Основные типы рефлекторных антенн и их принцип действия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Отражение звука и света от зеркальных и фокусирующих поверхностей исследовалось и находило применение достаточно давно. С развитием радиотехники отражение и фокусировка электромагнитных волн находит широкое применение в создании рефлекторных антенн в радиолокации. Эти же явления в аналогичных целях используются с применением звуковых волн в акустике и гидролокации. Распространение электромагнитных и звуковых волн описывается соответственно векторными уравнениями Максвелла и скалярными уравнениями Гельмгольца, однако когда размеры тел велики по сравнению с длиной волны, решения электромагнитных и акустических задач совпадают при приведении в соответствие граничных условий.

Антенна радиолокационной станции (РЛС) является её основным элементом и определяет её характеристики и назначение. В большинстве случаев для РЛС требуется антенна, которая концентрирует излучаемую энергию в малом пространственном угле и принимает энергию, отраженную от цели с этого направления. Это позволяет решать задачи телеметрии, навигации, картографирования, обнаружения полезных ископаемых, определения пространственных координат цели и её сопровождения. Антенны радиолокационной станции могут устанавливаться как стационарно на земной поверхности, так и на различных носителях: автомашинах, самолетах, вертолетах, кораблях. Для оперативного обнаружения и определения направления движения цели осуществляется широкоугольное сканирование пространства узкой парциальной характеристикой направленности (ХН) в азимутальной плоскости (АП) в секторе углов до 360° и в угломестной плоскости (УП) до 90°. В основном это осуществляется с помощью РЛС кругового обзора (КО), которые в настоящее время занимают первое место среди активных средств обнаружения вследствие малого времени обследования всего горизонта, возможности обнаруживать и сопровождать несколько целей, определяя координаты каждой из них. Наибольшие преимущества имеют РЛС кругового обзора со статическим веером ХН, быстро переключаемых или одновременно существующих в пространстве. Они позволяют увеличить скорость обзора пространства, накапливать в приёмном тракте энергию отраженного от цели сигнала в течение всего времени его существования, а следовательно, обладают большой помехоустойчивостью.

В РЛС кругового обзора для обнаружения целей в основном используются многоэлементные (плоские, цилиндрические или сферические) фазированные антенные решетки, позволяющие формировать ХН различных видов и управлять ими с помощью электронных блоков. Однако при оценке таких характеристик, как вес, стоимость, надежность, сложность изготовления и эксплуатации, во многих случаях антенны такого типа теряют свои преимущества по сравнению с рефлекторными антеннами (РА).

Целью выполнения является синтез следящей системы привода поворотного механизма рефлекторной антенны.

1. Рефлекторные антенны, осуществляющие широкоугольное сканирование

Современные достижения в области электроники и цифровой техники позволяют при создании РЛС кругового обзора с РА упростить её конструкцию и возложить часть её функций (избирательность, помехоустойчивость, первичную обработку сигналов и др.) на электронную часть РЛС и совмещенную с нею ЭВМ. Кроме указанных преимуществ РА обладают возможностью получения высокой направленности с сохранением направленных свойств в широкой полосе частот. Они также позволяют формировать ХН различной формы и управлять ими; имеют малые активные потери и высокий КПД [9; 10].

К недостаткам РА следует отнести большие габариты, особенно на низких частотах, практически обязательное наличие обтекателя (для антенн, устанавливаемых на носителях) и малоэффективность в режиме излучения (в некоторых случаях это может компенсироваться обработкой принимаемого отраженного от цели сигнала). С увеличением длины волны у них падает разрешающая способность и коэффициент усиления (КУ) антенны. Увеличение частоты всегда улучшает фокусирующие свойства рефлекторов в связи с отсутствием у них хроматической аберрации.

К рефлекторным антеннам, осуществляющим широкоугольное сканирование, можно отнести параболические, усеченные параболические, цилиндрические параболические антенны, широкоугольные рефлекторные антенны секторного (сферическая и сферопараболическая) и кругового обзора.

