двигатель постоянного тока со статором из постоянных магнитов, работает благодаря вращающемуся магнитному полю, которое создается при коммутации обмоток ротора. Узел коммутации — пресловутые «коллектор-щетки» — и есть место возникновения широкополосных импульсных радиопомех, аналогичных помехам любой искрящей цепи, будь то молния, электросварка, или просто любой электрический размыкатель (наибольшее искрение возникает именно при размыкании токовой цепи). Этот источник соединен как с обмотками мотора, так и с внешними питающими цепями. И все эти цепи являются своеобразными антеннами, благодаря которым высокочастотные колебания, возникающие при искрении, и имеющими достаточно высокую мощность и амплитуду, излучаются в пространство, не только наводя в антенне приемника весьма сильную и широкополосную помеху, но и попадая в приемник по цепям питания.

Следует иметь в виду, что любой электрический мотор постоянного тока всегда искрит, и чем больше изношены щетки и коллектор, тем это искрение больше. Способов борьбы с этим видом помех не много, и все они достаточно просты и эффективны. Прежде всего необходимо постоянно следить за состоянием щеток и коллектора, и при необходимости заменять щетки и протачивать поверхность коллектора. Эти операции неоднократно описаны, и, в принципе, могут быть выполнены большинством моделистов самостоятельно. Корпус модельных электродвигателей обычно выполнен из металла, и общий провод питания (электрическая «масса») бортового оборудования обязательно должен быть соединен с корпусом двигателя. Эта простая мера в значительной мере снизит уровень помех от двигателя.

Провода питания, идущие к двигателю от контроллера, должны быть шунтированы между собой керамическим конденсатором (электролит здесь работать не будет) емкостью 1.0-10.0nF на входных клеммах электромотора. Кроме того, каждая входная клемма должна быть зашунтирована таким же конденсатором на массу (на корпус двигателя). Всего шунтирующих конденсаторов должно быть три для реверсируемых двигателей (авто- и судомодели), или два для двигателей авиамодели, которые работают без реверса. В последнем случае одна из подводящих клемм должна иметь надежный электрический контакт с корпусом двигателя. Соответственно, к двигателю авто- и судомодели должно подходить три провода, а для авиамодельного мотора достаточно двух проводов. Все силовые провода обязательно должны быть медными, многожильными и достаточного сечения, которое посчитать очень просто: на один квадратный миллиметр сечения провода должно приходиться не более 5-7 ампер тока. Так, для питания двигателя, потребляющего при максимальной нагрузке ток в 25 ампер, следует использовать провод сечением 25/5=5 кв.мм. Разумеется, провод должен иметь хорошую изоляцию, способную выдерживать нагрев до температуры не менее 150 градусов, т.к. мощные двигатели могут очень сильно нагреваться в процессе работы. Очень надежны провода из очищенной безкислородной меди в силиконовой изоляции. Подробнее о проводах поговорим позже.

Дополнительное шунтирование мощного ходового электродвигателя электролитическим конденсатором, даже большой емкости (2.000-5.000uF), с целью устранения «просадок» по цепям питания, на мощных двигателях обычно не приносит ожидаемых результатов, т.к., во-первых, при реверсивном режиме работы приходится применять редкие, дорогие и большие по размеру и весу униполярные электролиты (обычный электролит просто взорвется при изменении полярности напряжения), применение которых обязательно снижает динамику двигателя при реверсировании, а во-вторых, современная аккумуляторная батарея сама эквивалентна конденсатору с емкостью гораздо большей, чем выше указанные номиналы, что все-таки, не спасает от «просадок» напряжения питания при бросках тока. И только в редких случаях, дополнительное шунтирование цепи питания нереверсируемого электродвигателя позволяет в некоторой мере снизить такие «просадки», которые у маломощного мотора и без того достаточно малы. О борьбе с таким видом помех, как «просадки» напряжения, так же поговорим чуть позже.

