Электропреобразовательные устройства РЭС

Г. Н. Арсеньев, И. В. Литовко
электропреобразовательные
устройства РЭС
Допущено Учебно-методическим объединением высших военноучебных заведений по образованию в области военного управления 
Вооруженных Сил Российской Федерации (Сухопутные войска) 
в качестве учебного пособия для курсантов и слушателей вузов 
Космических войск, обучающихся по направлению «Радиотехника»
Москва
ИД «ФОРУМ — ИНФРА-М»
2013

УДК 	621.314(075.8)	
ББК 	31.261я73
	
А 85
Р е ц е н з е н т ы: 
доктор технических наук, профессор, заместитель заведующего кафедрой 
проблемы управления Москосковского института радиотехники, электроники 
и автоматики В.М. Лохин; 
доктор технических наук, профессор кафедры высшей математики Московского военного института радиоэлектроники Космических войск В.В. Горячкин
А 85
© 	 Г.Н. Арсеньев, 2008
© 	 И.В. Литовко, 2008
© 	 ИД «ФОРУМ», 2008
Изложены теоретические и практические вопросы построения, физических принципов функционирования, инженерных методов анализа и расчета электромашинных устройств постоянного тока, синхронных и асинхронных генераторов и двигателей, широко применяемых в радиоэлектронных 
комплексах; трансформаторных устройств различного назначения; датчиков 
и измерительных устройств. Рассмотрены принципы построения источников вторичного электропитания: выпрямителей, инверторов, конверторов, 
стабилизаторов с непрерывным и импульсным регулированием, импульсных 
источников электропитания. Даны общие теоретические сведения о методах 
расчета, показана методика применения методов расчета, входящих в программы подготовки специалистов по направлению «Радиотехника». Изложение принципов функционирования устройств сопровождается составлением 
статических и динамических математических моделей в виде передаточных 
функций, уравнений равновесия эквивалентных процессов в типовых электрических цепях. 
Для студентов и курсантов электро и радиотехнических специальностей 
средних и высших учебных заведений, а также может быть полезно для инженеров и технических специалистов, занимающихся анализом, синтезом 
и эксплуатацией электропреобразовательных устройств, обеспечивающих 
функционирование радиоэлектронных и радиотехнических средств.
Арсеньев Г. Н., Литовко И. В.
Электропреобразовательные устройства РЭС: учебное 
пособие / Под ред. Г. Н. Арсеньева. — М.: ИД «Форум»: 
Инфра-М, 2013. — 496 с.: ил. — (Высшее образование).
ISBN 978-5-8199-0362-9 (ИД «ФОРУМ»)
ISBN 978-5-16-003346-4 (ИНФРА-М)
УДК 	621.314(075.8)
ББК 	31.261я73
ISBN 978-5-8199-0362-9 (ИД «ФОРУМ»)
ISBN 978-5-16-003346-4 (ИНФРА-М)

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие...................................................................................................8
Часть 1. Электромашинные устройства постоянного тока..........11
Глава 1.	 Общие положения теории  
электрических машин постоянного тока.................11
  1.1.	Общие сведения и устройство  
электрических машин постоянного тока......................................11
  1.2.	Реакция якоря................................................................................18
  1.3.	Генераторы постоянного тока и способы их возбуждения...........21
  1.4.	Статические характеристики генераторов постоянного тока......26
  1.5.	Динамические характеристики  
генератора постоянного тока  
с независимым возбуждением.......................................................29
  1.6.	Тахогенераторы постоянного тока................................................32
Глава 2.	 Электромашинные  
усилители мощности — ЭМУ...........................................37
  2.1.	Применение и устройство  
электромашинных усилителей мощности....................................37
  2.2.	Принцип действия электромашинного усилителя мощности.....40
  2.3.	Статические характеристики  
и коэффициент усиления электромашинного усилителя............42
  2.4.	Динамические характеристики  
электромашинного усилителя мощности.....................................50
Глава 3.	 ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА...........................................57
  3.1.	Классификация и область применения  
двигателей постоянного тока........................................................57
  3.2.	Принцип действия и уравнения равновесия ЭДС  
двигателя постоянного тока..........................................................58
  3.3.	Уравнение равновесия моментов  
двигателя постоянного тока..........................................................60