Параболическая антенна используется для формирования игольчатых ХН. Раскрыв её D связан с шириной ХН ?и°_0,5 соотношением [4]:

, (1.)

где л - длина волны.

Характеристика направленности РА с параболическим рефлектором и направленным излучателем с ХН R_эл(ш) описывается следующим выражением: антенна радиолокационный рефлекторный

, (2)

где J₀(x) - функция Бесселя нулевого порядка; ш - угол между осью параболоида и направлением прихода волны; ш₁ - угол раскрыва рефлектора.

Для определения эффективности использования раскрыва РА вводят коэффициент использования поверхности (КИП) н, равный

(3)

где K - коэффициент концентрации; S - площадь апертуры антенны.

В этих антеннах затеняющее действие излучателя приводит к росту боковых лепестков (БЛ) с нечетными номерами, уменьшению ширины главного лепестка и искажению ХН. Сканирование ХН осуществляется смещением излучателя из фокуса F на величину ?y << F перпендикулярно оптической оси на угол:

, (4)

где - максимально допустимое фазовое искажение на краю апертуры; k - волновое число. Величина смещения ?y не превышает две-три ширины ХН.

В несимметрично усечённых параболических РА отсутствует затенение раскрыва рефлектора излучателем, что уменьшает уровень БЛ и увеличивает КК и КУ антенны. Их недостатком является асимметрия амплитудного распределения в раскрыве, что может приводить к асимметрии ХН, её расширению, уменьшая КИП и КК. Расчет ХН несимметрично усечённых параболических антенн в приближении Кирхгофа изложен в работах [8; 12].

Эти антенны позволяют формировать веер ХН в секторе 30…40°, однако при повороте ХН значительно возрастают БЛ (с 7 до 20 %) и падает КК антенны на 25…30 %. Для осуществления сканирования ХН в УП излучатели выносят из фокуса и располагают в местах максимальной концентрации лучей в аберрационных треугольниках.

Цилиндрические параболические РА позволяют формировать веерные ХН с большой разницей в ширине ХН в главных плоскостях и осуществлять сканирование в плоскости образующей цилиндра (в АП) до 30…60° без её искажения в УП.

В несимметрично усеченных этих антеннах отсутствует затенение рефлектора излучателем, а амплитудное распределение в УП убывает обратно пропорционально корню квадратному из расстояния до излучателя, что дает более равномерное распределение поля в раскрыве цилиндра и более острую ХН в этой плоскости, чем в параболической антенне [2; 9].

Рассмотренные параболические РА могут осуществлять широкоугольное сканирование узкими ХН в секторе 90…360° в АП только при использовании механического привода, что и используется в большинстве РЛС.

К широкоугольным РА относятся антенны секторного (сферическая и сферопарабалическая) и кругового обзора.

Сферическая антенна применяется для формирования узких и веерных ХН [1; 2; 5 - 7; 9]. Она представляет собой часть сферической поверхности радиуса R и описывается уравнением в декартовой системе координат [5]:

. (5)

Ширина её ХН определяется выражением (1.), а максимальный раскрыв описывается следующим образом:

(6)

где в₀ - сектор сканирования.

Глубина рефлектора сферической антенны:

. (7)

Сферическая антенна обеспечивает сканирование ХН в АП без искажения в широком секторе углов (до 90…120°) в силу своей симметрии относительно центра кривизны, при перемещении излучателя по концентрической относительно рефлектора фокальной дуге окружности. При этом у сферического рефлектора облучается только та часть его поверхности, которая необходима для формирования ХН требуемой ширины, а остальная поверхность не используется, вследствие чего он имеет малый КИП [2].

Для уменьшения влияния фазовых ошибок на ХН в сферической антенне фокусное расстояние в АП выбирают равным:

(8)

У сферической антенны ХН шире, а уровень БЛ выше, чем у параболической с таким же раскрывом. Полевые характеристики, аналогичные сферической РА, формирует сферопараболическая РА, которая образуется вращением параболы вокруг оси, перпендикулярной оси симметрии параболы, вершина которой обращена в сторону от оси вращения, по окружности с радиусом R = 2F [2; 6; 17].

