Исследование переходных процессов и р а диопомех в коллекторном двигателе пер е менного тока
На правах рукописи
Панихин Михаил Викторович
Исследование переходных процессов и радиопомех в коллекторном двигателе переменного тока
Специальность 05.09.01 –
Электромеханика и электрические аппараты
автореферат
диссертации на соискание учёной степени
кандидата технических наук
Москва 2007 г.
Работа выполнена в Московском энергетическом институте (Техническом университете) на кафедре электромеханики
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор Беспалов
Виктор Яковлевич
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор Алиевский
Борис Львович
кандидат технических наук, профессор КОЗЫРЕВ
Сергей Картерьевич,
Ведущее предприятие – электромашиностроительный завод ОАО “Лепсе”
(г. Киров).
Защита диссертации состоится “____” ____________ 2007 г. на заседании диссертационного совета Д 212.157.15 при Московском энергетическом институте (Техническом университете) в аудитории Е-205 в ___ час. ___ мин. по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 13.
Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Учёный Совет МЭИ (ТУ).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ).
Автореферат разослан “____” ____________ 2007 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
Д 212.157.15.
к.т.н., доцент СОКОЛОВА Е.М.
Общая характеристика работы
Актуальность темы. При возрастающей популярности бесконтактных электроприводов с полупроводниковыми преобразователями в последние годы незаслуженно ослаб научный интерес к коллекторным электрическим машинам (ЭМ), которые продолжают выпускаться, совершенствоваться и широко применяться в приводах разнообразных бытовых и производственных электромеханизмов, электроинструмента и т.д.
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 частоты вращения выше 3000 об/мин, чего невозможно добиться с помощью синхронных и асинхронных двигателей. Всё это говорит о том, что коллекторные машины будут использоваться необозримо долго.
По мере расширения применения разнообразных электро- и радиоприборов, окружающие их электромагнитные поля становятся всё более интенсивными и разнообразными по своим характеристикам, непрерывно расширяется использование микропроцессорной, вычислительной техники, компьютеров и т.д., происходит их миниатюризация при понижении уровней рабочих напряжений, полезных сигналов. Всё это обостряет проблему электромагнитной совместимости (ЭМС), приобретают всё больше значение задачи 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 ЭМ предъявляются более строгие требования по допустимым уровням радиопомех (РП) со стороны тех систем, в составе которых используются ЭМ данного типа. 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.
Изучением РП начали заниматься с начала 20 века, как только появилась необходимость создания нормальных условий для радиоприёма. Быстрый рост электрификации страны привёл к резкому повышению уровня индустриальных РП. Именно тогда и выяснились первые причины возникновения индустриальных РП, были предложены способы борьбы с ними.
Необходимость исследований этих явлений возрастала 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 др. К сожалению, моделированию РП в ЭМ не уделено должного внимания, что, видимо, объясняется сложностью этой задачи.
Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации: грант А04-3.14-292 по теме «Исследование радиопомех в коллекторных двигателях переменного тока малой мощности».
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 источника 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 РП. Эти данные могут быть использованы для подбора фильтров в электрической машине, при её приёмо-сдаточных испытаниях и в других случаях.
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, математического анализа, теории электрических машин, а также обзоров научных публикаций по коммутации и стандартов. Все вычисления и графические построения производились на ПЭВМ с применением следующих программных продуктов и специализированных пакетов: MathCAD®, MATLAB®, MS Word®, Grapher®, AutoCAD®, ELCUT®.
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 обмотки якоря;
- Результаты математического моделирования РП в коллекторном двигателе переменного тока.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на следующих конференциях: на ежегодных научно-технических конференциях ВятГУ “Наука – производство – технология – экология” ПРОТЭК, г.Киров, 2003-2004 г.г.; Хой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов “Радиоэлектроника, электротехника и энергетика”, г. Москва, 2004 г.; 6ой международной конференции UEES’2004 – Sixth international conference on UNCONVENTIONAL ELECTROMECHANICAL AND ELECTRICAL SYSTEMS. Alushta, Ukraine, 2004 г.; 11ой международной конференции ELMA 2005 – Eleventh international conference on Electrical Machines, Drives and Power Systems. Sofia, Bulgaria, 2005; Всероссийской научно-технической конференции с международным участием „Актуальные проблемы энергосберегающих электротехнологий”. г.Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006 г.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ.
