Г. Г. Соколовский - Электроприводы переменного тока с частотным регулированием (1249707), страница 9
Текст из файла (страница 9)
При учете насыщения связь между Ч' и 1„представляет собой нелинейную зависимость Ч'„=Х,„'1, или Хв =(4,)-~Фв. С учетом выражений (2.272 и (2.28) система уравнений для пространственных векторов во вращающейся системе координат будет иметь вид: РЧ! = Ц - 11Я, - ХЮ, Ч1; РЧ 2 12ээ2 „ЮрЧ 2> 1, =(Ч'1-Ч' )/А„; Ч в Ч 2 Х'2а12ю 12 = 1„-11; 1. =(Х;„) 'Ч„. Структурная схема строится на основании выражений: РЦ1!а 22!а Я1!!а + О2ОэаЦ!1рэ РЦ!1О Я1О 41!О О20элЦ1!аэ РЦ'2а ~~2!2а + О2рЦ12О> РЦ12О ээ212О О2ОЦ!2а~ !1а = (%а Ц!ва)/ Х1аз !1О = (%О Ц!ав)/1!а~ (2.29) Ц'аа Ц'2а ХОа !2аэ Ц1вр Ц12О ХОа !2аю 12Π— — ! Π— 11О', !2а !ва !1аэ Гра = (Хв) Ываэ !г43 = (Хээ) Ц2вфэ в которых векторы намагничивающего тока и главного потокосцепления, так же как и остальные векторы, представлены в виде комплексных чисел Х =с +г' а и Ч',„=ц~ +Х~,с. Для записи электромагнитного момента двигателя можно воспользоваться формулой (2.5): 3 ~)~д = Рп (Ч!сна ыц$ьа) К этому добавляются основное уравнение механики привода и выражение для частоты роторной ЗДС: рв = (И~ — М,)/У; щр = а~Оэл Рпщ Структурная схема приведена на рис.
2.8. Так же, как в схеме, представленной на рис. 2.2, независимыми входными величинами в модели служат: угловая частота напряжения питания ао, проекции вектора напряжения о', на оси системы координат и, и и,а и момент нагрузки М,. Выходными координатами являются: скорость двигателя, проекции токов статора, ротора и намагничивающего тока, проекции потокосцепления статора и ротора, главного потокосцепления, а также роторная частота. Блок учета насыщения магнитной системы обозначен на структурной схеме буквой Е В нем на основании текущих значений составляющих вектора главного потокосцепления Х~ н ~у а рассчитывается модуль главного потокосцепления ~Ч'„~ и по характеристике (Щ) =~(Ц) определяется значение (Х'), на которое умножаются проекции вектора намагничивающего тока на оси а и ~3 вращающейся системы координат. Для того чтобы перейти от модели с учетом насыщения к модели ненасыщенной машины, достаточно заменить в блоке Г нелинейную зависимость прямой линией, проходящей на уровне Щ.
В работе (53] отмечено, что при учете нелинейности характеристики намагничивания каналы преобразования составляющих вектора намагничивающего тока в составляющие вектора главного потокосцепления (или обратно) не автономны: любое изменение одной из составляющих входного вектора ведет к изменению обеих составляющих выходного вектора. Структурная схема при ориентации системы координат по вектору потокосцепления ротора (рис. 2.9) также может быть построена с учетом насыщения магнитной системы.
Для этого надо 53 ям 1 7м 1 Р 2 Хр и1а -1 Хр 1 1" 2» %ле Р х 6~па к.т ' Р В за -1 Хр 1 Рл Рис. 2.8. Структурная схема насыщенного асинхронного двигателя при произвольном повороте вращагощейся системы координат относительно пространственных векторов воспользоваться системой уравнений (2.29), приняв в ней зуза = О, гу2,„= 'Р2 и выразив роторнуго частоту через Р2 и гза. Р1УМ ПМ ЯГМ Гяаэх181а1 РЧ!В ИВ 411а В2аалГУМ Р1 2 й212с* азр й212в l 1 21 С з 7 ~ с|. Ф д 1 ь н ь ч -! х т -~ К о Ц Я к Ж сй о а о о О О.
~ С Ю а с М о о Х О в Ю о ~ ~ о о ~ о ~ Х Ж ~ к Ю Ы~, ДЗ Й" М и СФ х О. м К й о Ла = (%а 2Ута)/2 1а~ Ла = (%а 2Упс)//'!а~ Фаа ~ 2 п2а22а Ч~аа ~2а22а 22а Ьа 2та~ 22а Й9 2пс 2та — (4п ) 2йта 2пф — (4п ) 2Упа. Для расчета электромагнитного момента используется выражение (2.3), которое при 2у2а = О имеет следующий вид: 2ап Р/2)Рп Р2( 22а) Так же, как в схеме для ненасыщенной машины (см. рис. 2.5), частота ю, определяется через скорость двигателя и частоту роторной ЭДС, которая, в свою очередь, рассчитывается через про- ЕКЦИЮ тОКа РОтОРа На ОСЬ |3 2;а И МОДУЛЬ ПстОКОСЦЕПЛЕНИЯ РатОРа Ч',. Можно показать, что в ненасыщенной машине это совпадает с выражениями (2.23) ... (2.2б), использованными при построении структурной схемы, показанной на рис. 2.5. ГЛАВА З ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ С СИНХРОННЫМ И ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНЫМ ДВИГАТЕЛЯМИ 3.1.