Такая антенна представляет собой параболический тор и совмещает в себе фокусирующие свойства параболического рефлектора с широкоугольными свойствами сферического рефлектора, т.е. позволяет осуществлять обзор в широком секторе пространства без искажения ХН в АП, а в УП обеспечивает формирование плоского фронта волны. Однако плоскость раскрыва сферопараболической антенны не является строго синфазной, и для уменьшения фазовых ошибок в раскрыве требуется выбор оптимальных геометрических размеров в УП согласно выражению (1.8).

Для устранения затенения излучателем рефлектора в УП рефлектор выполняется несимметрично усеченным. Сектор сканирования сферопараболической антенны в АП составляет 120°. Эти антенны, расположенные под углом 120° друг к другу, могут осуществлять круговой обзор пространства.

2. Расчет рефлекторных антенн в приближении Кирхгофа

Расчет ХН рефлекторных антенн в процессе сканирования проводится апертурным методом в приближении Кирхгофа, т.е. в области основного лепестка и ближайших БЛ [2].

Для расчета характеристики направленности РА необходимо вычислить значение потенциала поля отраженной от поверхности рефлектора волны цотр (r) в дальней зоне антенны, который может быть найден в результате решения задачи дифракции падающей волны на поверхности S этой антенны. Связь между значением потенциала ц в точке наблюдения и значением потенциала на излучающей поверхности S можно найти на основании формулы Грина:

, (9)

где n - внешняя нормаль к поверхности S, а функции и U₁ удовлетворяют уравнениям Гельмгольца.

Если вспомогательной функцией U₁, являющейся функцией Грина, служит поле точечного источника в свободном пространстве, значение потенциала внутри области в любой точке r можно определить по значениям:

(10)

При размерах излучающей поверхности и её радиуса кривизны значительно больших длины волны можно установить приближенно связь между величинами и . Если при этом дифрагированным полем в области геометрической тени можно пренебречь, тогда для дальней зоны получим формулу приближения Кирхгофа [15; 16]:

. (11)

Если излучение происходит в пределах малого телесного угла и отклонение от нормали к слабоизогнутой поверхности мало, то cos и ? 1 и формула приближения Кирхгофа принимает вид, адекватный первой интегральной формуле Гюйгенса:

. (12)

3. Широкоугольные рефлекторные антенны геликоидного типа

Для обнаружения целей в АП при круговом обзоре пространства разработана винтовая нессимметрично усеченная сферопараболическая рефлекторная антенна в виде параболического геликоида. Она относится к широкоугольным РА и позволяет формировать веер одинаковых статических ХН в АП при минимальном их искажении в секторе до 360° вследствие сохранения постоянства эффективной апертуры, а также управлять ХН в УП.

Отражающая поверхность рефлектора геликоидной антенны представляет собой поверхность, образованную вращением усеченной параболы вокруг вертикальной оси, перпендикулярной оси симметрии параболы, вершина которой обращена в сторону от оси вращения, по винтовой линии [18], (рисунок 1). Радиус вращения выбирают равным удвоенному фокусному расстоянию параболы R = 2F, при этом излучатели вынесены за пределы раскрыва рефлектора и расположены на фокальной дуге радиуса r₀. Шаг h винтовой поверхности определяется сектором сканирования ХН в УП и выбирается так, чтобы исключить затеняющее действие излучателей и рефлектора, расположенных на диаметрально противоположенной стороне РА, на формируемую ХН.

Потенциал поля, создаваемый геликоидной РА в точке наблюдения в дальней зоне, может быть определен из выражения (11).

На поверхность рефлектора S падает плоская волна, нормаль к фронту которой образует с осью х угол и (рисунок 1). Потенциал этой волны с точностью до постоянного и временного сомножителей можно записать в виде

, (13)

где - разность хода в сферической системе координат.