Реализация результатов работы. Разработанные математические модели, методики и программы расчёта используются на кафедрах электромеханики МЭИ (ТУ) и электрических машин и аппаратов ВятГУ в учебном процессе и при выполнении научно-исследовательских работ по тематике, связанной с ЭМС ЭМ.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы. Объём работы составляет 110 страниц, в том числе 27 рисунков на 31 странице, 2 таблицы на 2 страницах, и 146 наименований списка литературы на 16 страницах, 5 приложения.
Содержание работы
Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются цели и задачи, намечаются методы исследования, даётся общая характеристика работы.
В первой главе выявлены причины возникновения переходных процессов и РП в коллекторных машинах, а также способы борьбы с ними и анализ современных проблем ЭМС, методы исследования коллекторных ЭМ на допустимый уровень РП.
Коллекторные машины – относятся к наиболее интенсивным источникам помех, т.к. в них всегда имеют место резкие изменения переходного сопротивления в цепи “щётка-коллектор” при переходе щётки с одной коллекторной пластины на другую, что вызывает резкое изменение силы тока в цепи. Эти пульсации вызывают в сети и приёмниках, подключённых к ней, переменные токи и напряжения, вредно отражающиеся на устройствах связи и автоматики, расположенные поблизости. Уменьшая уровень РП коллекторных ЭМ, можно значительно повысить качество ЭМС ЭМ с различной аппаратурой и существенно улучшить качество радиосвязи и питания чувствительной аппаратуры и приборов.
Во второй главе описываются физические явления, происходящие в коллекторной машине переменного тока при переходных процессах в статических и динамических режимах.
Для электрозащиты питающих проводов и двигателя необходимо знать ударные токи и перенапряжения; для механического расчёта валов, зубчатых передач, которыми снабжаются электромеханизмы, необходимо знать ударные моменты при пуске и других динамических режимах двигателя.
Исследуемая ЭМ имеет последовательное возбуждение. В установившемся режиме работы двигателя напряжение сети уравновешивается падением напряжения на активных и индуктивных сопротивлениях цепи якоря, а также тремя ЭДС: ЭДС вращения якоря, ЭДС, индуктированной в обмотке якоря поперечным потоком, и трансформаторной ЭДС:
, (1)
где 
- напряжение сети, В;
- ток якоря, А;
- активное сопротивление якоря, Ом;
- активное сопротивление обмотки возбуждения, Ом;
- активное сопротивление щёточного контакта, Ом;
- номинальный ток якоря, А;
, 
- индуктивные сопротивления, обусловленные потоками рассеяния в пазах и вокруг лобовых частей обмотки якоря и потоками рассеяния обмотки возбуждения, Ом;
- ЭДС вращения в обмотке якоря, В;
-ЭДС, индуктированная в якоре поперечным потоком реакции якоря, В;
- трансформаторная ЭДС от потока возбуждения, В;
Учёт насыщения производится путём ввода в расчёт по точкам нелинейной зависимости магнитного потока от тока якоря.
Для переходного режима можем записать дифференциальное уравнение для якорной цепи, подставив в (1) вместо 
оператор 
. Для мгновенных значений с учётом насыщения его можно записать в виде:
, (2)
где 
,
- соответственно индуктивности рассеяния обмоток якоря и возбуждения, Гн;
,
- индуктивности якоря по продольной и поперечной осям, Гн;
- коэффициент насыщения;
- угол сдвига щёток с геометрической нейтрали против направления вращения.
Учитывая, что 
, приводим его к виду:
, (3)
где 
- активное сопротивление якорной цепи, Ом;
- амплитуда напряжения, В;
- угловая частота сетевого напряжения, 
;
- общая индуктивность цепи якоря, Гн;
,
- индуктивные сопротивления реакции якоря по продольной и поперечной осям, Ом.
Выражение тока якоря, полученное в результате решения этого дифференциального уравнения для установившегося режима будет:
, (4)
где 
- амплитуда тока, А;
- фазовый сдвиг тока относительно напряжения.