Контроллер ходового двигателя является источником высокочастотных электромагнитных помех, причем спектр и уровень этих помех часто не постоянен, и может изменяться при регулировке пилотом режима работы ходового двигателя. В связи с этим, помеха от работающего контроллера может проявляться только в отдельные моменты, при работе электромотора на определенных режимах или оборотах.

Современные контроллеры регулируют обороты двигателя посредством подачи на него импульсного напряжения с регулируемой скважностью (режим ШИМ). Этого достигается путем изменения частоты импульсов неизменной длительности, или, при неизменной частоте, изменением длительность каждого импульса. Но и в том, и в другом случае, в силовых цепях контроллера и двигателя возникают высокочастотные «всплески» с резкими фронтами и с амплитудой, равной напряжению питания. Кроме того, может возникнуть ситуация, когда какие-либо соединительные цепи борта входят в электрический резонанс с частотой работы контроллера (или одной из гармоник этой частоты), что приведет к резкому увеличению уровня вторичных излучений. В некоторой степени эти излучения можно снизить, зашунтировав входные и выходные клеммы контроллера высокочастотными керамическими конденсаторами емкостью порядка 10.0-30.0nF. Кроме того, некоторое снижение уровня наводок от цепей регулировки и питания двигателя можно достичь, тщательно заэкранировав все провода и сам контроллер. Провода можно поместить в экранирующий «чулок», а контроллер просто обернуть медной фольгой (при этом не надо забывать, что эта простая мера может ухудшить тепловой режим работы контроллера), или мелкоячеистой медной сеткой. Все экранирующие цепи не должны быть силовыми (по ним не должны протекать большие токи), лучше всего, если все экраны будут присоединены к «массе» в одной точке, например, в точке подачи напряжения питания на контроллер. Желательно, также, чтобы провода от контроллера к двигателю были минимальной длины.

Пассивные помехи контроллера выявляются и устраняются также, как и в бортовом приемнике.

Все права на статьи принадлежат И.В. Карпунину (aka Glider).

Радиопомехи от коллекторных машин и способы их подавления

При неудовлетворительной коммутации коллекторная машина становится источником радиопомех, ухудшающих качество ра­диоприема, а иногда делающих его невозможным, поэтому уро­вень индустриальных радиопомех не должен превышать значений, определяемых действующими нормами.

Радиопомехи распространяются дву­мя путями: по эфиру (электромагнитное излучение) и через электросеть. Для по­давления помех, распространяемых по эфиру, электрические машины экрани­руют. В качестве экрана используют за­земленный корпус машины. Если со сто­роны коллектора в машине имеются окна, то их следует закрыть металлическим колпаком или сеткой, обеспечив им на­дежный контакт с корпусом машины.

Рис. 27.14. Схема вклю­чения помехозащитного фильтра

Для подавления помех, проникающих от машины в сеть, применяют симметри­рование обмоток и включение фильтров. Симметрирование обмоток состоит в том, что каждую обмотку, включенную после­довательно в цепь якоря, разделяют на две равные части и присоединяют сим­метрично к щеткам разной полярности.

Применение фильтров — основной способ подавления радиопо­мех. Для большинства машин достаточно установить емкостный фильтр в виде конденсаторов, включаемых между каждым токо­несущим проводом и корпусом машины (рис. 24.14). Значение ем­кости конденсаторов подбирают опытным путем, при этом они должны быть рассчитаны на рабочее напряжение машины. Для фильтров предпочтительны проходные конденсаторы типа КБП, у которых одним из зажимов является металлическая обо­лочка, прикрепляемая непосредственно к корпусу машины.

Контрольные вопросы

1.Какие причины могут вызвать искрение на коллекторе?

2.Какие степени искрения предусмотрены ГОСТом? Дайте каждой из них ха­рактеристику и укажите условия допустимости.

3.Почему прямолинейная коммутация не сопровождается искрением?