Математическое описание синхронного двигателя без демпферной обмотки Конструкция статора синхронного двигателя принципиально не отличается от конструкции статора асинхронного двигателя. На нем располагается трехфазная обмотка такая же, как в асинхронном двигателе. При питании обмотки от трехфазного источника напряжения токи, протекающие в ней, создают магнитное поле, вращающееся с синхронной скоростью. Конструкция ротора синхронной машины существенно отличается от конструкции ротора асинхронного двигателя тем, что на роторе расположена однофазная обмотка возбуждения, которая питается от источника постоянного тока (возбудителя) '.
Наличие постоянного тока возбуждения приводит к возникновению собственного магнитного поля ротора, неподвижного относительно ротора. Это поле сцепляется с вращающимся полем статора и заставляет ротор вращаться с той же скоростью, что и поле статора.
Поэтому скорость двигателя в установившемся режиме всегда равна синхронной скорости огв которая однозначно определяется значением частоты напряжения питания и числом пар полюсов обмотки статора, т.е. равна гоо„/р„. Мгновенное отклонение скорости двигателя от синхронной имеет место лишь в переходных процессах, вызванных, например, изменением нагрузки на валу двигателя.
После окончания переходного процесса, если момент нагрузки не превышает некоторого максимально допустимого значения„скорость вновь возвращается к значению гяа. Синхронные двигатели в зависимости от нх конструктивного исполнения подразделяются на двигатели с явнополюсным и не- ' В настоящее время широко применяется также вариант синхронного двигателя с возбуидением от постоянных магнитов. Обычно такие машины используются в составе так называемого вентильного двигателя, который рассматривается в гл. 5. явнополюсным роторами. В первом случае полюса ротора изготовляются отдельно от заготовки ротора.
На сердечники из электротехнической стали устанавливаются катушки обмотки возбуждения, и затем готовые полюса с катушками крепятся на роторе. Во втором случае в листах электротехнической стали, из которых набирается магнитопровод ротора, предусматриваются радиальные вырезы. После сборки ротора на его поверхности образуются продольные пазы, в которые укладываются катушки обмотки возбуждения. В специальные пазы в полюсных наконечниках по длине ротора закладываются стержни демпферной 1пусковой) обмотки.
Стержни с торцов ротора объединяются короткозамыкающими сегментами, а сегменты отдельных полюсов объединяются перемычками, в результате чего образуется короткозамкнутая обмотка типа беличьей клетки принципиально такая же, как в роторе асинхронного двигателя. Эта обмотка обеспечивает пуск синхронного двигателя. В процессе пуска он разгоняется как асинхронный, а после выхода на подсинхронную скорость на обмотку ротора подается напряжение возбуждения и двигатель втягивается в синхронизм. На время пуска обмотка возбуждения, во избежание появления большой ЭДС на ее зажимах, замыкается накоротко или на сопротивление.
Демпферная обмотка способствует также демпфированию колебаний ротора, возникающих в переходных процессах. В установившемся синхронном режиме, когда скорость поля статора и скорость ротора равны друг другу, ток в демпферной обмотке отсутствует. Следствием конструктивного различия машины с явнополюсным ротором (явнополюсной машины) и машины с неявнополюсным ротором (неявнополюсной машины) является то, что в первом случае индуктивности обмотки статора по прямой оси, которая совпадает с осью полюсов ротора и обозначается как ось 4 и по квадратурной оси, обозначаемой как ось д, неодинаковы.
Во втором случае эти индуктивности равны друг другу. Обычно синхронные двигатели — это крупные машины мощностью от десятков до десятков тысяч киловатг при синхронной скорости от 100 до 3000 об/мин, которые используются в мощных нерегулируемых электроприводах. Тем не менее регулирование скорости синхронного двигателя при работе от регулируемого источника питания возможно путем изменения частоты напряжения на статоре.
Начнем рассмотрение электромагнитных процессов в синхронном двигателе с наиболее простого случая, когда демпферная обмотка на роторе отсутствует. Будем рассматривать двигатель с явнополюсным ротором, имея в виду, что для перехода от явнополюсной к неявнополюсной машине достаточно в математическом описании двигателя приравнять друг другу инлуктивности обмотки статора по обеим осям. Так же, как это было сделано при математическом описании асинхронного двигателя, введем в рассмотрение систему координат Н вЂ” д, связанную с ротором и вращающуюся вместе с ним. Однако между системами координат 1 — д в асинхронном и синхронном двигателях есть существенное различие, состоящее в том, что в первом случае эта система координат вращается в электрическом пространстве со скоростью ротора р„ы = сае,, — ар, которая во всех режимах, кроме режима идеального холостого хода, отличается от синхронной скорости„а во втором случае ее скорость в электрическом пространстве всегда равна синхронной скорости р„оо = ор .
Таким образом, система координат И вЂ” д в математическом описании синхронного двигателя играет ту же роль, что вращающаяся с синхронной скоростью система координат а — В в математическом описании двигателя асинхронного. Поскольку обмотка статора синхронного двигателя принципиально не отличается от статорной обмотки асинхронного двигателя, уравнение равновесия напряжений статора (2.11) может быть непосредственно использовано в математическом описании синхронного двигателя, если входящие в него пространственные векторы представить через их проекции на оси координат: 0~ = им+3и,ц, Х~ = 1и+ль,; Ф~ = щд+па~~. В отличие от асинхронного двигателя„обмотка ротора которого обтекается трехфазным переменным током с угловой частотой, равной а„в обмотке возбуждения синхронной машины протекает постояйный ток. Напряжение на обмотке возбуждения ил ток в ней ~'-и потокосцепление ротора Ч~могут быль представлены пространственными векторами, неподвижными относительно ротора и вращающимися вместе с ним, а следовательно, вместе с системой координат Н вЂ” д.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