Магнитный поток, рассчитанный по изложенной методике, будет совпадать по фазе с током якоря.
На рис. 1 приведена векторная диаграмма для установившегося режима коллекторного двигателя переменного тока, построенная по уравнению (1), при условии, что щётки, установлены на геометрической нейтрали. Как видно из векторной диаграммы, магнитный поток 
отстаёт от тока 
на угол 
, который обусловлен суммарными магнитными потерями в стали в номинальном режиме 
и электрическими потерями в коммутируемых секциях 
от трансформаторной ЭДС, наводимой в коммутируемой секции.
Однако углом магнитного запаздывания (
) можно пренебречь в виду его малости. В процессе расчёта принимается допущение, что ток синусоидальный во времени (
).
ЭДС вращения в комплексной форме имеет вид:  , (5) где  - угловая скорость вращения якоря,  ;  - конструктивный коэффициент. ЭДС трансформации определяется по закону электромагнитной индукции и может быть определена в комплексной форме как:  , (6) где  - коэффициент трансформации якоря и обмотки возбуждения;  - число витков обмотки возбуждения;  - коэффициент рассеяния полюса;  - число пар параллельных ветвей обмотки якоря;  - число проводников якоря. |  |
| Рис. 1. Векторная диаграмма коллекторного двигателя переменного тока с учётом угла магнитного запаздывания при щётках, установленных на геометрической нейтрали |
Для составления алгоритма решения на ПЭВМ система дифференциальных уравнений коллекторного двигателя переменного тока представляется следующим образом:
(7)
где 
, 
- электромагнитный момент, 
; 
- конструктивный коэффициент; 
- момент нагрузки на валу двигателя; 
- момент инерции якоря, 
.
Данная модель первого уровня составлена с учетом насыщения магнитопровода, реакции якоря и сдвига щёток с геометрической нейтрали. С её помощью проведены исследования характеристик коллекторного двигателя ручного электроинструмента типа МШУ-2.3-230 (машина шлифовальная угловая), серийно выпускаемого ОАО “Лепсе” (г.Киров, Россия). На рис. 2-6 для примера приведены результаты расчёта статических и динамических характеристик двигателя, полученные с использованием вышеприведённой модели, а также их сравнение с экспериментальными данными, подтвердившие адекватность предложенной модели.
Номинальные данные двигателя следующие: частота питания 50 Гц; напряжение питания 220 В; частота вращения 14100 об/мин; ток 11 A; момент 
=1
; потребляемая мощность 2190 Вт; мощность на валу 1490 Вт, щётки Г-33М. Реализация модели осуществлялась с использованием пакета MATLAB, содержащем в своем составе инструмент визуального моделирования SIMULINK.
а)  ,A  t,с |  ,об/мин   , |
б) Мэм, Нм  t,с | |
Рис. 2. Электромагнитный переходный процесс  (а) и  (б) при заклинивании якоря ( =0) и включении двигателя на номинальное напряжение | Рис. 3. Фазовый портрет – динамическая-механическая характеристика  при  и номинальном напряжении |
Рис. 4. Рабочие характеристики 
при номинальном напряжении
Рис. 5. Осциллограммы переходного процесса пуска 
при 
, напряжение номинальное
Рис. 6. Осциллограммы 
режима пуска двигателя при номинальной нагрузке (
) с последующим мгновенным набросом нагрузки (
от 1 Н·м до 
) в момент времени 
до полной остановки двигателя. Напряжение номинальное.
В таблице 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.
Табл. 1
 , Нм | 0 | 1 | 2 | 3 | 3,5 | 4 | Условия опыта |
| n, об/мин | 6055 | 4610 | 4075 | 3755 | 3600 | 3500 | Машина № 1 Щётка Г-33М |
| I, А | 2,5 | 5,2 | 6,6 | 8,5 | 10 | 10,7 | |
| Р1, Вт | 635 | 1000 | 1300 | 1600 | 1950 | 2120 | |
| Искрение | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |
| n, об/мин | 6074 | 4654 | 4160 | 3760 | 3695 | 3640 | Машина № 2 Щётка Г-33М |
| I, А | 2,5 | 5,5 | 7,2 | 9,0 | 9,6 | 10,7 | |
| Р1, Вт | 640 | 1100 | 1400 | 1800 | 1950 | 2180 | |
| Искрение | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
Сравнение расчётных (рис. 4) и экспериментальных (табл. 1) данных в номинальном режиме показало, что созданная модель отображает физические процессы в пределах принятых допущений, погрешность составила не более 15%.
