18 Электромеханические и механические характеристики системы «однофазный управляемый выпрямитель – дпт».

Электромеханические характеристики ДПТ в системе ЭП – зависимость среднего значения скорости двигателя от среднего значения тока якоря при постоянном угле . .

Механические характеристики ДПТ в системе ЭП называется зависимость .

; ; –РНТ; – РНТ. Характеристики для РПТ: и ,

Из уравнений для РПТ очевидно, что в РПТ двигатель является неуправляемым, т.к. изменение не приводит к изменению скорости идеального ХХ двигателя, а скорость двигателя определяется величиной момента нагрузки. Зоны непрерывного и прерывистого тока на плоскости разделяются режимом гранично-непрерывного тока (ГНТ).

Для ГНТ можно записать: (1);

.

Д ля построения электромеханической характеристики на плоскости необходимо:1) построить характеристики для РНТ; 2) определить для каждого значения (каждой характеристики) по (1) , а затем по выражению определить ; 3) определить для каждого угла; 4) соединить точки с т. .

19 Система электропривода «синхронный двигатель с постоянными магнитами».

В современном регулируемом электроприводе всё большее применение находят электроприводы с СДПМ.

В отличие от БДПТ, питание обмотки якоря вентильного двигателя (ВД) переменного тока осуществляется трехфазно-симметричной системой токов (напряжений), при этом используется стандартная силовая схема преобразователя электрической энергии на базе транзисторного IGBT-инвертора напряжения (рис.). Благодаря управлению транзисторами инвертора в режиме модифицированной синусоидальной или пространственно-векторной широтно-импульсной модуляции (ШИМ) с относительно высокими частотами (для двигателей малой и средней мощности с номинальной частотой питания 50 Гц частоты ШИМ могут составлять от 1 до 20 кГц) обеспечивается близкая к синусоидальной форма токов ВД.

Машины с постоянными магнитами позволяют уменьшить потери, а также устранить подвод тока через контактные кольца к обмотке возбуждения. В настоящее время синхронные машины с постоянными магнитами широко используются как микродвигатели, генераторы небольшой мощности и тахогенераторы. В этих машинах вместо обмотки возбуждения применяют блок постоянных магнитов, изготовляемый из магнитотвердого материала — кобальтовой стали, а также различных сплавов из алюминия, никеля, железа и кобальта, обладающих большой коэрцитивной силой. Постоянные магниты в таких машинах располагают в большинстве случаев на роторе. Статор имеет обычную конструкцию, в его пазах размещают одно-, двух- или трехфазную обмотку.

В синхронных двигателях на роторе кроме блока постоянных магнитов устанавливают собранный из листовой стали пакет, в пазах которого размещают пусковую короткозамкнутую обмотку типа «беличья клетка». Последняя по окончании процесса пуска служит демпфером, препятствующим качаниям ротора.

Наибольшее применение получили двигатели двух конструктивных исполнений: с радиальным и аксиальным расположением блока постоянных магнитов и стального пакета ротора с короткозамкнутой обмоткой. При радиальном расположении пакет ротора выполнен в виде кольца, напрессованного на блок постоянных магнитов, в котором имеются прорези, разделяющие полюсы разной полярности; размеры прорезей выбирают из условий оптимального использования энергии постоянных магнитов. При аксиальном расположении пакет ротора насаживают непосредственно на вал двигателя, а по его краям устанавливают один или два блока постоянных магнитов, выполненных в виде дисков.

Пуск СДПМ обычно производят непосредственным включением в сеть. Разгон двигателя осуществляется за счет асинхронного вращающего момента, возникающего в результате взаимодействия вращающегося магнитного поля с током в пусковой обмотке ротора. При питании двигателя от однофазной сети в цепь одной из фаз включают конденсатор, необходимый для получения вращающегося магнитного поля.

Э лектромагнитные процессы, происходящие в синхронных машинах с постоянными магнитами, в основном аналогичны электромагнитным процессам, происходящим в машинах с электромагнитным возбуждением. Однако на магнитный поток, создаваемый постоянными магнитами, сильное воздействие оказывает МДС якоря. Значительному размагничивающему действию со стороны якоря постоянные магниты подвергаются во время пуска синхронного двигателя, когда ток якоря наибольший.

Двигатели с постоянными магнитами по сравнению с другими типами синхронных двигателей обладают хорошими энергетическими показателями (КПД и cos φ), повышенной устойчивостью работы в синхронном режиме и высокой стабильностью частоты вращения. Недостатком их является сравнительно большая стоимость, обусловленная дороговизной материала, из которого изготовляют постоянные магниты, и большая кратность пускового тока, что имеет значение при работе таких двигателей от полупроводниковых преобразователей.

СДПМ — синхронный двигатель с постоянными магнитами

ДПР — датчик положения ротора

В К — вентильный коммутатор

ВК получает питание от источника постоянного напряжения, которым может быть аккумуляторная батарея, а в промышленности — выпрямитель с выходным фильтром. В этом случае двигатель получает питание от преобразователя частоты (ПЧ).

Датчик положения ротора дискретный (бинарный) формирует прямоугольные сигналы с длительностью по углу ротора π (в двухполюсной машине) синхронизированный с ЭДС вращения своей фазы (с плоским участком).

С истема управления вентилями (СУВ) формирует сигналы разрешения открытого состояния соответствующего транзистора на плоском участке ЭДС вращения.

Из кривых очевидно, что в каждый момент времени ток проводят только два транзистора, одна фаза током не обтекается.

Момент двигателя:

Кривые приведены для случая, когда транзисторные ключи полностью открыты на участке λ=120°. При этом двигателю приложено полное напряжение источника питания U_п (без учета падения напряжения на ключах инвертора).

Для регулирования скорости двигателя используют широтно-импульсную модуляцию напряжения U_п точно так же как в системе ЭП ПШИУ-LGN/

В каждый момент времени в схеме мостового инвертора разрешена работа, т.е. коммутация двух ключей из шести сигналами датчика положения ротора. При этом ток протекает по двум фазам якоря двигателя, третья фаза током не обтекается.

М немосхема работы ключей:

Работа каждого ключа разрешена на интервале 120 электрических градусов углового положения ротора, т.е. углового положения магнитного поля машины.

При использовании любого закона коммутации (симметричный, несимметричный, диагональный) в зависимости от режима работы двигателя ток протекает по транзисторам однофазного мостового инвертора, который образован 4-мя из 6-ти ключей 3-х фазного инвертора.

Достоинства и недостатки системы ЭП БДПТ

Синхронный двигатель с постоянными магнитами имеет максимальное значение

сравнению с асинхронными двигателями и особенно с двигателями постоянного тока, что предполагает их применение в быстродействующих позиционных ЭП (сервоприводах).

Вследствие этого система ЭП с СДПМ в настоящее время получила преобладающее применение в ЭП роботов и ЭП подачи металлорежущих станков.

Недостатки:

1. Наличие датчика положения ротора.

2. Повышенные пульсации момента двигателя, вызванные процессом коммутации фаз.