К вопросу о сравнении экспериментальных и расчетных характеристик короткого замыкания дискового стержневого ЭСГ Текст научной статьи по специальности «Физика»

ИЗВЕСТИЯ ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА

1973

Гом 206

К ВОПРОСУ О СРАВНЕНИИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И РАСЧЕТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ДИСКОВОГО СТЕРЖНЕВОГО ЭСГ

А. Ф. КАЛГАНОВ, Э. А. ПОДПЛЕТНЕВА, Ю. Н. СИВКОВ

(Представлена научным семинаром кафедры теоретич. основ электротехники п сектора роторных ЭСГ НИИ ЯФЭА)

Предложенный в [1] новый способ расчета линейных участков характеристик стержневых ЭСГ хорошо подтвердился для режима короткого замыкания дискового ЭСГС при эквипотенциальном (металлическом) статоре [2], т. е. в специфических, искусственных условиях.

Нами проведено сравнение расчетных по [1] и экспериментальных характеристик к. з. ЭСГС при наличии статора из слабопроводящего материала, удовлетворяющего рабочим условиям. Эксперименты проводились на экспериментальном однодисковом ЭСГС с двойным статором из стекла с удельным объемным сопротивлением pv =3 • 1012 ом/см-Генератор имел следующие геометрические параметры:

наружный рабочий диаметр ротора D4 = 140 мм; внутренний рабочий диаметр ротора Z)BH =78 мм\ радиус транспортеров г = 0,2 мм;

расположение транспортеров — двухрядное; количество транспортеров в одном ряду 2т = 149; расстояние между транспортерами по среднему диаметру ротора а — 2,3 мм; глубина залегания транспортеров в диэлектрическом теле ротора ¿2=1 мм; толщина стеклянных дисков статора d4 = 3 мм.

С наружных сторон статорных дисков располагались индукторы в виде дюралюминиевых секторов толщиной 4 мм. Генератор приводился во вращение асинхронным электродвигателем ДТ-75 (п = = 2870 об/мин — 47,6 об/сек).

Исследования генератора проводились на воздухе при атмосферном давлении при контактной коммутации в условиях, когда относительная влажность воздуха не превышала 50 60%.

Характеристики к. з. снимались как с узкими щетками, перекрывающими только один транспортер (когда проявлялось явление естественной перезарядки), так и с широкими щетками, перекрывающими несколько (3 и более) транспортеров, когда, согласно теории и опыта [1, 2], естественная перезарядка не проявляется или проявляется весьма слабо. Узкие щетки выполнялись из стальной сетки, широкие из тонкой медной проволоки. Настройка щеточно-коллекторной системы перед экспериментами с узкими щетками производилась до получения наибольшей крутизны характеристики к. з., т. е. по максимуму тока, тогда

как с широкими щетками —по минимуму тока. В последнем случае считалось, что естественная перезарядка отсутствует.

При исследовании характеристик к. з. в качестве переменного параметра была выбрана величина газового зазора ротор-статор

На рис. 1 приведены экспериментально снятые характеристики к. з. при изменении величины йх от 0,2 до 4 мм. Была получена достаточно хорошая повторяемость результатов, которая оценивалась снятием каждой из характеристик не менее двух раз.

й Г* Л

$о

60

*0

20

Г

к$,пкй

*

6

ЯГ

Ркс. 1. Характеристики к. з„ полученные при следующих величинах зазора ротор-статор: 1. 0,2 мм; 2, 0,4 мм; 3. 0,6 мм; 4. 0,8 мм; 5. 1,5 мм; 6. 3,0 мм; 7. 4,0 мм

Рис. 2. Зависимость крутизны характеристик к. з. от величины воздушного зазора: 1 — экспериментальная; 2 — рассчитанная по формуле [1]

Качество характеристик оценивается их крутизной, определяемой отношением приращения тока к. з. /к.3. к приращению напряжения возбуждения 0В. Для линейных (начальных) участков характеристик к. з. их крутизна определяется отношением абсолютных значений /к з нерасчетная характеристика к.з. определялась по [1] как

/к.з. - кртпС*иъ = Аив, (1)

где А — к/2тпСэ— крутизна характеристики.