Третья глава посвящена переходным процессам в коммутируемых секциях. Коммутирование тока в коллекторных машинах переменного тока, по сравнению с машинами постоянного тока, осложняется рядом факторов: ток параллельных ветвей обмотки якоря не остаётся постоянным, а изменяется по синусоидальному закону с частотой питающей сети, существенное влияние оказывает момент начала коммутации (фаза коммутации) и наличие в коммутируемом контуре трансформаторной и переменных составляющих реактивной ЭДС. Тем не менее, исследования в этой области нельзя проводить без использования выводов теории коммутации коллекторных машин постоянного тока.
При составлении дифференциальных уравнений процесса коммутации вводится ряд допущений:
- собственные индуктивности замкнутых секций и взаимные индуктивности между одновременно коммутируемыми секциями не зависят от величины тока и угла поворота якоря;
- все секции паза имеют индуктивности, идентичные индуктивностям одинаково расположенных секций любого другого паза якоря машины;
- активные сопротивления секций и петушков постоянны;
- падение напряжения в щёточном контакте определяется плотностью тока и не зависит от скорости её изменения;
- плотность тока в щёточном контакте вычисляется как частное от деления тока через коллекторную пластину на геометрическую площадь поверхности щётки, перекрывающей данную пластину;
- ЭДС, наведённые в коммутируемых секциях некоммутируемыми секциями (под действием потокосцепления, изменяющегося во времени вследствие изменения взаимной индуктивности при повороте якоря), пренебрежимо малы;
- индукции в аналогичных точках под всеми полюсами равны по абсолютной величине;
- ёмкость секций принимается постоянной и учитывается только в момент разрыва короткозамкнутой цепи “секция-щётка”;
- токи во всех параллельных ветвях обмотки одинаковы по абсолютной величине;
- технологических отклонений в ширине коллекторных пластин и изоляции между ними нет;
- вольтамперные характеристики щёток противоположной полярности одинаковы по абсолютной величине;
- щётки различной полярности расположены строго одинаково относительно нейтрали.
Для исследования коммутации посредством моделирования была взята та же коллекторная машина переменного тока, что и в главе 2. Якорь машины имеет петлевую обмотку с тремя секциями в пазу (рис. 7). Ширина щётки 
=8 мм, она может замыкать две или три секции одновременно (рис. 8).
 | Введём дополнительные обозначения:  - сопротивление секции, Ом;  - падение напряжения в щёточном контакте, В;  ,  - собственная и взаимная индуктивность коммутирующих секций, Гн;  - взаимная индуктивность между коммутируемой секцией  и  , Гн;  - ЭДС, наводимая в секциях в зоне коммутации, В; |
| Рис. 7. Элемент обмотки якоря |
Рис. 8. Схема коммутируемых секций исследуемой машины
Секции 12, 23 и 3I – лежат в одном пазу машины, I.II, II.III – секции другого (соседнего) паза. Процесс коммутации имеет циклический характер. Полный цикл коммутации будет завершён за время 
, когда щётка займёт положение, изображённое пунктиром на рис. 8, что соответствует повороту якоря на одно зубцовое деление.
Цикл коммутации можно разделить на ряд этапов, каждый из которых определяется новым режимом работы какой-либо секции. Каждому этапу коммутации соответствует своё дифференциальное уравнение, описывающее процесс в каждой короткозамкнутой секции. По существу мы имеем дело с моделированием объекта с переменной структурой. Следовательно, компьютерная программа должна автоматически, завершив решение одной системы уравнений, на следующем этапе коммутации переключиться на решение другой системы уравнений, с тем чтобы в результате получалось непрерывное решение процесса коммутации. Таким образом, с математической точки зрения процесс коммутации определяется системой дифференциальных уравнений с коэффициентами, являющимися разрывными функциями времени 
. Они соответствуют физической системе с переменной структурой.
