Маломощный источник трехфазного тока на базе фазовращателя

Полный текст

Обоснование. Наряду со сложными и дорогостоящими многофункциональными источниками напряжения во многих случаях не требуются генераторы напряжений с высокой стоимостью. Для питания электродвигателей гироскопических систем оптимальными будут высокочастотные маломощные источники с невысокой стоимостью, с малой массой и габаритами. Роторы гироскопов приводятся во вращение высокоскоростными трехфазными асинхронными двигателями мощностью до нескольких десятков ватт. Для удержания оси гироскопа в требуемой плоскости применяют маломощные двигатели переменного тока, создающие корректирующий момент. Они работают без механической нагрузки на валу, так что их электромагнитный момент рассчитан лишь на преодоление момента трения в подшипниках и вращающихся частей о газовую среду. Точность работы гироскопических устройств определяется моментом ротора Mкин, равным произведению момента инерции J ротора на его угловую скорость вращения ωрот. Поэтому гироскопические двигатели должны иметь большую частоту вращения ωрот > 15 000 об/мин [1]. Для обеспечения таких скоростей двигатели питаются от электромашинных генераторов переменного тока повышенной частоты — 400 Гц и выше [1].

Цель — разработать недорогой, с малой массой и габаритами, маломощный источник трехфазного тока на базе полупроводниковых приборов для питания роторов гироскопических систем, позволяющий получить переменный ток высокой частоты в несколько единиц или десятков килогерц, что повысит точность работы гироскопических приборов БПЛА и других ЛА.

Методы. Предлагается вариант трехфазного генератора, позволяющий обеспечить требуемые характеристики сравнительно простым схемотехническим решением. Задается частота переменного тока RC-генератором синусоидальных колебаний, содержащим однотранзисторный усилительный каскад и трехзвенный RC-четырехполюсник в цепи обратной связи, а также двумя двухзвенными фазовращателями RC-типа с однотранзисторными усилительными каскадами (рис. 1).

 

Рис. 1. Структурная схема источника трехфазного тока: 1 — источник постоянного тока; 2 — RC-автогенератор, содержащий однотранзисторный усилительный каскад и трехзвенный RC-четырехполюсник в цепи обратной связи; 3,5 — двухзвенный RC-фазовращатель; 4,6 — однотранзисторный усилительный каскад; 7 — источник трехфазного тока

 

Трехзвенный RC-четырехполюсник обеспечивает фазовый сдвиг между напряжениями на его входе и выходе ψ = 180°. Фазовый сдвиг одного звена составляет 60°, чем обеспечивается условие баланса фаз [2]. На заданной частоте колебаний ω величины R и C выбираются из условия RC=1/$\sqrt{6}·\omega$. Ослабление сигнала, вносимое трехзвенным RC-четырехполюсником, компенсируется усилительным каскадом, чем достигается баланс амплитуд. Синусоидальный сигнал поступает на входы двухзвенных фазовращателей, обеспечивающих фазовый сдвиг напряжений ψ = –120°. Частота синусоидального тока задается параметрами элементов схемы. Осциллограммы выходных напряжений приведены на рис. 2.

 

Рис. 2. Осциллограммы выходных напряжений

 

Результаты. Предлагаемый источник трехфазного тока был реализован на базе виртуальной лаборатории NI Multisim 14.2. Вычислительные эксперименты подтвердили полную функциональность генератора.

Выводы. Разработана структурная схема и дано описание работы маломощного источника трехфазного тока на базе фазовращателя для питания гироскопических систем токами повышенной частоты. Предлагаемый источник может быть использован как генератор переменного тока для питания малых по мощности энергопотребителей, в том числе для аварийного электроснабжения приборного оборудования и измерительных систем.

Об авторах

Дмитрий Андреевич Лычёв

Филиал Самарского государственного технического университета

Email: sergei.zluka@gmail.com

студент, группа ЭИ-20

Россия, Сызрань

Дмитрий Алексеевич Панов

Филиал Самарского государственного технического университета

Email: dimapanov@gmail.com

студент, группа ЭИ-20

Россия, Сызрань

Иван Александрович Андреев

Филиал Самарского государственного технического университета

Автор, ответственный за переписку.
Email: artycle@yandex.ru

научный руководитель; доцент кафедры электроснабжения промышленных предприятий

Россия, Сызрань

Список литературы

Дополнительные файлы