При этом коэффициент естественной перезарядки подсчитывался по выражению__

Г И / т-г ~ \ 0.8

Мпп I г- ч 1 (2)

1<

1 +4

кг

Ъс

т.Г

а

а суммарная емкость одного транспортера относительно всех элемен тов системы ротор-статор по выражению

* 1 0-9^- + 0,02

4~/£огг

1п 0/ ¿пр _

[ \ г )

1 - е

2 г \й

пр

(3)

где I —

Оп - О,

длина транспортеров,

гг—относительная диэлектрическая проницаемость материала ротора, = й% + ггй] — так называемый приведенный зазор ротор-статор, к — коэффициент, равный 4/3 при двухрядном расположении транспортеров 2, 3.

На рис. 2 приведены зависимости крутизны А линейных участков характеристик к. з. от величины как по экспериментальным (кривая /), так и по расчетным данным (кривая 2).

Из данных, приведенных на рис. 1 и 2, следует, что ход экспериментальной зависимости А = f(d{) аналогичен ходу расчетной зависимости, а их расхождение почти во всем диапазоне изменения зазора äi сравнительно невелико. При этом расчетные значения для зазоров di > 0,3 мм оказываются меньше экспериментальных, тогда как для зазоров d\ < 0,3 мм они резко возрастают и становятся больше экспериментальных.

Из выражения для А следует, что при постоянных значениях т и п величина А определяется произведением К;-Сэ. В соответствии с (2) и (3) с изменением d{ величины kx и Сэ изменяются в различных направлениях: с уменьшением, например, ki величина Сэ увеличивается, ¡и наоборот.

Для понимания причин расхождения кривых (рис. 2) необходимо было бы выяснить характер расхождения экспериментальных и расчетных зависимостей kt=f{di) и C9 = f(d,).

На рис. 3 проведены экспериментальная (кривая /) и расчетная (кривая 2) зависимости /с,- = f(di). Каждое экспериментальное значение определялось как отношение крутизны линейной части характеристики к. з., снятой при узких щетках, к крутизне линейной части характеристики к. з., полученной при широких щетках. Как видно, и здесь наблюдается пересечение расчетных и экспериментальных кривых. Однако это пересечение происходит в средней части диапазона изменения d{ (в области порядка 1,6 мм) при слабом изменении наклона кривых во всем диапазоне изменения di. Отсюда следует, что характер изменения А = f(di) в большей степени зависит от характера изменения C9 = f(d\). Для теоретической зависимости А = f(d\) это подтверждается ходом расчетной зависимости Сэ =f(di). К сожалению, экспериментальное определение зависимости Сэ = f(d\) на действующем генераторе не представляется возможным. Из качественной оценки такой зависимости следует, что действительные значения Сэ должны быть несколько меньше расчетных, поскольку материал статора не является проводником. С учетом этого экспериментальная кривая 1 (рис. 2) должна проходить ниже-расчетной кривой 2. Практически для большей части диапазона изменения di наблюдается обратная картина.

Однако сравнительно небольшое расхождение кривых (рис. 2, 3), которое может быть отнесено как за счет недостаточной точности эмпирических формул (2) и (3), так и за счет ошибок определения экспериментальных значений крутизны А и которое изменяется от 0 до ±20% для различных значений du должно быть оценено как удовлетворительное совпадение расчетных и экспериментальных данных. Этот результат позволяет сделать вывод о возможности использования методики по [1—3] для прикидочных расчетов характеристик к. з. ЭСГС и со слабопроводящим статором.

ЛИТЕРАТУРА

1. В. А. Лукутин, В. Д. Эськов. Изв. ТПИ, т. 149, стр. 21, 1966.

2. А. П. Кононов, В. В. Пацевич, В. Д. Эськов. «Энергетика и транспорт», № 4, 1967.

3. В. В. Пацевич, В. С. Соколов. В. Д. Эськов. Электронные ускорители. Изд-во «Энергия», стр. 410, 1968.

Рис. 3. Зависимость коэффициента естественной перезарядки от величины воздушного зазора: 1 — экспериментальная; 2 — расчетная