
- •Томск – 2010 Содержание:
- •Введение
- •Автоматизированный электропривод
- •Механические характеристики электродвигателей
- •Механические характеристики производственных механизмов
- •Механическая характеристика электродвигателя и производственного механизма
- •Механика электропривода
- •Управление движением электропривода
- •Механические характеристики
- •Регулирование координат электропривода
- •3.1. Основные уравнения
- •3.4 Характеристики и режимы при последовательном возбуждении
- •3.5. Номинальный режим. Допустимые значения координат
- •3.6. Регулирование координат в разомкнутых структурах
- •3.7 Регулирование координат в замкнутых структурах
- •3.8 Технические реализации. Применения
- •Силовые схемы электропривода постоянного тока
- •3. Вентильные преобразователи напряжения постоянного тока
- •Датчики положения
- •16.8. Потенциометрические преобразователи
- •Индукционные машины систем синхронной связи - сельсины
- •16.6. Фотоэлектрические преобразователи
- •Вращающиеся трансформаторы
- •Глава 18. Системы отсчета и передачи угла
- •Датчики скорости - тахогенераторы
- •19.5. Фотоимпульсные измерители частоты вращения
- •Датчики тока и потокосцепления
- •Формирование механических характеристик электродвигателей с помощью обратных связей по выходным координатам
- •Корректирующие устройства
- •23.1. Активные корректирующие устройства
- •23.2. Пассивные корректирующие устройства
- •23.3. Цифровые корректирующие устройства
- •23.4. Параллельные корректирующие устройства
- •23.5. Нелинейные и псевдолинейные корректирующие устройства
- •28.2. Последовательные цифровые корректирующие звенья
- •28.3. Параллельные корректирующие звенья
- •28.4. Динамические регуляторы
- •Вентильные электроприводы
- •11 1. Вентильные электродвигатели систем автоматического регулирования
- •11.2. Момент вращения вентильного электродвигателя
- •11.3. Силовые схемы вентильных электроприводов
- •11.4. Передаточная функция вентильного электродвигателя
- •Лекция 13 шаговые двигатели Общие сведения о шаговых двигателях
- •Реверсивные шаговые двигатели
- •Режимы работы и характеристики
- •Силовые схемы шагового электропривода
- •9.1. Асинхронные электродвигатели систем автоматического регулирования
- •9 .2. Расчетная схема и дифференциальные уравнения
- •9.3. Уравнения состояния и структурная схема асинхронного электродвигателя
- •9.4. Передаточная функция асинхронного электродвигателя
- •9.5. Вращающий (электромагнитный) момент асинхронного
- •9.6. Режимы работы асинхронных машин
- •6.4. Автономные управляемые инверторы
- •Электропривод "РэмТэк-03"
11.2. Момент вращения вентильного электродвигателя
Рассмотрим формирование
кривой вращающего момента на примере
двухфазного двухполюсного вентильного
электродвигателя. Соосно
с обмотками статора имеем два чувствительных
элемента (ЧЭ) датчика
положения. Пусть в исходном состоянии
ось полюсов ротора
совпадает с осью фазы А (в системе
координатных осей
,
рис.11.1.
Сигнальный
элемент (СЭ) датчика положения ротора
(ДПР),
перекрывающий зону
,
входит в область чувствительного
элемента ДП1 и вырабатывает сигнал на
включение фазы В на постоянное
напряжение источника питания. Число
сигнальных секторов
равно числу пар полюсов ротора. В общем
случае ширина зоны действия сигнального
элемента
где
- число пар полюсов,
- число фаз (секции) обмотки статора.
Пусть
по фазе В протекает ток в положительном
направлении и
создает магнитный поток Фа
Взаимодействие потоков статора и ротора
создает вращающий момент
где
- угол между векторами потоков ротора
и обмотки статора, k,
k
-конструктивные коэффициенты, Iа
-
ток фаз обмотки статора.
О
чевидно,-
что при повороте ротора на угол
момент , создаваемый фазой В, уменьшается
до нуля. В это время сигнальный элемент
датчика положения ротора входит в
область чувствительного элемента ДП2
и вырабатывает сигнал на включение
фазы А. Момент вращения максимален.