Оглавление
  3.4.	Приведение моментов инерции к валу двигателя........................61
  3.5.	Пуск в ход двигателей постоянного тока......................................62
  3.6.	Рабочие характеристики двигателей постоянного тока...............63
  3.7.	Механические и регулировочные характеристики  
исполнительных двигателей постоянного тока  
при якорном управлении...............................................................67
  3.8.	Регулировочная характеристика  
двигателя постоянного тока при полюсном управлении.............72
  3.9.	Динамические характеристики исполнительного  
двигателя постоянного тока при якорном управлении................74
3.10.	Магнитоэлектрические двигатели................................................83
3.11.	Малоинерционные двигатели постоянного тока  
с печатной обмоткой на якоре [43]...............................................86
3.12.	Вентильные двигатели постоянного тока.....................................90
Часть вторая. Трансформаторные  
электропреобразовательные устройства................................... 106
Глава 4.	 ТРАНСФОРМАТОРЫ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ........ 106
  4.1.	Назначение и конструктивные элементы трансформаторов.....106
  4.2.	Основные термины и определения [114]............................. 109
  4.3.	Трансформаторы питания...........................................................113
  4.4.	Трансформаторы согласующие...................................................121
  4.5.	Работа трансформатора в режиме холостого хода......................130
  4.6.	Работа трансформатора в режиме короткого замыкания..........136
  4.7.	Полная и упрощенная схемы замещения  
и векторная диаграмма трансформатора,  
работающего под нагрузкой........................................................139
  4.8.	Автотрансформаторы...................................................................141
  4.9.	Измерительные трансформаторы...............................................143
Глава 5.	 ТРЕХФАЗНЫЕ СИСТЕМЫ И ТРАНСФОРМАТОРЫ ................ 146
  5.1.	Общие положения о трехфазных системах.................................146
  5.2.	Трехфазные системы, соединенные звездой...............................149
  5.3.	Трехфазные системы, соединенные треугольником..................153
  5.4.	Мощность трехфазной системы..................................................154
  5.5.	Трехфазные трансформаторы......................................................156
Глава 6.	 МАГНИТНЫЕ УСИЛИТЕЛИ..................................................... 158
  6.1.	Общие сведения...........................................................................158
  6.2.	Устройство и принцип действия магнитного усилителя............159
  6.3.	Конструкции магнитных усилителей..........................................164


Оглавление
  6.4.	Трансформаторный магнитный усилитель.................................167
  6.5.	Коэффициент усиления магнитного усилителя.........................168
  6.6.	Методы повышения коэффициента усиления  
магнитного усилителя..................................................................173
  6.7.	Коэффициент усиления магнитного усилителя  
с обратной связью........................................................................174
  6.8.	Магнитные усилители с внутренней обратной связью..............178
  6.9.	Динамические свойства магнитных усилителей........................180
6.10.	Методы уменьшения постоянной времени  
магнитного усилителя..................................................................182
6.11.	Реверсивные (двухтактные) магнитные усилители....................185
Часть третья. Электропреобразовательные  
устройства переменного тока.................................................. 191
Глава 7.	 СИНХРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ.................................................. 191
  7.1.	Общие сведения и устройство синхронных машин...................191
  7.2.	Электродвижущая сила обмотки синхронного генератора........193
  7.3.	Реакция якоря синхронного генератора.....................................195
  7.4.	Параллельная работа синхронных генераторов.........................199
  7.5.	Генераторы повышенной частоты...............................................206
  7.6.	Синхронные тахогенераторы......................................................210
Глава 8.	 СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ.................................................... 212
  8.1.	Синхронные двигатели и их характеристики.............................212
  8.2.	Электромагнитная мощность  
и вращающий момент  
синхронных двигателей...............................................................215
  8.3. Асинхронный пуск синхронных двигателей...............................216
  8.4. Синхронные двигатели для систем автоматики..........................217
Глава 9.	 ТРЕХФАЗНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ......................... 230
  9.1.	Принцип действия асинхронных двигателей.............................230
  9.2.	Устройство асинхронного двигателя...........................................231
  9.3.	Физические явления, происходящие  
в асинхронном двигателе при вращающемся роторе.................233
  9.4.	Схема замещения асинхронного двигателя................................236
  9.5.	Электромагнитный вращающий момент  
асинхронного двигателя..............................................................237
  9.6.	Пуск в ход асинхронных двигателей...........................................241
  9.7.	Регулирование скорости вращения трехфазных  
асинхронных двигателей .............................................................242


