Терехов В.М., Осипов О.И. - Система управления электроприводов (1057409), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Работая в двигательном режиме, данная электрическая машина может одновременно быть и генератором реактивной энергии, улучшая тем самым коэффициент мощности ветка сети с асинхронной нагрузкой. Релейно-контакторная система управления синхронным двигателем, рассмотренная в гл. .2 позволяет осуществить автоматизацию процесса пуска, обеспечивает требуемые загцитные функции. При необходимости регулирования скорости синхронного двигателя может быть применен, как и для асинхронных двигателей, управляемый преобразователь частоты. Наряду с традиционным частотным управлением, когда двигатель получает питание от инвертора с независимым заданием частоты„находит весьма широкое применение управление, зависимое от вращения ротора, когда частота выходного напряжения (или тока) инвертора задается частотой вращения ротора с помоью атчика положения ротора.
Синхронный двигатель с таким янинвертором представляет собой обращенныи двигатель посто ного тока, в котором неподвижный статор является якорем, а вращающийся ротор — источником магнитного поля. Двигатель при данной схеме включения называется вентильным двигателем (ВД). Синхронные двигатели малой мощности с сильными постоянными магнитами используются преимущественно в регулируемом электропрнводе по схеме ВД. По сравнению с коллекторными двигателями постоянного тока они обладают лучшими динамическими, габаритными и стоимостными показателями.
Простота управления двигателем постоянного тока обусловливала до недавнего времени его прсимущественггое применение в регулируемом электроприводе. Слабым звеном в этом приводе является сам двигатель, дорогой в изготовлении из-за сложности Л М„= — ( М з!плср = — М . 3 / (6.1) 1 16! !60 6 Терехов коллектора и потребности в дефицитном материале — меди, обладающий повышенной инерционностью и ограниченной перегрузочной способностью. Лучшие динамические и стоимостные показатели имеют асинхронные и синхронные двигатели, а также двигатели индукторного и вентильно-индукторного типов. Если этим двигателям с помошью управляемых полупроводниковых средств придать свойства бесколлекторного двигателя постоянного тока, то могут быть использованы простые структуры управления электропривода постоянного тока, обеспечиваюшие высокие рсгулировочные свойства и динамические показатели. Рассмотрим один из вариантов бесколлекторного двигателя постоянного тока — вентильный двигатель, выполненный на основе трехфазной синхронной машины с постоянным магнитом (рис.
6.1). Обмотки статора получают питание от источника постоянного тока через мостовой коммутатор с шестью управляемыми полупроводниковыми ключами К1 — Кб. Нумерация ключей соответствует очередности их коммутации с угловым интервалом 60 электрических градусов (эл. град). Ключи управляются выходными сигналами г,— и, распределителя импульсов (РИ).
Направление коммутации — прямое (правое) вращение (ПВ) или обратное (левое) вращение (ЛВ) — определяется выходными сигналами узла направления врашения (УНВ) в зависимости от знака входного управляющего воздействия и„. За один цикл коммутатора вектор намагничивающей силы статора (НС), пропорциональной произведению тока 1 на число витков в фазы (Г = /3/в ), делает Рис. 6. !. Схема включения вентильного двигателя один оборот на 360 эл.
град. Диодный мост с обратной относительно напряжения питания полярностью создает контуры для спадания тока в обмотке при отключении соответствующего ей ключа. Если при отключенном датчике положения ротора (ДПР) подавать через РИ в функции времени с некоторой неизменной частотой /управляющие импульсы, то коммутатор будет работать как инвертор преобразователя частоты и двигатель будет врашаться с неизменной частотой врашения 2л/: При этом будут наблюдаться пульсации скорости из-за дискретного характера вращения НС по сравнению с вариантом питания двигателя от трехфазной сети переменного тока.
При низкой частоте двигатель входит в шаговый режим, когда пульсации скорости имеют паузы с нулевым значением. При включенном ДПР коммутация фазовых обмоток синхронного двигателя при вращении ротора аналогична коммутации коллектором секций якоря двигателя постоянного тока.
В ВД функцию коллектора выполняет коммутатор, а функцию щеток — ДПР. В отличие от двигателя постоянного тока в ВД якорь и коллектор (статор и коммутатор) неподвижны, а шетки (ДПР) и магниты, расположенные на роторе, вращаются. Мостовой трехфазный коммутатор осуществляет шесть коммутаций за один электрический оборот (360 эл.
град.), т.е. аналогичен коллектору с шестью пластинами двигателя постоянного тока. Для получения максималыюго среднего момента ВД с шестью тактами в оборотном цикле требуется установить ДПР на роторе так, чтобы начальный угол рассогласования между НС статора и ротора (угол включения) р„„на каждом такте равнялся бы 2я/3, а конечный угол (угол отключения) ол,.„— я/3, т е. ле„,„= (у — О)н,„= 2я/3; р„,„= (у — О)„,„= л/3.
пРи этом еРер = (ленво -Р чекан) = л/2, пРоцесс коммУтации клю- 1 2 чей с изменением угла рассогласования от 2я/3 до я/3 проиллюстрирован на рис. 6,2. Такая установка ДПР соответствует расположению щеток у двигателя постоянного тока на геометрической нейтрали. Среднее значение момента при синусоидальной угловой характеристике неявнополюсного данта~ела Диаграмма работы коммутатора ВД на одном обороте ротора приведена на рис. 6,3.
