Г. Г. Соколовский - Электроприводы переменного тока с частотным регулированием (1249707), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Магниты изготовляются из редкоземельных элементов (например, неодим — железо — бор) и обладают высокой коэрцигивной силой. Наряду с главным достоинством двигателей с постоянными магнитами — отсутствием щеточного контакта, применение постоянных магнитов обеспечивает и ряд их других положительных качеств. Они обладают малым моментом инерции ротора, простой системой охлаждения, так как на ротоРе нет нагреваемых током нагрузки обмоток, и лучшим КПД изза отсутствия потерь на возбуждение. В сочетании с высокой статической точностью и большим возможным диапазоном регули- 111 рования скорости эти свойства могут оказаться решающими аргументами при выборе привода с вентильным двигателем, несмотря на более высокую, чем у привода с асинхронным двигателем, стоимость.
Синхронные машины, на основе которых создаются вентильные двигатели, выпускаются многими отечественными и зарубежными электротехническими фирмами. По конструктивному исполнению их можно разделить на бескорпусные двигатели встраиваемого исполнения, которые вписываются в конструкцию исполнительного органа рабочей машины, и корпусные двигатели, конструкция которых близка к конструкции электрических машин общего применения. Примером первого типа исполнения могут служить двигатели типа ДБМ (двигатель бесконтактный моментный).
Такой двигатель показан на рис. 5.3. Он состоит из кольцевого статора 1, на котором располагается сгаторная обмотка, имеющего центральное отверстие для размещения ротора с постоянными магнитами 2. Ротор может крепиться непосредственно на валу исполнительного органа рабочей машиньь Статор устанавливается на неподвижной части рабочей машины и закрепляется болтами через крепежные отверстия 3. В качестве датчиков положения ротора применяются синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы, специально разработанные для ряда типоразмеров двигателя и конструктивно выполненные так же, как двигатель.
На статоре двигателя располагается обычно двухфазная (реже трехфазная) обмотка с числом пар полюсов, равным числу пар полюсов ротора. Вращающееся магнитное поле в двигателе с двухфазной обмоткой создается при питании обмотки двумя напряжениями„ сдвинутыми друг относительно друга на 90 эл. град. В трехфазном Рис. 5.3. Синхронный двигатель с постоянными магннтами в бескорпус- ном исполнении: 1 — кольцеаой статор; 2 — ротор о постоянными магннтамн; 3 — крепежнаа отаерсгне 112 Рис. 5.4. Поперечный разрез неявнополюсного ротора синхронного двигате- ля с постоянными магнитами: 1 — пакет ротора; 2 — ввл; 3 — постоянные магниты; 4 — отверстия двигателе обмотка статора питается от источника трехфазного напряжения.
Корпусной синхронный двигатель имеет конструкцию, близкую к конструкции обычного синхронного двигателя, т.е. имеет корпус с подшипниками, в которых вращается вал ротора. Статор двигателя состоит из шихтованного пакета стали, в пазах которого уложена статорная обмотка. Ротор чаще выполнен как неявнополюсный. Внутри корпуса на валу ротора расположен датчик положения ротора, выполненный, например, в виде резальвера — вращающегося трансформатора с обмоткой возбуждения на роторе и синусной и косинусной обмотками на статоре. Связь питающейся переменным током роторной обмотки возбуждения с первичной обмоткой, расположенной на статоре, осуществляется через кольцевой трансформатор, благодаря чему резольвер является бесконтактным устройством. Находят применение и другие типы датчиков.
Двигатель может быть снабжен встроенным электромагнитным тормозом. Принудительное охлаждение обычно не требуется. Поперечное сечение неявнополюсного ротора с числом пар полюсов р„= 3 показано на рис. 5.4. Пакет ротора 1 набран из листов электротехнической стали и располагается на валу 2 двигателя. Постоянные магниты 3 наклеены на поверхность пакета ротора. Листы стали имеют отверстия 4, в результате наличия которых уменьшается момент инерции ротора и улучшаются условия его охлаждения. Находят применение и двигатели с явнополюсным ротором, в которых постоянные магниты крепятся на валу в продольных пазах.