Оглавление
Глава 10.	 ОДНОФАЗНЫЕ И ДВУХФАЗНЫЕ  
АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ.................................................. 244
10.1.	Однофазные двигатели................................................................244
10.2.	Двухфазные асинхронные двигатели..........................................247
10.3.	Динамические характеристики двухфазного исполнительного 
асинхронного двигателя..............................................................255
10.4.	Асинхронные тахогенераторы.....................................................262
10.5.	Гироскопические и моментные асинхронные двигатели...........266
10.6.	Линейные асинхронные двигатели.............................................269
Глава 11.	 ЭЛЕКТРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА  
СИСТЕМ СИНХРОННОЙ СВЯЗИ............................................. 272
11.1.	Сельсины и режимы работы........................................................272
11.2.	Вращающиеся (поворотные) трансформаторы..........................303
Часть четвертая. Источники вторичного электропитания......... 322
Глава 12.	 СРЕДСТВА ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ...................... 322
12.1.	Классификация. Основные термины и определения.................322
12.2.	Характеристики входной электроэнергии..................................325
12.3.	Электрические требования, предъявляемые  
к источникам вторичного электропитания................................327
12.4.	Параметры источников вторичного электропитания................329
Глава 13.	 ВЫПРЯМИТЕЛИ ...................................................................... 334
13.1.	Общие сведения о выпрямителях................................................334
13.2.	Однофазная однотактная схема выпрямителя...........................336
13.3.	Двухфазная однотактная схема выпрямителя............................341
13.4.	Однофазная двухтактная схема выпрямителя............................345
13.5.	Трехфазные схемы выпрямления................................................348
13.6.	Управляемые выпрямители на тиристорах.................................353
Глава 14.	 СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ................................................. 358
14.1.	Общие сведения о фильтрах  
вторичных источников питания .................................................358
14.2.	Работа выпрямителя на фильтр с емкостной реакцией .............360
14.3.	Работа выпрямителя на фильтр с индуктивной реакцией.........367
14.4.	Сложные фильтры.......................................................................369
Глава 15.	 СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА............................. 374
15.1.	Общие положения.......................................................................374
15.2.	Основные типы стабилизаторов .................................................375

Оглавление
15.3.	Стабилизаторы постоянного напряжения  
и тока с непрерывным регулированием......................................383
15.4.	Импульсные стабилизаторы постоянного напряжения.............415
Глава 16.	 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ  
ПОСТОЯННОГО ТОКА............................................................... 434
16.1.	Общие положения.......................................................................434
16.2.	Транзисторные преобразователи с самовозбуждением  
(автоге-нераторы) .........................................................................440
16.3.	Преобразователи на тиристорах..................................................450
Глава 17. Источники питания  
с бестрансформаторным входом................................. 455
17.1.	Основные структурные схемы и входные цепи..........................455
17.2.	Транзисторные усилители мощности..........................................459
17.3.	Режим работы силовых транзисторов и их базовые цепи..........469
17.4.	Устройства управления усилителями мощности........................472
Литература..................................................................................................484

