13. Система электропривода "бесконтактный двигатель постоянного тока.

Б ДПТ – это система ЭП состоящая из синхронного двигателя (СД) с трапецеидальным ЭДС вращения с дискретным датчиком положения ротора (ДДПР) и инвертором (ВК) формируемый в фазах двигателя переменный прямоугольный ток. ВК получает питание от источника = напряжения. Если источник получает питание от сети через выпрямитель и фильтр, то вся силовая схема является преобразователем частоты (ПЧ). СД с трапецеидальной ЭДС вращения представляет собой машину сосредоточенной 3-ех фазной обмоткой на статоре с трапецеидальным распределением магнитной индукции в зазоре машины. ДДПР осуществляет формирование сигналов для коммутации фаз двигателя в определенных положениях ротора.

Д ля получения max момента двигателя при данном токе необходимо, чтобы на интервале постоянного значения ЭДС в фазах якоря протекал = ток. ДДПР формирует сигналы соотв. постоянному значению ЭДС фаз, необходимые для открывания соответствующих транзисторов и формирования = тока в данной фазе. Для получения max моментов при данном токе необходимо, чтобы ток протекал по двум фазам двигателя, коммутация фаз проходила через 60 град. и была строго синхронизирована с ЭДС якоря.

Кривые приведены для случая, когда машина работает генераторном и формирует в фазах трапецеидальное ЭДС. При использовании машины в двигательном режиме управление скоростью и динамическими режимами (пуск, торможение) обеспечивается путем регулирования напряжения. Регулировать напряжение на двигателе можно осуществить с помощью ШИМ напряжения источника питания Uип, точно также как это осуществляется в преобразователе с широтно-импульсным управлением постоянного тока. Т.к схема инвертора содержит 6 транзисторов (а в ПШИУ 4), то в схеме происходит изменение ее структуры (рабочей части) в зависимости от положения ротора (магнитного потока) по сигналу ДДПР. Вследствие того, что изменяется структура и происходит коммутация фаз, в работе схемы выделяют два интервала: 1) межкоммутационный 2) коммутационный. На межкоммутационном интервале ток протекает по двум фазам. На коммутационном интервале ток протекает по 3 фазам.

Из приведенных структурных схем очевидно, что на каждом межкоммутационном участке рабочая схема представляет собой однофазный мостовой ПШИУ в одну диагональ которого включены две фазы двигателя, а вторая подключена к Uип. Для регулирования напряжения на двигателе используют аналогичные способы, что и для ПШИУ: симметричная, несимметричная, диагональная.

ДДПР формирует сигналы которые при определенном положении ротора разрешают работу одной из 6 приведенных схем. Работа каждого из транзисторных ключей разрешается на интервале 120* электр. градусов. Т.е. углового положения магнитного поля машины. При использовании любого закона коммутации, ток протекает по транзисторам мостового ПШИУ, который образован 4-мя из 6-ти ключей 3-ех фазного инвертора.

14. Вращающийся трансформатор. Устройство, принцип действия, режимы работы. Характеристики управления.

Вращающиеся трансформаторы применяются в автоматических и счетно-решающих устройствах. Они служат для получения переменного напряжения, представляющего собой определенную функцию угла поворота ротора α. Обычно требуется, чтобы это напряжение было пропорционально sin α, cos α или самому углу поворота α. В соответствии с этим различают синусные, косинусные, синусно-косинусные и линейные вращающиеся трансформаторы.

Возможны несколько режимов работы вращающихся трансформаторов в зависимости от схемы включения их обмоток:

1) синусно – косинусные ВТ, у которых выходное напряжение одной обмотки пропорционально синусу угла поворота ротора, а другой обмотки – косинусу угла поворота ротора (СКВТ); U_A = U_maxsinα; U_B = U_maxcosα

2) линейные ВТ, у которых выходное напряжение пропорционально углу поворота ротора (ЛВТ); получение линейной в определенном угловом диапазоне выходной характеристики сводится к аппроксимации прямой линии функцией типа f(Θ)=sinΘ/(1+C*cosΘ), где С – постоянный коэффициент; U = kα, где k = const

3) масштабные ВТ, у которых выходное напряжение пропорционально входному, и коэффициент пропорциональности (масштаб) определяется углом поворота ротора;

4) датчики и приемники трансформаторных дистанционных передач угла (ВТДП), выполняющие функции, аналогичные трансформаторным сельсинам;

5) преобразователи координат, осуществляющие поворот осей декартовой системы координат или переход к полярной системе координат (построители);

6) индукционные фазовращатели, осуществляющие преобразование пространственного угла во временной.