Рисунок 1. - Геликоидная РА

Выражение для потенциала поля, создаваемого РА геликоидного типа, примет вид:

(14)

Характеристика направленности геликоидной антенны рассчитывается следующим образом:

(15)

По формулам (14) и (15) были рассчитаны ХН геликоидной антенны в АП и УП (рисунок 2 и рисунок 3), а также установлены зависимости направленных свойств от её параметров.

С увеличением шага h винтовой поверхности рефлектора максимум ХН антенны в УП смещается от оси симметрии антенны в сторону подъема винтовой поверхности, при этом в АП с увеличением h происходит незначительное увеличение ширины ХН и уровня БЛ, а КИП уменьшается, что вызвано наличием фазовых искажений, возникающих вследствие наличия пространственной кривизны отражающей поверхности рефлектора [20]. В УП смещение максимума ХН и её сужение незначительны.

Рисунок 2 - Зависимости изменения ХН геликоидной РА в АП (Щ = 0°) от шага винтовой поверхности

Сферопараболическая РА является частным случаем геликоидной РА при шаге винтовой поверхности h = 0.

Рисунок 3 - Зависимость изменения ХН геликоидной РА в УП (Щ = 90°) от угла в

Существенное расширение сектора обзора в УП с одновременным формированием веера СХ в АП может быть осуществлено РА геликоидного типа с параболической образующей в АП [21].

В такой антенне поверхность рефлектора образована перемещением усеченной параболы, лежащей в АП, параллельно самой себе, вдоль оси цилиндрической винтовой линии, перпендикулярной этой плоскости, так, что вершина параболы, обращенной вогнутостью к оси, перемещается по данной винтовой линии (рисунок 1.4). При этом раскрыв параболы 4 параллелен диаметральной плоскости РА и не превышает по размеру величину фокусного расстояния F параболы. Рефлектор этой антенны при сечении его АП имеет своим следом параболу, а в УП - прямую.

Оси ХН излучателей лежат в параллельных АП и ориентированы в них на середины усеченных парабол. Таким образом, парциальные ХН, сформированные рефлектором антенны, являются касательными к цилиндрической поверхности радиуса R = 2F. Шаг винтовой поверхности рефлектора определяется шириной ХН в АП и числом каналов (излучателей) в РА. В АП излучатели вынесены из раскрыва своих усеченных парабол, не затеняя его, что позволяет формировать широкую ХН рефлекторной антенны в УП, а в АП - статический веер ХН.

Рисунок 4 - Геликоидная рефлекторная антенна с параболической образующей в азимутальной плоскости

В рассмотренных РА излучающие элементы являются обратимыми, т.е. могут работать как в режиме излучения, так и в режиме приема. Для упрощения формы поверхности широкоугольной геликоидной РА с образующей в АП в виде усеченной параболы последнюю заменяют частью дуги окружности радиуса R = 2F, усеченной в тех же пределах, что и парабола [22], что возможно при допустимых фазовых ошибках (наличие сферической аберрации) для длиннофокусных рефлекторов.

Рассмотрены рефлекторные антенны, которые могут быть использованы для широкоугольного обзора пространства в азимутальной плоскости. Показано, что для этой цели могут быть использованы однозеркальные антенны как с простым профилем рефлектора, но требующие механического сканирования, так и антенны, имеющие сложную геометрию рефлектора (геликоидного вида).

Широкоугольные рефлекторные антенны способны осуществлять обзор пространства в азимутальной плоскости в секторе до 360° включительно. Они обладают осевой симметрией и формируют в заданном секторе углов в азимутальной плоскости статический веер ХН. Такие антенны в основном не являются апланатическими, т.е. имеющими при сканировании минимальные искажения (не имеющие кубических искажений), но они во всём секторе углов сканирования сохраняют форму ХН и уровень больших лепестков.

Рефлекторные антенны этого типа являются однозеркальными, в связи с чем общий размер рефлектора, определяемый сектором обзора, существенно зависит от ширины ХН в азимутальной плоскости. В угломестной плоскости рефлектор в большинстве случаев - несимметрично усеченный, что позволяет построить рефлекторную антенну кругового обзора с гораздо меньшей степенью искажений парциальных ХН как за счет уменьшения степени кривизны рефлектора, так и за счет устранения затеняющего действия излучателя.