4.Какие причины, вызывающие искрение, возникают при замедленной комму­тации?

5.Объясните назначение и устройство добавочных полюсов.

6.Каковы причины, способные вызвать круговой огонь по коллектору?
7.Как можно снизить уровень радиопомех в коллекторной машине?

Глава 28

Коллекторные генераторы постоянного тока

Основные понятия

В процессе работы генератора постоянного тока в обмотке якоря индуцируется ЭДС [см. (25.20)]. При подключении к генератору нагрузки в цепи яко­ря возникает ток, а на выводах генератора устанав­ливается напряжение, определяемое уравнением на­пряжений для цепи якоря генератора:

. (28.1)

(28.2)

— сумма сопротивлений всех участков цепи якоря: обмотки якоря , обмотки добавочных полюсов , компенсационной обмотки , последовательной обмотки возбуждения и переходного щеточного контакта .

При отсутствии в машине каких-либо из указан­ных обмоток в (28.2) не входят соответствующие слагаемые.

Якорь генератора приводится во вращение при­водным двигателем, который создает на валу гене­ратора вращающий момент . Если генератор ра­ботает в режиме х.х. , то для вращения его якоря нужен сравнительно небольшой момент холо­стого хода . Этот момент обусловлен тормозными моментами, возникающими в генераторе при его работе в режиме х.х.: моментами от сил трения и вихревых токов в якоре.

При работе нагруженного генератора в проводах обмотки якоря появляется ток, который, взаимодей­ствуя с магнитным полем возбуждения, создает на якоре электромагнитный момент М [см. (25.24)]. В генераторе этот момент направлен встречно вра­щающему моменту приводного двигателя ПД (рис. 28.1), т. е. он является нагрузочным (тормозящим).

Рис. 28.1. Моменты, действующие в генераторе постоянного тока

При неизменной частоте вращения вра­щающий момент приводного двигателя уравнове­шивается суммой противодействующих моментов: мо­ментом х.х. и электромагнитным моментом М, т. е.

. (28.3)

Выражение (28.3) — уравнение моментов для генератора при . Умножив члены уравнения (28.3) на угловую скорость вращения якоря , получим уравнение мощностей:

, (28.4)

где — подводимая от приводного двигателя к генератору мощность (меха­ническая); —мощ­ность х.х., т. е. мощность, подводимая к генератору в режиме х.х. (при отключен­ной нагрузке); — электромагнитная мощность генератора.

Согласно (25.27), получим

,

или с учетом (28.1)

, (28.5)

где — полезная мощность генератора (электрическая), т. е. мощ­ность, отдаваемая генератором нагрузке; — мощность потерь на нагрев обмоток и щеточного контакта в цепи якоря (см. § 29.8).

Учитывая потери на возбуждение генератора ,получим уравнение мощностей для генератора постоянного тока:

. (28.6)

Следовательно, механическая мощность, развиваемая приводным двигателем , преобразуется в генераторе в полезную электрическую мощность , передаваемую нагрузке, и мощ­ность, затрачиваемую на покрытие потерь .

Так как генераторы обычно работают при неизменной частоте вращения, то их характеристики рассматривают при условии . Рассмотрим основные характеристики генераторов посто­янного тока.

Характеристика холостого хода — зависимость напряжения на выходе генератора в режиме х.х. от тока возбуждения :

при и .

Нагрузочная характеристика — зависимость напряжения на выходе генератора U при работе с нагрузкой от тока возбу­ждения :

при и .

Внешняя характеристика — зависимость напряжения на выходе генератора U от тока нагрузки :

при и ,

где — регулировочное сопротивление в цепи обмотки возбуж­дения.

Регулировочная характеристика — зависимость тока возбуж­дения от тока нагрузки при неизменном напряжении на выходе генератора:

при и .

Вид перечисленных характеристик определяет рабочие свой­ства генераторов постоянного тока.