Ниже приведена система уравнений, описывающих период коммутации:
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
где 
- ёмкость секции, Ф; 
– ЭДС вращения, В; 
– трансформаторная ЭДС, В.
ЭДС вращения вычисляется как 
,
где 
- угол поворота якоря, град; 
- потокосцепление, Вб.
При исследовании вопросов коммутации необходимо корректно рассчитать индуктивности коммутируемых секций обмотки якоря. Более точные результаты расчёта индуктивностей по сравнению с аналитическим даёт расчёт магнитного поля, который проводился с помощью конечно-элементного пакета программы ELCUT®, и позволяет осуществлять моделирование двумерных полей методом конечных элементов. Задача ставилась как двухмерная нелинейная. Для плоско-параллельных задач уравнение Пуассона для векторного магнитного потенциала имеет вид:
, (13)
где 
- абсолютная магнитная проницаемость, Гн/м; 
- плотность тока, А/м2.
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;
- токи во всех параллельных ветвях обмотки равны между собой;
- исследуемая машина не имеет технологических отклонений.
На рис. 9 приведена одна из кривых индуктивностей из расчёта поля, которая показывает изменение собственной индуктивности секции якоря от тока вследствие насыщения.
 | Расчет индуктивностей 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 обмотки якоря. |
Рис. 9. Зависимость  |
Машины с всыпными обмотками якоря имеют произвольное, неупорядоченное расположение проводников в секциях, поэтому картина электромагнитного поля секции довольно сложная. Определение параметров секции сопряжено с большими математическими трудностями, поэтому для расчёта вводятся определённые допущения, справедливые с погрешностью не более 10%.
Емкость между i-ым проводником секции и смежными изолированными проводниками равна:
, (14)
где о – электрическая постоянная, Ф/м; r – относительная диэлектрическая проницаемость среды, окружающей изолированные провода; r1 – то же для изоляции проводников;
,
- расчётные коэффициенты, определяемые размерами паза и проводников обмотки.
Продольная емкость секции, включая лобовые части, находится как:
, (15)
где w – число эффективных проводников в секции; lв – длина одного витка обмотки, м; kп0.08 – статистический коэффициент перемешивания проводников при их всыпной укладке.
Наиболее рациональным и перспективным методом всестороннего исследования процесса коммутации явилось использование пакета MATLAB® на ПЭВМ. Ниже приведены осциллограммы токов в коммутируемых секциях при разных моментах начала коммутации, полученные в результате решения системы уравнений (8-12).
Рис. 10. Токи в коммутируемых секциях при начальной фазе коммутации 
и 
 |  |
Рис. 11. Токи в коммутируемых секциях при начальной фазе коммутации  и  | Рис. 12. Токи в коммутируемых секциях при начальной фазе коммутации  и  |
Четвёртая глава посвящена спектральному анализу тока коммутируемой секции.
Спектральный анализ базируется на теории Фурье о возможности разложения любого периодического сигнала в бесконечную сумму гармонических составляющих.
Формула прямого преобразования Фурье имеет следующий вид:
, (16)
где 
- круговая частота периодического процесса.
Итак, преобразование Фурье ставит в соответствие сигналу 
, заданному во времени, его спектральную функцию. При этом осуществляется переход из временной области в частотную.
В работе проводилось моделирование переходных процессов с помощью математической системы MATLAB®. Обработка данных в векторной форме обеспечивает высокую скорость вычислений, избавляет пользователя от написания циклов и гарантирует необходимую точность. Проводилось моделирование тока РП на основе кривых коммутируемой секции, взятых из главы 3. На рис. 13 представлен частотный спектр этого тока для МШУ-2,2-230.
