Инверторы с индуктивно-емкостным балластом Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Проведенный анализ технических неисправностей АД в сельскохозяйственном производстве позволит выделить основные диагностические параметры и разработать методы идентификации неисправностей в процессе технической эксплуатации.

Литература

1. Сташко, В.И. Диагностика изоляции электродвигателей в сельском хозяйстве на основе использования метода волновых затухающих колебаний в обмотке: автореф. дис. ... канд. техн. наук / В.И. Сташко. -Барнаул, 1998. - 32 с.

2. Овчаров, В.В. Эксплуатационные режимы работы и непрерывная диагностика электрических машин в сельскохозяйственном производстве / В.В. Овчаров. - Киев: Изд-во УСХА, 1990. - 168 с.

3. Гольдберг, О.Д. Проектирование электрических машин: учеб. / О.Д. Гольдберг - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2001. - 430 с.

УДК 621.327 П.П. Долгих, Я.А. Кунгс, М.А. Михайлов

ИНВЕРТОРЫ С ИНДУКТИВНО-ЕМКОСТНЫМ БАЛЛАСТОМ

В статье приводится методика расчета электронных пускорегулирующих аппаратов (ЭПРА). Для приближенного расчета системы «ЭПРА - лампа» используется метод гармонического анализа. Приведена эквивалентная схема инвертора, дан математический анализ ее характеристик.

Для приближенного расчета системы «ЭПРА - лампа» используется метод гармонического анализа. При этом лампа в квазиустановившемся режиме заменяется эквивалентным резистором, что является вполне допустимым.

Эквивалентная схема электронный балласт-лампа для приближенных расчетов имеет вид, представленный на рис. 1. Инвертор представлен генератором переменного прямоугольного напряжения в(ї) с амплитудой Е=0,5и (и - напряжение на входе инвертора). Лампа заменена резистором К подключенным к генератору через разделительный конденсатор Ср и токоограничивающий реактор і С - пусковой конденсатор.

Как в случае с индуктивным балластом, для расчета воспользуемся методом гармонического анализа. Для приближенного расчета анализ схемы можно провести для первой гармоники (ш=ш-і) [2].

Рис. 1. Эквивалентная схема инвертора с индуктивно-емкостным балластом

для угла сдвига между напряжением генератора Е(]ш) и током реактора і])

Анализ схемы приводит к следующим выражениям: Для передаточной характеристики:

*0'ю) =

илЦ<»)

Ей со)

1-

йГ

_ _ч_

О),

о У

Г л \

V СОо А ~ У

б.

(1)

(О

со,

о

со

\С°о У

б

2

2

для модуля передаточной характеристики:

к-У*-

£

Ґ ,,2 Л

1-

со

со„

2 Ґ ^2 СО

для входного сопротивления:

ЕЦсо)

Л.О)

= К

V о )

Ґ \ СО

\<°о) 1бу

Ч^У б

Ґ \

-б

Ч®оУ

( „2 >

1-

0)

С0„

V О /

+ 1

1 +

\2

со

б2

(2)

(3)

<7>(<г>) = агсі#

с \ со

\^о_) б

Ґ \

-б

Ґ

\ао;

2

к ®»у

Для угла сдвига между током реактора 1^ш) и напряжением на лампе ил(]ш)'.

]_

<2.

у/{со) = агс/£

;\^ у / л • V "«у

В приведенных выше формулах (1 - 5):

собственная частота цепи нагрузки;

со„

4Цс

добротность цепи нагрузки;

ЬЭ=Ь

1

(2 4)2Ср

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

эквивалентная индуктивность цепи нагрузки;

Еі, Щ, іл - действующие значения соответственно напряжения генератора, напряжения на лампе и тока реактора.

Мгновенные значения тока реактора, напряжения на лампе и тока лампы определяются формулами:

Е

К(0 = 1—1ш~Г §іп(соі-ф) , (9)

ил (0 = $т((01 -ср-ц■/),

Е К

Ш = 8ІП(®Ґ - V ~ V) ■

К

(10)

(її)

где К, ф, у вычисляются по формулам (2, 4-5)

1

1

На резонансной частоте (ш=шО) коэффициент передачи:

Я

к = — = о =

Е1 *

0)1.

- о)СК.

(12)

На резонансной частоте коэффициент передачи и напряжение на лампе возрастают пропорционально

0. Вычисления показывают, что при напряжении сети 220 В для надежного пуска ламп с напряжением зажигания до 600 В на резонансной частоте достаточно К=3. Реально К достигает значений до 10 и более, поэтому надежное отпирание обеспечивается в достаточно широкой области частот 1,3> ш >0,7. Это является положительным моментом, поскольку параметры элементов электронного балласта меняются со временем и возможно отклонение от частоты [1].