К онструктивно вращающиеся трансформаторы подобны асинхронным машинам с фазным ротором. У них как на статоре, так и на роторе имеется по две симметричные обмотки, оси которых сдвинуты между собой в пространстве на электрический угол, равный 90°. Во вращающихся трансформаторах принимают меры к тому, чтобы распределение магнитной индукции в воздушном зазоре было по возможности близким к синусоидальному. Достигается это за счет специального выполнения обмоток, выбора соответствующего числа пазов статора и ротора, применения скоса зубцов и тщательного изготовления магнитопровода.

На рис. 1 представлена принципиальная схема синусно-косинусного вращающегося трансформатора. Обмотка S статора включается в сеть переменного тока со стабилизированным напряжением U1. Эта обмотка является обмоткой возбуждения. Пульсирующий магнитный поток, обусловленный током этой обмотки, индуктирует в обмотках ротора ЭДС, значения которых зависят от угла поворота ротора α. Угол α, будем отсчитывать от положения ротора, когда ось его обмотки 1Р перпендикулярна оси обмотки S статора. В этом случае в обмотке 1Р индуктируется ЭДС, пропорциональная sin α, а в обмотке 2Р - пропорциональная cos α. В зависимости от того, какая из обмоток используется, получаем синусный или косинусный, а при использовании обеих обмоток ротора - синусно-косинусный вращающийся трансформатор.

При нагрузке по обмоткам ротора потечет ток, который создает магнитные потоки, направленные вдоль осей этих обмоток. Потоки каждой обмотки можно разложить на две составляющие - продольную, совпадающую с осью обмотки возбуждения, и поперечную, направленную перпендикулярно этой оси. Продольная составляющая потока обмотки ротора вместе с потоком обмотки возбуждения создают основной рабочий поток вращающегося трансформатора, который, как и в трансформаторе, зависит от подведенного напряжения и при U1 = const постоянен.

Поперечная же составляющая потока Фq = Ф соs α индуктирует в обмотках ротора ЭДС, искажающую синусную или косинусную зависимость напряжения от угла поворота. По отношению к поперечному потоку Фq, обмотка 1Р является косинусной обмоткой, и поэтому ЭДС, индуктированная в ней этим потоком, пропорциональна Фsin2α. Можно показать, что если включить обмотку 2Р, то в ней от ее поперечного потока будет индуктироваться ЭДС, пропорциональная Фsin2α.

Для того чтобы избежать погрешностей от поперечных потоков, применяется симметрирование. Симметрирование может быть проведено как на вторичной, так и на первичной стороне. При симметрировании на вторичной стороне обе обмотки ротора замыкаются на одинаковую нагрузку Zнг1 = Zнг2. В этом случае поперечные потоки обмоток будут численно равны, но так как они направлены встречно, то произойдет их взаимная компенсация.

П ри симметрировании на первичной стороне обмотку статора К замыкают на элемент, комплексное сопротивление которого ZK,C численно равно внутреннему комплексному сопротивлению источника питания обмотки S. В этом случае поперечный магнитный поток ротора будет ослабляться за счет размагничивающего действия потока обмотки К.

Практически симметрирование проводится одновременно как со вторичной, так и с первичной стороны.

Максимальная погрешность воспроизведения функций sin α и cosα во вращающихся трансформаторах высокого класса точности не превышает 0,01-0,03%.

На рис. 2 показана схема включения линейного вращающегося трансформатора. Обмотка S включена в сеть переменного тока, а обмотка К статора и обмотка 1Р ротора соединены последовательно, и напряжение на нагрузке Zнг в пределах угла α = 0 ÷ 60° изменяется практически пропорционально углу α. Обмотка 2Р в целях симметрирования замыкается на сопротивление Zк,p. Это сопротивление подбирается таким образом, чтобы поперечные потоки обмотки 1Р и 2Р компенсировали друг друга.