Предисловие
В подготовке инженеров по направлению «Радиотехника» 
важную роль играет овладение специалистами научно-теоретическими и практическими методами получения и применения 
новых знаний в своей профессиональной деятельности. Теоретическое и практическое применение этих методов начинается уже 
на начальном этапе обучения, при изучении естественно-научных и общепрофессиональных дисциплин. Согласно Государственному образовательному стандарту основной объем содержания обучения отводится радиотехническим и радиоэлектронным учебным дисциплинам, а также дисциплинам, связанным 
с развитием информационных технологий, информатикой, 
вычислительной техникой. Это в полной мере отражает развитие современных многофункциональных радиоэлектронных и 
радиотехнических комплексов, решающих сложные задачи по 
измерению и обработке информации от удаленных объектов, 
формированию управляющих воздействий и их передаче на объекты управления. Надежность и точность функционирования 
таких комплексов, функционально объединенных в радиоэлектронные системы, во многом определяется энергетическим, техническим и эксплуатационным обеспечением. Функционирование аппаратной части практически в любой радиоэлектронной 
системе обеспечивается примерно такой же по объему технической частью энергетического и сервисного обеспечения. В этой 
связи специальной дисциплине «Электропреобразовательные 
устройства РЭС» отводится особое и важное место в подготовке 
специалистов по направлению «Радиотехника».
Важность этой дисциплины обусловливается не только своим содержанием, которое охватывает источники вторичного 
электропитания, трансформаторы, электромашинные устройства, а также методы их проектирования и анализа, но и малым 
временем, которое отводится на изучение достаточно сложных 
физических процессов в электрических машинах и устройствах, 
их математического описания.


Предисловие
Авторы при выборе структуры и содержания учебного пособия, методики его изложения стремились охватить как наиболее 
важные, уже широко применяемые устройства в РЭС в различных образцах радиоэлектронной техники, так и учесть результаты современных достижений в проектировании электропреобразовательных и устройств вторичного питания. В учебном 
пособии показаны конструктивные особенности устройств, изложены физические принципы их работы, а также методы анализа в статическом и динамическом режимах. 
Учебное пособие состоит из четырех частей.
Часть первая. Электропреобразовательные устройства постоянного тока.
Содержание этой части включает теорию генераторов постоянного тока, электромашинных усилителей мощности, двигателей постоянного тока.
Часть вторая. Трансформаторные электропреобразовательные 
устройства.
В этой части рассмотрены трансформаторные электропреобразовательные устройства, трехфазные системы и трансформаторы, магнитные усилители.
Часть третья. Электропреобразовательные устройства переменного тока.
В эту часть включены вопросы теории и практики применения синхронных генераторов, синхронных двигателей, трехфазных асинхронных двигателей, одно- и двухфазных асинхронных 
двигателей, электропреобразовательных устройств систем синхронной связи.
Четвертая часть. Источники вторичного электропитания.
В этой части рассмотрены средства вторичного электропитания (классификация, основные термины и определения), 
вопросы теории и практического применения выпрямителей, 
сглаживающих фильтров, стабилизаторов напряжения и тока, 
преобразователей напряжения постоянного тока (инверторов, 
конверторов), источников питания с бестрансформаторным 
входом.
В книге на примерах конкретных устройств изложено практическое применение методов их анализа и расчета. Расчет и 
анализ динамических характеристик осуществляются временными и операторными методами, аналитическими и численными способами. 

Предисловие
При изложении материала, особенно методов анализа, авторы стремились максимально использовать те теоретические методы, а именно частотные, операторные и временные, которые 
изучались в курсе «Математика». Эти методы являются основополагающими при подготовке специалистов по радиотехнике и 
радиоэлектронным системам. 
При изучении обучающимися в специальных дисциплинах 
образцов радиоэлектронных систем, систем автоматического 
управления содержание книги будет способствовать более быстрому установлению связи между конкретным исполнением 
образца системы, принципами его функционирования и методами теоретического анализа. Комплексное и взаимосвязанное 
изложение материала способствует более глубокому раскрытию 
и пониманию физических процессов в сложных системах, их 
математического описания и формированию обучающимися 
способностей анализировать современное состояние и определять направления развития теории и практики электропреобразовательных устройств в радиоэлектронных средствах. 
Авторы благодарны рецензентам доктору технических наук, 
профессору В.М. Лохину, доктору технических наук, профессору В.В. Горячкину за ценные замечания и предложения, которые 
способствовали улучшению содержания учебного пособия.