Рис. 13. Спектр кривой тока в коммутируемой секции в момент начала коммутации (фаза коммутации) 
и 
Для измерения высокочастотных пульсаций РП использовался измерительный комплекс, состоящий из следующих элементов:
- Селективный микровольтметр типа SMV 6.1 для измерения напряжения помех в диапазоне частот от 0,15 до 30 МГц;
- Эквивалент сети типа NNB 101, для обеспечения определённого полного сопротивления на высоких частотах между зажимами испытуемого технического 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 
- элемента. Другой вывод 
- 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.
Табл. 2
| Частота, МГц | 0.16 | 0.24 | 0.55 | 1 | 1.4 | 2 | 3.5 | 6 | 10 | 22 | 30 | |
| Уровень напряжения РП, дБ | По ГОСТ Р 51318.14.1-99 | 75,4 | 72,1 | 69 | 69 | 69 | 69 | 69 | 74 | 74 | 74 | 74 |
| Машина № 1 Щётка Г-33М | 48 | 50 | 43 | 37 | 40 | 44 | 48 | 46 | 48 | 38 | 43 | |
| Машина № 2 Щётка Г-33М | 47 | 49 | 45 | 37 | 38 | 41 | 46 | 43 | 48 | 29 | 37 | |
Сравнение полученных результатов с экспериментальными данными (табл. 2) 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.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
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:
- 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.
- Рассмотрены существующие работы по моделированию РП. Показано, что не до конца изучены процессы моделирования индустриальных РП в коллекторных машинах переменного тока.
- Составлена программа и проведены расчёты, происходящие в коллекторной машине переменного тока при переходных процессах в статических и динамических режимах.
- Посредствам сравнения экспериментальных и расчётных данных выполнена оценка адекватности созданной математической модели, показавшая её приемлемость для проведения инженерных расчётов. Расхождение результатов не превышает 15%.
- Разработана математическая модель для исследования переходных процессов в коммутируемых секциях исследуемой машины, на основе которой составлена программа расчёта процесса коммутации.
- Показана возможность моделирования тока РП в коллекторном двигателе переменного тока с помощью системы Simulink, выполнен спектральный анализ кривых токов в коммутируемых секциях.
- Полученная информация о составляющих тока РП позволяет судить о том, что последний имеет аналогию с напряжением РП.
Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:
- Панихин М.В. Еще раз о радиопомехах // Наука – Производство – Технологии – Экология: Сб. материалов всероссийской науч.-техн. конф. В 5-и т. 15-29 мая 2003 г. – Киров: Изд-во ВятГУ, 2003. – Т. 4. – С.131-133.
- Панихин М.В. Проблема исследования электромагнитной совместимости электрических машин // Наука – Производство – Технологии – Экология: Сб. материалов всероссийской науч.-техн. конф. В 5-и т. 13-27 мая 2004 г. – Киров: Изд-во ВятГУ, 2004. – Т. 4. – С.140-141.
- Панихин М.В., Беспалов В.Я. Электромагнитная совместимость электрических машин // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. десятой межд. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов. В 3-х т. 27-28 февраля 2004 г. – М.: Изд-во МЭИ, 2004. – Т. 2. – С. 27.
- Беспалов В.Я., Мощинский Ю.А., Панихин М.В., Цуканов В.И. Многоуровневая модель коллекторной машины переменного тока // Нетрадиционные электромеханические и электрические системы: Сб. тр. шестой межд. конф. В 2-х т. 24-29 сентября 2004 г. – Алушта, Украина, 2004. – Т. 1. – С. 811-814. (на англ. яз.)
- Беспалов В.Я., Панихин М.В. Коллекторный двигатель переменного тока: расчёт поля, параметров и коммутационных процессов // Электрические машины, привод и энергетика: Сб. тр. одиннадцатой межд. конф. 15-16 сентября 2005 г. – София, Болгария, 2005. – С. 283-285. (на англ. яз.)
- Беспалов В.Я., Панихин М.В. Исследование коммутации в коллекторной машине // Актуальные проблемы энергосберегающих электротехнологий: Тр. Всероссийской науч.-техн. конф. с межд. участием – Екатеринбург: Изд-во ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006. – С. 297-301.
- Беспалов В.Я., Панихин М.В. Электромеханические и коммутационные переходные процессы в коллекторном двигателе переменного тока // Электричество. – 2006. – № 12. – С. 46-50.
