Г. Г. Соколовский - Электроприводы переменного тока с частотным регулированием (1249707), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Основные достоинства ВИД: простота конструкции и связанная с этим экономия матери лов, что определяет низкую стоимость машины даже по сравн нию с асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором; простота преобразователя, от которого питается двигатель, представляющий собой силовой вентильный коммутатор с односторонней проводимостью тока. К числу недостатков двигателя относятся: необходимость использования датчика положения ротора или заменяющей его электронной схемы; трудность реализации плавного движения и обеспечения приемлемой шумности, что достигается путем формирования сложной формы токов в обмотках полюсов статора. В отличие от асинхронных и синхронных двигателей в ВИД электромагнитный момент создается не в результате взаимодействия между вращающимся магнитным полем статора и токами ротора, а за счет несимметрии магнитной системы.
Принцип действия вентильно-индукторного двигателя на примере четырехфазной машины поясняет рис. 3.6. На каждом из двух находящихся друг против друга полюсов явнополюсного статора располагаются катушки, соединенные последовательно и согласно. Две катушки образуют фазные обмотки статора А, — А,, В, — В,, С, — С, и Р, — Р,. Они получают питание от источника постоянного тока с напряжением 1/д через вентильный силовой коммутатор, каждая фаза которого обеспечивает протекание тока через нагрузку от плюса к минусу источника.
Ротор зубчатый, обмотки на роторе нет. Характерной особенносп ю ВИД является то, что число зубцов его ротора не равно числу полюсов статора. Число полюсов статора определяется выражением г, = 2)с,т, где /с, — целое число; т — число фаз. Число полюсов (зубцов) ротора г„не может выбираться произвольно и определяется в соответствии с формулой г = 2(Цгл + 1), где (гз — целое число. 74 В двигателе, показанном на рис.
3.6, число фаз равно 4, коэффициент Йн так же как и 1сн принят равным 1, в результате чего число полюсов статора равно 8. Число зубцов ротора в зависимости от выбранного знака в формуле для 2, может быть 6 (см. рис. 3.6) либо 10. На рис. 3.6 показано положение ротора, при котором ток от источника протекает через транзисторные ключи фазы В коммутатора и обмотки В, и В, полюсов статора, а ось ротора совпадает с осью этих обмоток.
Другие фазы статора током не обтекаются. Магнитные силовые линии замыкаются через два полюса статора, обмотки которых в данный момент обтекаются током, два зубца и тело ротора и далее через ярмо магнитной системы статора. Если теперь закрыть транзисторы фазы В и открыть транзисторы фазы А, то током будут обтекаться обмотки А, и Ат, что соответствует повороту вектора потока статора на 45 по часовой стрелке. Ротор под действием поля статора будет поворачиваться до совпадения оси ближайшей пары зубцов с осью обмотки А,— А,. Эта пара зубцов ротора на рисунке помечена точками.
Ротор повернется на 15' в сторону, противоположную направлению поворота вектора магнитного потока статора. Если после фазы В открыть транзисторы фазы С, то вектор магнитного потока повернется против часовой стрелки на 45, а ротор — по часовой стрелке на 15 . Таким образом ВИД обладает электромагнитной редукцией, т.е. скорости поля статора и ротора двигателя не равны друг другу. В рассматриваемом случае коэффициент редукции 1с„= 3. Вращение ротора в сторону, противоположную направлению вращения поля Рис. 3.6.
Структура вентильно-индукторного двигателя: г — силовой коммутатор; 2 — двигатель; 3 — датчик положения ротора (дПР); 4 — система управления (СУ) 75 нополярного тока в каждой фазе осуществляется в три этапа. На первом, активном, этапе, когда к фазе двигателя через открьпые нечетный и четный транзисторы приложено напряжение источника постоянного тока ~~ (см. рис. 3.6), ток в обмотках фазы нарастает.
В конце участка 2я/т основной транзистор данной фазы закрывается, чтобы открылись транзисторы следующей фазы. Наступает второй, пассивный, этап, на котором ток данной фазы начинает уменьшаться, протекая через остающийся открытым в течение следующей утловой длительности 2я/т вспомогательный транзистор. Когда этот транзистор закрывается, ток быстро падает до нуля, протекая через два диода. Однако для обеспечения плавного вращения, уменьшения пульсаций момента и снижения уровня шума при работе двигателя алгоритм формирования тока статора приходится усложнять. Ток должен формироваться по специальному закону, оптимизирующему электромагнитные процессы в двигателе.
В целях реализации этого закона воздействуют на длительность существования активного и пассивного этапов формирования тока фазы, используя при этом метод широтно-импульсной модуляции с воздействием либо на основной, либо и на основной и на вспомогательный транзисторы. Положение ротора, в функции которого производится переключение ключей силового вентильного коммутатора, измеряется датчиком положения ротора (ДПР) (см. рис. 3.6). В системе управления (СУ) полученные с датчика сигналы преобразуются в дискретную коммутационную функцию /; которая обеспечивает требуемый алгоритм переключения и необходимую длительность открытого состояния транзисторов.