4. Анализ существующих приводов вращения антенн радиолокационных станций, использующихся в радиолокационной разведке

Активность радиолокационной разведки обеспечивается за счет правильного выбора радиолокационных комплексов и станций для ведения разведки, своевременного и правильного установления режимов их работы, соответствующих складывающейся воздушной обстановке. Максимальная вероятность обнаружения воздушных целей достигается путем уменьшения скорости вращения антенн радиолокационных комплексов [20].

Одним из способов обеспечения требуемой оперативности радиолокационной разведки является правильный выбор и установка соответствующего режима работы радиолокационных комплексов. В свою очередь, непрерывность сопровождения воздушных целей также обеспечивается своевременным применением режимов работы, соответствующих действиям воздушного противника.

Так, при поиске маловысотных целей обзор воздушного пространства после обнаружения цели осуществляют при повышенной скорости вращения антенн, что позволяет получить максимум информации о целях во время пребывания их в зонах обнаружения.

Скорость вращения антенных систем радиолокационных комплексов и станций при поиске высотных целей устанавливается минимальной, а при их сопровождении максимальной. Изменение скорости вращения антенн осуществляется системой вращения антенн, требования к которой весьма противоречивы, что приводит при их реализации к повышенным габаритам и весу, усложнению используемой аппаратуры, повышенному энергопотреблению, увеличению стоимости производства и эксплуатации, снижению надежности и долговечности.

С другой стороны, многообразие задач, решаемых радиотехническими войсками, а также широкий диапазон характеристик воздушных объектов не позволяют ограничиваться применением однотипных радиолокационных станций.

В настоящее время используются радиолокационные комплексы и станции больших и средних высот, а также радиолокационные станции маловысотного поля, разделяемые по характеру решаемых задач на комплексы и станции боевого режима, дежурного режима и специального назначения.

Эти комплексы и станции различаются также по количеству измеряемых координат, по диапазонам волн и по степени мобильности.

Системы вращения антенн, широко используемых в настоящее время, радиолокационных комплексов и станций различны, и в ряде случаев не в полной мере способны удовлетворить предъявляемым к ним требованиям по обеспечению необходимой для поиска и сопровождения цели частоты вращения антенны.

В радиолокационных станциях для обнаружения маловысотных целей, как правило, используется режим „Качание 300“, а для сопровождения таких целей используется режим „Кругового обзора“. Для поиска и обнаружения высотных целей используется режим секторного обзора с тридцати градусным качанием, для слежения за такими целями применяется режим „Ручной. Качание 300“. При этом в зависимости от назначения радиолокационных комплексов и станций, а также от решаемых ими задач, частота вращения антенной системы различна.

Так, в наземной трехкоординатной радиолокационной станции 55Ж6, предназначенной для дальнего обнаружения воздушных объектов, измерения их пространственных координат и определения государственной принадлежности, обзор пространства по азимуту осуществляется со скоростями вращения вала 3 или 6 об/мин.

При решении ряда частных задач, таких как ориентирование, измерение диаграммы направленности антенн, когда антенну необходимо устанавливать на заданный азимут или осуществлять сканирование по азимуту в заданном секторе, скорость вращения антенны должна изменяться в диапазоне от 0,1 до 0,3 об/мин.

В двухкоординатной РЛС 5Н84А [21], предназначенной для дальнего обнаружения воздушных объектов, измерения их координат и определения государственной принадлежности, основная и вспомогательная антенны приводятся во вращение со скоростями 3 или 6 об/мин, а в технологических режимах используются такие скорости как 0,1- 0,2 об/мин для основной антенны и 0,5 об/мин для вспомогательной антенны. В высокомобильной РЛС П-18, предназначенной для обнаружения воздушных целей, определение их дальности и азимута, в режиме автономной работы с круговым вращением используются такие скорости как 2±0,2 об/мин, 4±0,2 об/мин и 6±0,3 об/мин. При этом скорость 4 об/мин является основной скоростью вращения и используется для поиска и обнаружения целей на всех высотах.

