Электромагнитные процессы в замкнутом асинхронном электроприводе

Электромагнитные процессы в замкнутом асинхронном электроприводе, определяющее его энергетические характеристики, исследуются в установившемся режиме и без учета высокочастотных пульсаций тока , вызванных импульсным характером напряжения на выходе инвертора (анализ по гладкой составляющей). В этом случае, электромагнитные переменные зависят от закона управления и не зависят от метода реализации этого закона (скалярного и векторного). Рассмотрим расчет этих характеристик для наиболее распространенного закона с поддержанием постоянного потокосцепления ротора. Анализ удобнее осуществлять во вращающейся системе координат, поскольку все электромагнитные переменные состояния, а их произвольные равны нулю.

Математическое описание АКЗ в установившемся режиме находится из уравнения (3.14) при условиях:

(3.32)

Напомним, что все переменные являются относительными. Из двух последний уравнений находятся относительные значения токов в осях x,y:

(3.33)

Проекции напряжения на статоре находятся из первых уравнений системы (3.32):

(3.34)

Алгоритм расчета электромагнитных характеристик включает такую последовательность:

Задается относительная частота

Задается абсолютное скольжение в диапазоне

Для каждого значения абсолютного скольжения рассчитываются токи и напряжения по формулам, приведенным выше.

Вентильная машина

Основной отличительной особенностью вентильных машин является то, что поле ротора в них неподвижно относительно ротора вращается синхронно с ним. В синхронных электромагнитных и магнитоэлектрических машинах это собственное поле, а в синхронных реактивных – это поле, которое пронизывает.

При проектировании электропривода выделение видов синхронных машин связанно уже не столько с физическими и конструкционными особенностями применениями, со способами ее управления и способами построения систем управления.

Машины с электромагнитным возбуждением и явно выраженными полюсами нашли широкое распространение в гидрогенераторах. Кроме того, они широко используются в судовых и автомобильных генераторах. Машины с электромагнитным возбуждением с неявно выраженными полюсами используется в турбогенераторах.

Эти типы машин тесно связаны с энергетикой и практически не используется в электроприводе. Теория этих машин подробно изложена в классических курсах по электрическим машинам. Поэтому в дальнейшем изложении они не рассматриваются. Однако следует подчеркнуть, что все исследования электроприводов (разомкнутых и замкнутых) с магнитоэлектрическими машинами автоматически можно распространить на машины электромагнитные.

В машинах магнитоэлектрических деление касается скорей способа управления, нежели принципа работы.

Обмотки статора машины могут быть запитаны синусоидальным напряжением (током), квазисинусоидальным напряжением (током) (ШИМ по синусоидальному закону) и импульсным напряжением (током).

В зависимости от этого различаются:

Шаговые двигатели. В них обмотки статора запитываются импульсным напряжением (током). От каждого импульса ротор двигателя совершает шаг – поворот на определенный угол. Шаговый двигатель – это уже синхронный двигатель вместе с полупроводниковым преобразователем. Его характеристики зависят от способа построения и управления этого преобразователя. Шаговые двигатели нашли широкое распространение в системах электроавтоматики, управляемых по радиоканалу, а так же в цифровых системах управления.

Бесконтактные машины постоянного тока (БМПТ) и вентильные машины (ВМ) – это синхронный двигатель в замкнутой системе (3.34), реализованной с использованием датчика положения ротора (ДПР), преобразователя координат (ПК) и силового полупроводникового преобразователя (СПП).

Разница между БМПТ и ВМ заключается только в способе формирования напряжения на выходе силового полупроводникового преобразователя рис.3.23.

Рис. 3.23. Функциональная схема БМПТ и ВМ

В первом случае формируется импульсное напряжение на обмотках машины. Во втором случае на выходе СПП формируется синусоидальное или квазисинусоидальное напряжение (ток).

Следует заметить, что БМПТ отличаются от шаговых тем, что включены в замкнутые систему формирования напряжения. В них напряжение формируется в зависимости от полярности ротора, и это является их принципиальным отличием от в которых положение ротора зависит от числа управляющих импульсов.

Из всех рассмотренных типов синхронных машин наиболее перспективными считаются вентильные машины.

Принцип управления вентильной машиной рис. 3.23. Датчик положения ротора (ДПР), преобразователь координатной и силовой полупроводниковый преобразователь (СПП).

Ось магнитного поля ротора в синхронной машине принято обозначать d, а перпендикулярную ось – буквой q (рис.3.2). При анализе машины ось d считается вещественной осью, а ось q – мнимой.