При настройке на резонансную частоту и при частотах выше резонансной угол ф уменьшается с ростом 0, оставаясь положительным. При частотах ниже резонансной наблюдается изменения знака угла ф с положительного на отрицательный по мере роста добротности 0. Работа с ф<0 соответствует работе с опережающим током по отношению к напряжению генератора. Транзисторы инвертора в этом режиме включаются на ток дросселя, одновременно разряжая на себя демпфирующий конденсатор (обычно этот конденсатор, как правило, присутствует в реальных схемах, подсоединен параллельно транзистору и обеспечивает на нем ограничение роста напряжения при индуктивном характере нагрузки). Длительная работа с опережающим током является нежелательной, поскольку вызывает дополнительные потери мощности, что может привести к выходу устройства из строя [2].

Действующие значения тока лампы и мощности определяются соответственно выражениями:

Ег-ІЇ

1-

йГ

/1 \

1л =

Рл=ил-

со.

о /

а>Е

соЬ

(13)

(14)

Формулы получены путем преобразования К, учитывая, что ток лампы !л=ил/К а мощность Р=ил!л-Характеристики «мощность-напряжение» преобразователя при различных соотношениях ш/шо приведены на рис. 2. Как видно из рисунка, с повышением частоты зависимость мощности от напряжения на лампе приобретает более пологий характер и при определенных соотношениях ш/шо появляется пологий участок со стабилизацией мощности. Это объясняется тем, что на частотах выше резонансной, нагрузка приобретает индуктивный характер.

Рл.Вт

у

и.„

Рис. 2. Зависимость мощности в лампе от напряжения на лампе при различных соотношениях ш/шо: ◊ - ш/шо= 1; х - ш/шо= 1,17; О - ш/шо= 1,33.

2

2

Характеристика при частотах, близких к резонансной, имеет растущий характер. Для обеспечения режима стабилизации мощности в широком диапазоне изменения напряжений необходимо усложнение системы управления, а именно, создание замкнутой системы слежения за мощностью [3].

При этом необходимо следить за фазой тока реактора по отношению к выходному напряжению инвертора, чтобы не попасть в режим работы с опережающим током. Это, как было показано ранее, ведет к увеличению потерь мощности в транзисторах в режиме переключения, а также повышению уровня создаваемых электромагнитных помех.

Литература

1. Уэймаус, Д. Газоразрядные лампы: пер. с англ. / Д. Уэймаус. - М.: Энергия, 1977. - 344 с.

2. Барышников, А.Н. Регулируемые электронные пускорегулирующие аппараты для натриевых ламп высокого давления: дис. ... канд. техн. наук / А.Н. Барышников. - М., 2001. - 138 с.

3. Рохлин, Г.Н. Разрядные источники света / Г.Н. Рохлин. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 720 с.

УДК 620.179.14 В.А. Кожухов, Р.И. Каков

МОДЕЛИРОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НАКЛАДНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ВБЛИЗИ МАГНИТНО-ПРОНИЦАЕМОГО УГЛА

В статье рассмотрена модель накладного электромагнитного преобразователя, расположенного вблизи магнитно-проницаемого угла. С помощью метода конформных преобразований проведен расчет магнитного поля на поверхности прямоугольной ферромагнитной области.

При электромагнитном контроле ферромагнитных деталей сложной формы значительное влияние на процесс измерения магнитного поля оказывают краевые эффекты, связанные с размагничивающим действием конечных границ детали. Краевые эффекты в электромагнитном поле проявляются через влияние конечных границ на топографию поля. Рассматривая краевой эффект как нарушение однородности и симметрии поля, следует отметить, что данное явление имеет пространственную, временную, пространственновременную и параметрическую составляющие [1].

Математическая модель строится с использованием ряда допущений и упрощений, отражающих специфику реальной электротехнической задачи. Поскольку электромагнитный контроль поверхности детали требует использования низкочастотного поля и проходит в зоне вне намагничивающих токов, то расчет поля в детали можно выполнить, используя уравнение Лапласа. Хотя уравнение Лапласа описывает статические поля, оно с достаточно высокой точностью определяет поля, изменяющиеся во времени, если скорость их изменения достаточно мала. Кроме этого, реальная трехмерная задача заменяется плоской, двухмерной, что позволяет получить точное аналитическое решение и дает возможность составить полное представление о влиянии различных параметров ферромагнитной детали на характер изменения поля.

Расчет магнитного поля при наличии сложных границ наиболее эффективно проводить с использованием метода конформных преобразований (МКП). Конформное преобразование сводится к замене действительного поля, которое в силу сложности очертания его границ не поддается непосредственному аналитическому расчету другим полем. Каждый бесконечно малый элемент площади этого поля подобен соответствующему ему бесконечно малому элементу исследуемого поля, но очертание границ в этом поле имеет простую форму, для которой расчетные уравнения известны.

Для определения магнитного поля методами конформных отображений необходимо найти уравнение преобразования, связывающее исследуемое поле с более простым, и получить решение для этого простого поля. При нахождении магнитного поля МКП обычно рассматриваются линейные источники тока, представляющие бесконечно длинные проводники с эквивалентным током I, расположенные параллельно поверхности раздела двух сред.