5.3. Принцип построения и математическое описание злектропривода с вентильным двигателем на основе двухфазной синхронной машины Примером электропривода с вентильньтм двигателем на основе двухфазной синхронной машины с постоянными магнитами 113 Рис. 5.5. Вентильный двигатель на основе машины типа ДБМ: а — структура; 6 — вектор потокосцепленив в двух системвх координат на роторе является привод с двигателем ДБМ. Структура электро- привода с двигателем ДБМ представлена на рис.
5.5, а [29). На обмотки статора А и В, сдвинутые в пространстве друг относительно друга на угол 90 /р„, т.е. на 90 эл. град., подаются синусоидальные напряжения переменного тока ам и и1в Для образования кругового вращающегося магнитного поля эти напряжения должны быть сдвинуты друг от друга на ив 1 = 90 во времени. Усилители мощности У„и Ув усиливают входные синусоидальные сигналы и;„и и,'в, поступающие с преобразователя координат (ПК). Преобразователь координат преобразует сигналы постоянного тока ив и и, в сигналы переменного тока.
Вращающаяся с синхронной скоростью система координат названа системой с( — д, как это сделано при рассмотрении синхронного двигателя (см. гл. 3). Вектор потока постоянных магнитов Ф и вектор потокосцепления статора от этого потока Ч'у, жестко связанные с ротором, направлены по продольной оси с(. Вектор Рг показан на рис. 5.5, б.
Угол 0„ представляющий собой текущее значение угла поворота вращающейся системы координат д — д относительно неподвижной системы координат х — у, является и углом поворота ротора в электрическом пространстве. Он измеряется датчиком положения ротора (ДПР), которым в приводе с двигателем ДБМ служит синус- но-косинусный вращающийся трансформатор. В дальнейшем будем считать, что датчик положения ротора установлен так, что измеряемый им угол О, равен нулю при совпадении оси с( вращающейся системы координат с осью х неподвижной системы координат.
Для описания электромагнитных процессов в венгильном двигателе на основе синхронной машины с неявнополюсным ротором воспользуемся выражениями (3.1...3.6) для синхронного двигатепя во вращающейся системе координат е( — д, учитывая следующее: 114 1. Уравнения (3.1) и (3.2) справедливы и при рассмотрении двигателя с постоянными магнитами. Входящая в них частота может быть записана в виде го~,,„= р„а.
2. Уравнение (3.3), представляющее собой уравнение равновесия напряжений в обмотке возбуждения, не имеет смысла при возбуждении от постоянных магнитов и должно быть исключено. 3. В формуле (3.4) составляющая потокосцепления статора от тОКа ВОЗбУжДЕНИЯ И4г~~ ЗаМЕНЯЕтСЯ На СОСтаВЛЯЮЩУЮ Ч'т = ФИ От потока постоянных магнитов (Ф вЂ” полезный поток постоянных магнитов, считающийся постоянным; в — число витков обмотки статора).
4. Вектор потока направлен по оси И вращающейся системы координат д — д. Так же направлен и вектор составляющей потокосцепления статора от потока постоянных магнитов, т.е. Ч'~ = иж чя =(). 5. Уравнение (3.6), определяющее ток в обмотке возбуждения, исключается в связи с возбуждением от постоянных магнитов. 6. Рассматриваемая машина выполнена с неявнополюсным ротором, в которой индуктивности статора по продольной и поперечной осям равны друг другу и обозначены Х, = Ем = А~,. Тогда во вращающейся с синхронной скоростью системе координат уравнения, описывающие электромагнитные процессы в вентильном двигателе, приобретают вид: им = Жм+рчм-ое ~ум' Ид = Фм + рЧм + ~Мюром' т1б 6!~м + Ч~ж) %д =41и.