Скорость 6 об/мин используется при поиске и обнаружении низковысотных целей. Скорость 2 об/мин используется для поиска высотных целей, а при их обнаружении включается скорость 6 об/мин.

При автономной работе в режиме плавного изменения скорости диапазон ее изменения лежит от 0,3 до 6 об/мин, а для снятия диаграмм направленности используются скорости от 0 до 3 об/мин.

В подвижном радиовысотомере, предназначенном для работы в качестве средства измерения частоты в составе радиолокационного комплекса 5Н87, приемо-передающая кабина вращается вкруговую со скоростью 6 об/мин или 10 об/мин в варианте независимого вращения, а в варианте синхронного с дальномерами кругового вращения используется скорость(3±0,2) об/мин или (6±0,2) об/мин. Рассмотренные варианты режимов работы РЛС и используемых при этом частот вращения антенных систем дают основание утверждать, что при построении систем вращения антенных устройств необходимо учитывать назначение РЛС, особенности ее боевого применения, а также характеристики используемых антенн. Вместе с тем, общим для всех используемых в настоящее время систем вращения антенн является требование обеспечения синхронного вращения всех РЛС, входящих в состав радиолокационного комплекса, а также требование обеспечения независимого вращения с переменными частотами вращения.

Для реализации этих требований используются двигатели постоянного тока, электромашинные усилители и асинхронные электродвигатели с фазным или короткозамкнутым ротором.

Основным вопросом, связанным с использованием двигателей постоянного тока и электромашинных усилителей, является вопрос обеспечения требуемых показателей надежности. Основной проблемой, ограничивающей возможности асинхронного электропривода, является проблема регулирования частоты вращения их роторов.

Для решения этой проблемы в приводах РЛС осуществляют переключение статорных обмоток, включенных по схеме „звезда“, на схему „треугольник“ или на схему „двойная звезда“. Кроме того, изменяют число пар полюсов, частоту питающего напряжения и скольжение ротора двигателя.

Для изменения числа пар полюсов обмотки статора переключают с последовательного соединения на параллельное, или каскадно объединяют два асинхронных двигателя, работающие на общий вал.

При каскадном объединении у асинхронных двигателей может быть одинаковое или разное число пар полюсов. Так, в РЛС 5Н84А используются двигатели с одинаковым числом пар полюсов, поэтому при их каскадном объединении скорость вращения вала снижается вдвое. Изменение схемы включения обмоток и изменение числа пар полюсов позволяет получить только дискретное регулирование частоты вращения.

Плавное изменение частоты вращения в РЛС 5Н84А обеспечивается за счет применения частотного способа управления скоростью вращения. При этом переменное входное напряжение подвергают импульсному стробированию. Из-за стробоскопического эффекта выходная последовательность импульсов напряжения модулируется по синусоидальному закону. Однако после такого импульсного стробирования питающего напряжения действующее значение выходного напряжения существенно снижается, что вызывает снижение мощности двигателя.

Для изменения скольжения ротора двигателя используют вариант двойного питания. Для этого необходимо иметь либо две статорные обмотки, питаемые напряжением разной частоты, либо иметь двигатель с фазным ротором и обеспечивать питание роторной обмотки напряжением переменной частоты. Однако такое техническое решение неизбежно вызывает снижение надежности работы электропривода.

У применяемых электроприводов антенн радиолокационных станций, построенных на базе двигателя постоянного тока, (например, радиолокатор подсвета цели (РПЦ) 5Н62В зенитного ракетного комплекса С-200) для управления положением антенны по азимуту предназначен азимутальный следящий привод (рисунок 1.5), в состав которого входят:

- приводной электродвигатель МИ-42Ф;

- электромашинный усилитель ЭМУ-50Аз;

- силовой редуктор;

- приборный редуктор с сельсинами.

У применяемого в данной РЛС электроприводе на базе двигателя постоянного тока достаточно просто осуществляется регулирование скорости вращения антенн в широких пределах.