Осуществляется поворот ротора еще на
.
Если в качестве
чувствительного элемента взяты
датчики Холла, а в качестве сигнальных
элементов - постоянные магниты, то
при повороте ротора на угол тс под ДП1
меняется полярность магнита, а ЭДС
датчика Холла меняет знак. ДП1
вырабатывает сигнал на включение фазы
В, но с другой полярностью прикладываемого
напряжения. Направление момента вращения
сохраняется и ротор поворачивается на
очередной угол
.
Кривая момента вращения представлена
на рис. 11.2,а.
Имеет место существенная пульсация вращающего момента в пределах оборота ротора, которая вызывает соответствующую пульсацию частоты вращения. Кроме того, при включении напряжения только на одну катушку при ряде положений ротора может оказаться, что момент вращения меньше момента сопротивления и двигатель вращаться не будет.
Пульсации момента вращения
можно существенно уменьшить, расширив
зону действия сигнального элемента до
.
В этом случае через каждые
одновременно
включены обе фазы на период
.
Кривая момента представлена на рис.11.2,6.
Таким образом обеспечивается достаточно
большой пусковой момент при любом
положении ротора. Учитывая синусоидальное
распределение кривой момента вращения
каждой катушки в зависимости от положения
ротора, кривую момента можно еще сгладить
путем сдвига чувствительных элементов
на угол
,
рис.11.2, в. Проблема пульсаций момента
имеет значение только на малых скоростях,
особенно для безредукторных приводов.
Формирование кривых фазного напряжения трехфазного вентильного электродвигателя с трансформаторными датчиками взаимного положения ротора и фаз статора описано в /41/.
При пуске вентильного
электродвигателя (
)
по мере разгона ротора появляется и
возрастает ЭДС, наводимая в фазах
обмотки статора. Эта ЭДС противодействует
напряжению сети, приложенному к фазам
обмотки статора, и уменьшает ток фаз,
что приводит к снижению вращающего
момента. Когда вращающий момент
уравновесит момент сопротивления,
частота вращения ротора достигнет
установившегося значения. Изменения
момента сопротивления вызывают
соответствующие изменения частоты
вращения ротора, так же как это
происходит в двигателях постоянного
тока. Изменение частоты вращения
ротора приводит к соответствующим
изменениям частоты переключения
транзисторов коммутатора и соответственно
к такому же изменению частоты вращения
поля статора. Ротор и поле статора имеют
одинаковую синхронную частоту вращения.
Эта частота вращения зависит от значения
напряжения, подаваемого на фазы
обмотки статора и от значения статического
момента сопротивления.
В /50/ дается следующая зависимость для расчета момента вращения вентильного электродвигателя (все величины берутся в о.е.)
Где
- относительное значение
питающего напряжения,
-
относительное значение электромагнитной
постоянной времени,
- относительное
значение угловой частоты вращения
ротора,
- угол установки ДПР (обычно
).
Уравнение (11.2) наглядно показывает влияние индуктивности обмотки статора на форму механической характеристики. Характерным является увеличение нелинейности характеристики с возрастанием индуктивности обмотки. Если принять = 0, то получим в системе относительных величин уравнение аналогичное основному уравнению исполнительного двигателя постоянного тока (8.25):
Механические характеристики бесконтактного электродвигателя постоянного тока, рассчитанные по (11.2), представлены на рис.11.3. Как видно в двигательном режиме (1 и 3 - й квадранты) механические характеристики симметричны относительно начала координат и достаточно линейны, причем в тем большей степени, чем меньше . В тормозных режимах (2 и 4 - й квадранты) характеристики не линейны и при больших наблюдается неустойчивость.
Штриховыми линиями на рис. 11.3 показана граница устойчивости при Тэ=1.
Вентильные электродвигатели
имеют большую перегрузочную способность
(
),
что объясняется использованием
редкоземельных магнитов. Нелинейность
механических характеристик не
превышает 10%. В большинстве случаев
можно считать, что механические
характеристики бесконтактного вентильного
электродвигателя, работающего в
двигательном режиме, совпадают с
характеристиками двигателя постоянного
тока.