К основным узлам системы управления ВД относятся: датчик положения ротора; распределитель импульсов; узел направления врашения; коммутатор, который работает как инвертор тока или инвертор напряжения в зависимости от источника питания, 60 0...120' ...Гв' К2+КЗ -КЗ; т=-120; 0=0..;60' -К2+-К2+К1; у=-180; 0=--60...-120 Блок фазы А иь ис 163 !62 Рнс. 6.2. Угловая характеристика вептильного двигателя в функции разности углов намагничиваюшей силы статора (у) и положения ротора (О) Рис.
6.3. Диаграмма работы коммутатора вентильного двигателя Датчик положения ротора (ДПР) может быть оптическим, индукционным, электромагнитным. Рассмотрим вариант оптического ДПР (рис. 6.4). На неподвижном кольцевом статоре ДПР расположепы друг против дуга попарно светодиоды и фотодиоды: СĄ— ФДл, СДв — ФДв, СДс — ФДе. Пары смещены по окружности друг относительно друга на углы 120'/р„, где р„— число пар полюсов двигателя.
На рис. 6 4 изображен двухполюсный вариантДПР. СтаторДПР сочленен со статором двигателя так, что расположение трех пар из свето- и фотодиодов соответствует расположению обмоток фаз А, В, Сдвигателя. Ротор ДПР— сплошной в целом непрозрачный диск, имеющий лишь прозрачную сегментную щель, которая занимает по окружности диска угол 180'/р„. Ротор ДПР сочленяется с ротором двигателя так, чтобы осевая полюсная линия диска составляла с осевой линией магнита ротора двигателя угол 120'.
Рис. 6.4. Конструктивная (а) и электрическая (б) схемы оптического дат- чика положения ротора 0 /3 2«/3 4 /3 5~/3 2« О Рис. 6.5. Выходные сип/алы датчика положения ротора Тогда при О = 0 для правого вращения активизируется ФДм бр„,„= = 120, бр,.„= 60' и М„максимален. Такая установка ротора ДПР соответствует расположению щеток у двигателя постоянного тока на геометрической нейтрали. При вращении ротора фотодиоды поочередно засвечиваются светодиодами и их усиленные и сформированные соответствующими блоками сигналы и„, и„и, выделяются на выходе ДПР (см. рис. 6.4, б).
Усилитель У1 усиливает слабый сигнал фотодиода, а усилитель У2 формирует выходной сигнал прямоугольной формы. Сигналы с/„, и„, и,образуют трехфазную систему с угловой продолжительностью включения каждого сигнала — 180' на оборот ДПР (рис. 6.5). Распределитель импульсов (РИ) вырабатывает управляющие импульсы и распределяет их по ключам коммутатора. На вход РИ поступают сигналы ДПР и„и„, и„из которых логическим способом формируются открывающие сигналы (с продолжительностью включения 120') для ключей нечетной (анодной) группы и„=и«йб; и«з — — и,и,; и„- =и«и, и четной (катодной) группы (6.3) и„4 = и,йб; и„= ибц; и„= и,и,. Из сигналов и„формируются два дополнительных сигнала; для запирания ключей нечетной группы— и«м = и~/ 4 и«з 4 (6.4) и четной группы— //«02 и«2 4 и 4 4 б/«б.
(6.5) Диаграмма сформированных распределителем импульсов управляющих сигналов для правого вращения приведена на рис. 6.6. Порядок следования импульсов, коммутирующих ключи, задаемся одним из двух сигналов — правого (ПВ) или левого (ЛВ) вращения, поступающих на вход РИ от УНВ. Для смены направления вращения двигателя требуется изменить направление вектора намагничивающей силы статора на 180'. Для этого в ранее включенной паре ключей нечетный ключ нужно отключить и включить !64 и«01 ««О2 «/3 2«/3 « 4«/3 5«/3 2« Рис. 6.6.
Диаграмма сигналов распределителя импульсов четный ключ той же фазы, а для другой фазы отключить четный ключ и включить нечетный. Эта операция осуществляется сменой сигналов направления вращения с ПВ на ЛВ или наоборот. Например, если при включенных ключах КЗ и К4 сменить сигнал ПВ на ЛВ, то КЗ и К4 отключатся, а Кб и К1 включатся и возникающий отрицательный момент при движении ротора станет его тормозить, но коммутация ключей будет прямая (К1+ К2, К2+ + КЗ) до тех пор, пока ротор не начнет движения в обратном направлении, при котором направление коммутации изменяется на обратное. Данный процесс можно проанализировать по диаграмме, приведенной на рис. 6.3. Схема аппаратной реализации РИ на основе логических элементов представлена на рис. 6.7, а.
Шесть выходных блоков коммутации (БК1, БКЗ, БК5 — для нечетной и БК2, БК4, БК6— для четной групп ключей) выделяют сформированные и усиленные импульсы ии иь иб и и/ и„иб, непосредственно управляющие ключами с соответствующими номерами, а также создают сигналы и,м и и«„,, разрешающие работу нечетной и четной групп ключей. Алгоритм работы блоков БК для нечетной группы— гы = и,„,ПВ 4 и«„.ЛВ (6.6) и для четной ~руппы— (6.7) и«, = и,„зПВ+ и,„,ЛВ, где и,=1, 3,5; и,=4, 6, 2. Выходные сигналы и«, и ил отличаются от и„„и и«„, небольшим запаздыванием на включение и отключение, которое дается ап- 165 !й лд пв яа з) 1 К5) яс 6) пв ЛВ (6.8) й«01 и«!и«зи«5 и~02 и~2и«4и«б (6.9) 166 167 Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