Описанный способ коммутации называется одиночным, так как в любой момент времени к источнику питания подключается одна фаза двигателя. Наряду с этим находит применение парная коммутация, при которой к источнику всегда подключены две фазы двигателя, а также комбинированная коммутация. ГЛАВА 4 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ В СИСТЕМЕ ЧАСТОТНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 4.1. Преобразователь частоты с автономным инвертором напряжения и управляемым выпрямителем Преобразователь частоты, работающий на статорную обмотку асинхронного двигателя, показан на рис.
4.1. Он включает в себя автономный инвертор напряжения (АИН) с системой управления инвертора (СУИ) и управляемый выпрямитель (УВ). На выходе выпрямителя предусмотрен АС-фильтр, предназначенный для сглаживания выпрямленного напряжения Ц. В тормозном резисторе Я„который включается тормозным прерывателем К, при переходе двигателя в тормозной режим, рассеивается энергия торможения. В промышленных установках управляемый выпрямитель питается от сети переменного тока промышленной частоты 50 Гц.
Управляющим воздействием для него является сигнал задания напряжения на входе системы управления выпрямителем (СУВ). Наиболее распространенной схемой силовой части инвертора является трехфазная мостовая схема (см. рис. 4.1), состоящая из шести управляемых ключей, обозначенных на рисунке цифрами 1 ...б. Эти ключи должны обладать двухсторонней проводимостью.
В настоящее время они обычно выполняются на транзисторах, обеспечивающих протекание тока в прямом направлении от плюса напряжения Гг„к минусу. Обратная проводимость обеспечивается включенными параллельно транзисторам диодами обратного тока. С их помощью создается цепь для протекания обратного тока в процессе коммутации транзисторов и в тормозном режиме двигателя. Управление частотой гво„„на выходе преобразователя осуществляется путем воздействия на систему управления инвертора, в которой сигнал задания частоты преобразуется в длительность сигналов управления, подаваемых на транзисторы инвертора в соответствии с установленным алгоритмом. Значение амплитуды напряжения переменного тока на выходе инвертора определяется значением выпрямленного напряжения ~„из которого формиру- -50 Гн с Задание напряжения Зидание частаты Рис.
4.1. Структура преобразователя частоты со звеном постоянного така и управляемым выпрямителем 79 ется выходное напряжение преобразователя. Оно задается сигналом на входе системы управления выпрямителем. Диаграмма состояния ключей инвертора при угловой длительности замкнутого состояния ключей (открытого состояния транзисторов, работающих в ключевом режиме), равной и, представлена на рис.
4.2. В каждый данный момент времени замкнуты три ключа. Состояние ключей изменяется через каждую шестую часть периода, длительность которой в единицах времени Ы определяется заданным значением частоты на выходе инвертора как Ы = и/(3еее,„). Таким образом, изменение сигнала задания частоты на входе системы управления инвертором приводит к изменению этой длительности, т.е. изменению частоты сое напряжения на выходе. Последовательность замыкания ключей 1 — 2 — 3 — 4 — 5 — б (см. рис.
4.2) соответствует определенному направлению вращения двигателя. Для его изменения эта последовательность должна быль изменена на обратную. Из диаграммы очевидно, что существует шесть ненулевых состояний ключей, при которых всегда замкнуты два четных и один нечетный или один четный и два нечетных ключа. Кроме них могут еще использоваться два нулевых состояния, при которых замкнуты ключи 1 — 3 — 5 или 2 — 4 — 6 и когда все три фазы статора замкнуты на положительный или отрицательный зажим выпрямителя, что соответствует нулю напряжения на нагрузке. 1 6 1 1 1 Рис.
42. Диаграмма состояний ключей инвертора Все восемь состояний ключей инвертора показаны в табл. 4.1. В ней указаны номера замкнутых ключей, схема включения обмоток фаз статора в предположении, что обмотки соединены звездой, и значения фазных напряжений. В каждом из шести ненулевых состояний две обмотки статора, соединенные параллельно, включены последовательно с третьей Таблица 4.! Схемы включения обмоток статора ири разных состояниях влючей инверторв и соответствующие значения фвзиых наиряжеиий иы в~в "вв Рис. 4.3. Форма напряжений на выходе инвертора обмоткой.
Поэтому на соединенных параллельно обмотках действует напряжение, равное (1/3)(/в, а на обмотке, соединенной с ними последовательно (2/3)(/„. На рис. 4.3 показаны фазные напряжения иы, и,в, и,с, значения которых на каждой шестой части периода определяются в соответствии с табл. 4.1. Там же приведено одно из линейных напряжений и„в, определенное как иАв — — иы- и,в. Поскольку выходное напряжение преобразователя формируется 1 из напряжения (/в на выходе выпрямителя, изменение (/в в ре- ~ зультате изменения сигнала задания на входе системы управления 1 выпрямителем приводит к пропорциональному изменению напра- ~ жения на выходе преобразователя частоты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
