18.10 Краткое описание вентильно - индукторного электропривода
Отличительным признаком индукторной синхронной машины является то, что за один период магнитный поток в ней не изменяет своего знака, как в обычных синхронных машинах, а лишь изменяется от Фmax до Фmin. Индукторные генераторы применяют для получения переменного тока повышенной частоты (до 30 кГц). Индукторная синхронная машина обратима.
Рисунок 18.22 - График изменения магнитного потока индукторной машины
Индукторные синхронные двигатели позволяют получать малые частоты вращения без применения механических редукторов. Синхронная частота вращения такого двигателя при частоте питающего напряжения ƒ1 зависит от числа зубцов в сердечнике ротора n:
Для создания вращающегося магнитного поля обмотку статора индукторного двигателя делают либо трёхфазной, либо однофазной. В последнем случае на статоре помимо рабочей обмотки располагают ещё и пусковую обмотку, включаемую через пусковой конденсатор.
Структурная схема силовой части вентильно – индукторного электропривода (ВИП) при питании от сети трёхфазного переменного тока представлена ниже:
Рисунок 18.23 - Структурная схема системы управления вентильно –
индукторным электроприводом
В её состав входят индукторный двигатель ИД, электронный коммутатор К, выпрямитель В, датчик положения ротора двигателя ДП и, собственно, система управления СУ. Особенностью ВИП является применение ИД с различным числом полюсов статора и зубцов на роторе (в пределах 4 – 12). На рисунке, в качестве примера, показан трёхфазный двигатель, имеющий шесть полюсов статора и четыре зубца на роторе.
На полюсах статора ИД расположены три обмотки А – a, В – b, C – c; которые подключены к электронному коммутатору, выполняемому на силовых транзисторах того или иного типа. В рассматриваемой схеме в качестве управляемых ключей используются силовые биполярные транзисторы VT1 – VT6 с изолированным затвором типа IGBT. Управление ключами осуществляет СУ импульсами напряжения с заданной последовательностью и частотой, которые определяются сигналами задания скорости UЗ.С. и положения ИД (от датчика положения ДП) UД.П. . Диоды D1 – D6 обеспечивают возможность циркуляции электрического тока в электроприводе при отключении силовых транзисторов, а конденсатор является фильтром на выходе выпрямителя.
Принцип действия ВИП аналогичен принципу действия электропривода с ШД. Последовательность подключения фаз двигателя к источнику питания, при которой обеспечивается постоянное направление вращающегося момента, осуществляется с помощью датчика положения вала ИД.
Скорость вращения ротора определяется соотношением
где ƒк – частота коммутации обмоток; m – число фаз двигателя; n – число зубцов ротора.
При высокой частоте коммутации обмоток ИД имеют большие скорости вращения, а большое количество полюсов статора и зубцов ротора определяет их низкие скорости. При низких скоростях ИД из кинематической схемы ВИП можно исключить редукторы. В ВИП при определённом выборе моментов включения и отключения обмоток двигателя может быть реализован и тормозной режим работы.
Современные программные средства вычислительной техники позволяют получать информацию о положении вала ИД косвенным образом, что даёт возможность ещё более упростить кинематическую схему ВИП, делая его более простым и надёжным. К таким косвенным методам можно отнести:
Расчётное определение положения ротора по заданному начальному его положению.
Определение положения ротора по току обмоток статора двигателя.