Эти уравнения можно записать в форме пространственных векторогя (5.1) С учетом того, что Ч~ = сопзС и рог — — д ч~ /д г = О, после подстановки второго равенства в первое получим: (~мт = ЯЦТьр+1)+)р„езТ~~К~~, +1Е, (5.2) 115 3 Рп)иЧ'/. 2 (5.3) В двигателе с двухфазной обмоткой на статоре цифра 3 в числителе должна быть заменена цифрой 2, тогда выражение для момента приобретет вид (5.4) ))~л = РпЧ'г)д. Из этих выражений следует, что при Ч'-= сонат электромагнитный момент двигателя однозначно определяется составляющей тока г~„. Следовательно„наиболее экономичным режимом работы вентильного двигателя является такой, при котором обеспечивается равенство нулю тока )м, что соответствует наименьшему значению тока, потребляемого при данной нагрузке. Перейдем далее к математическому описанию двигателя в неподвижной системе координат х — у.
Для этого в выражениях (5.1) надо заменить каждый вектор, записанный во вращающейся системе координат Ы вЂ” д, соответствующим вектором в неподвижной системе координат, умноженным на е " (см. равенство (1.16)): О,„хе " = Я,1„уе " + — (Ч'„~е ")+ дэо Ч', уе "; ш' Ч',„,Е '~ =ДХ,г хЕ ~'+Ч'Г Е ~'. Поскольку — (Ч', е-~')= " 'е-~' -,Гг», Ч', е-~". <~ ' г)11х — у - 8 дй, йь = — ~ дг то, произведя сокращения, получим уравнения, записанные в неподвижной системе координат: 116 где ГŠ— вектор ЭДС вращения, направленный по оси у вращающейся системы координат, ГЕ = ~р„аЧ'Г, Т, — постоянная времени статорной обмотки, Т, = А,й,.
Момент трехфазного двигателя с постоянными магнитами можно получить из выражения (2.10), заменив индексы а и Р на И и д и приняв вием 1~ = 0 и Е (за =Ч'~. с1- ('1х — у = Жабы — у+ 1ы — у) бг Ч"ц-у = Т 17.-у + Ч'у„у. Вектор Ч'г во вращающейся системе координат направлен по продольной оси Е Как видно из рис. 5.5, б, при переходе в неподвижную систему координат его нужно записать в виде Ч'~„ = Ч~ (созО, + ~з(п О,).Подставляя эту формулу в выражение для Ф,„„, а результат — в выражение для 1)ы, и выполнив дифференцирование и разделение вещественных и мнимых частей, получим равенства для проекций вектора напряжения на статоре: и,„= )А„+ 1„рГ1„- Ч'Гго~„з(п О,; и, = 411 + 1~р(1 — Ч'~мо созО,. 1 )и,„.
со, 1„= — ~ — — ь„+ — 'япО,1; троя, Л, 1 Йв . сд~> 1ы —— — ~ — — 1ы — — сов О, Тр~Я, Я, (5.5) Формула (5.4) определяет момент двигателя через ток статора во вращающейся системе координат. Ток статора в неподвижной системе определится как (5.б) 117 В этих равенствах сомножитель Ч'~а„, = р„Ч'~а представляет собой модуль вектора ЗДС вращения, а р„Ч'7 — коэффициент пропорциональности между этой ЗДС и скоростью. Он же является и коэффициентом пропорциональности между электромагнитным моментом и проекцией тока статора по оси ц в формуле (5.4). Введем обозначение с,' = р„Ч'г.
для двухфазной машины проекции векторов тока и напряжения на оси неподвижной системы координат — это токи статорных обмоток А и В и напряжения на их зажимах. Поэтому при дальнейшем рассмотрении вентильного двигателя на основе машины ДБМ заменим индексы х и у на А и В. Тогда для токов фаз статора можно записать: Сучетомвыражений 1м„=(м+ра и едь =созО, +7'апО, связь между токами фаз статора и проекциями вектора тока на оси вращающейся системы координат определяется выражениями: (ы =(мсозО,— г,,апО„ 1м — — ь„з1пО, +1„созО„ в которых индексы х и у заменены на А и В. Приняв в этих равенствах (м — — О, получим 1, = ю',~созО, — 1,„апО,. После подстановки в формулу (5.4), получаем вйражение для электромагнитного момента через проекции токов в неподвижной системе координат: М„= с„' (~1а созО, — г,„з)пО,).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