Однако ему присущи такие недостатки:

- большие масса и габариты, высокая стоимость его производства;

- низкий коэффициент полезного действия, обусловленный трехкратным преобразованием энергии;

- низкая надежность работы и увеличенные расходы на техническое обслуживание из-за наличия щеточно-коллекторных узлов.

Опыт эксплуатации и анализ статистических данных об отказах позволили выявить основную причину отказов данного класса электрических машин, связанную с отказами щеточно-коллекторного узла, которые составляют 50 -70 % от общего числа отказов электродвигателя. Эти отказы проявляются в виде износа и подгорания щеток и коллектора двигателя.

Рисунок 5 - Схема электрическая функциональная следящего азимутального привода антенны РПЦ 5Н62В

Износ щеток является неизбежным процессом при эксплуатации двигателя и, как правило, оговаривается в технической документации.

При износе щеток ослабляется давление пружины на щетку, что приводит к усилению вибрации и подгоранию щеток и коллектора, а зачастую, и к полному разрушению щетки.

Недостаточно плотная приработка новых щеток при замене старых приводит также к подгоранию щеток и коллектора. В местах неплотного прилегания щетки к коллектору образуется электрическая дуга, вызывающая, помимо подгорания, неравномерное токовое и температурное распределение на контактной поверхности щеток, что также ускоряет износ щетки.

Перечисленные отказы щеточно-коллекторного узла приводят к снижению работоспособности электропривода, а далее и к потере ее, которая влечет за собой потерю боеготовности РЛС.

Требования повышения надежности, уменьшения массогабаритных параметров и стоимости приводов сделали электропривод переменного тока основным в качестве привода вращения антенн для РЛС нового парка (55Ж6, 19Ж6, 35Н6, 73Е6).

В данных РЛС электропривод антенн состоит из двух двухскоростных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, предназначенных для вращения антенны. Однако этот привод не позволяет плавно изменять частоту вращения и имеет сравнительно небольшой диапазон регулирования частоты вращения ротора асинхронного двигателя, не превышающий 8:1.

Этому приводу также свойственны повышенные габариты, масса и стоимость двигателя, что делает его применение в радиолокационных станций перспективных комплексов нецелесообразным.

Анализ приводов вращения антенн существующих отечественных радиолокационных станций показывает, что возрастающие требования к повышению уровня автоматизации, снижению эксплуатационных расходов и повышению надежности безотлагательно вынуждают изменять приводную технику.

Технические средства, которыми до последнего времени располагала электротехника, не позволяли получить экономически оправданное решение этой задачи.

Лишь с освоением серийного производства мощных полупроводниковых приборов - тиристоров в последнем десятилетии появилась практическая возможность решения указанной задачи - создания электропривода переменного тока, обладающего не только широким диапазоном регулирования частоты вращения ротора, но и нужными моментными характеристиками, не уступающими характеристикам машин постоянного тока.

Простые по конструкции асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором в случае решения задачи регулирования частоты вращения полностью удовлетворяют условиям и требованиям электропривода антенных систем радиолокационных станций. В них нет необходимости выполнять работы по текущему содержанию коллектора и щеток, при тех же габаритах оказывается возможным создать двигатель большей мощности, чем коллекторный, так как нет необходимости в ограничении по прочности обмотки якоря и коллектора.

Поэтому асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором обладает следующими преимуществами:

- может работать с большей частотой вращения;

- имеет в 1,5 - 2 раза меньшую массу;

- в 3 - 4 раза дешевле и гораздо надежнее двигателя постоянного тока.

Расход меди при производстве асинхронных двигателей может быть уменьшен по сравнению с расходом меди в коллекторных двигателях постоянного тока в 2,5 - 3 раза при одинаковых мощностях и моментах.

Замечания от Алешина.

Добавить расчет момента инерции антенны. Формула, которую он дал:

,

Добавить графики переходных процессов.

Если используется редуктор учесть и его. Формулы, которые он дал для учета редуктора (M -- момент инерции, K -- коэффициент передачи, U -- напряжение):

,

,

Размещено на Allbest.ru