3293

Это показано в пятой строке таблицы, где двигатель имеет устойчивый пуск и надежную синхронизацию вращения ротора при нагрузке на валу Р2 = 4006 Вт, наилучшие энергетические показатели.

Было высказано мнение о целесообразности проверки свойств этого варианта двигателя при повышенной нагрузке на валу. Результаты этих исследований приведены в табл. 2. Здесь момент нагрузки на валу увеличен на 20 %, а затем – на 40 % в сравнении с первоначальной.

Из приведенных в табл. 2 результатов следует, что рассмотренная выше модернизация асинхронного двигателя позволяет значительно повысить удельную мощность машины. При этом электродвигатель имеет устойчивый пуск и надежно входит в синхронный режим работы.

Рис. 2. Кривые запуска двигателей

61

На рис. 2 представлен характер разгона ротора асинхронного двигателя (линия) и синхронной модификации СД = 1,6 при нагрузке М/Мн = 1,6 (сплошная линия). Из этого изображения следует, что пусковые свойства двигателя практически не изменились при перегрузке в 1,6 раза.

Полученные результаты позволяют сделать выводы:

–модернизация асинхронного двигателя 4А100L4 с целью достижения синхронного вращения ротора возможна и для решения задачи целесообразно установить на роторе радиальные магниты из высококоэрцитивного сплава NeFeB;

–путем подбора радиального размера магнита при предлагаемой модернизации сохраняются пусковые и перегрузочные и энергетические характеристики машины;

–рассмотренный вариант модернизации позволяет унифицировать статор и механические части двигателя, что повышает экономические характеристики изделия.

Литература

1. Осин И. Л. Синхронные микродвигатели с постоянными магнитами / И. Л. Осин, Ф. М. Юферов, В. П. Колесников. – М.: Энергия, 1976.

2. Асинхронные двигатели серии 4А. Справочник / А. Э. Кравчик [и др.]. – М.: Энергоиздат, 1982.

Воронежский государственный технический университет

62

УДК 621.314:62-83

А. А. Дубов, В. А. Трубецкой, Д. А. Тонн

АНАЛИЗ ВАРИАНТОВ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ С УПРАВЛЯЕМЫМИ КООРДИНАТАМИ ВЕКТОРА ТОКА СТАТОРА

Рассмотрена обобщённая структура электропривода с управляемыми координатами вектора тока статора. Приведены варианты реализации электроприводов с косвенной ориентацией по потоку.

Ключевые слова: асинхронный двигатель, векторное управление, канал управления.

В настоящее время реализовано множество разных вариантов электроприводов с управлением координатами вектора тока статора, что связано как со свойствами самого объекта регулирования (взаимосвязью каналов, по которым осуществляется регулирование, векторным характером переменных регулирования, многомерностью), в качестве которого выступает АД, так и разнообразием технических подходов к разработке таких систем [1]. Приведенные модели асинхронных машин, работающих с некоторым моментом нагрузки, реализуют два независимых друг от друга параметра управления. В качестве первого параметра регулирования выступает электромагнитный момент двигателя. Для выбора второго параметра необходимо рассмотреть ряд дополнительных условий, влияющих на процесс регулирования

M ЭМ , и которые при этом не должны противоречить целям

регулирования, таким как уменьшение до минимума потерь в обмотках двигателя и тока обмотки статора, ограничения до определенного уровня потокосцеплений.

Координаты вектора тока статора связаны с магнитным потоком и электромагнитным моментом двигателя. Электрические потери в обмотках двигателя естественно зависят от величины тока статора. Таким образом, управляя координатами вектора тока статора, можно реализовать задачу управления электромагнитным моментом асинхронного двигателя и дополнительные условия, такие как ограничение магнитного потока, минимизацию потерь.

Рассмотрение часто встречающихся вариантов электроприводов с управляемыми координатами вектора тока статора, построенных на принципах двухфазной модели

63

асинхронного двигателя, дает возможность показать их структуру на рис. 1. Структура включает в себя следующие составные части: измерительно-вычислительный блок (ИВБ), блок задания координат вектора тока (БЗКВТ), контур регулирования фазных токов (КРФТ).

Рис. 1. Схема типовой структуры электропривода с управлением координатами вектора тока статора

На выходе контура регулирования фазных токов имеем

мгновенные значения фазных токов статора асинхронного двигателя

i1-i3, которые представляют собой координаты вектора тока статора I в фазовой (неподвижной) системе координат. Входными сигналами

КРФТ является информация об ориентации системы координат δ

и сигналы задания координат вектора I1 . На вход КРФТ подаются

координаты определенного задающего вектора , который может

I

быть задан либо полярными ( I ,β ) либо ортогональными ( ix ,iy ) координатами, то есть сигналами задания полярных координат или

( X1, X2 ,..., Xn – параметры вектора Vc ).

64

Системы раздельного и связанного частотного регулирования отражают различные особенности формирования координат

вектора .

Vy

применяются два канала регулирования 1 , 2 . Первый канал служит

для изменения угловой частоты. Второй канал используется в целях оптимизации с соответствующим критерием режима работы АД.

Поскольку одно и то же значение MЭМ может быть реализовано с помощью различных комбинаций переменных подлежащих регулированию. Следует иметь в виду, что каналы ξ1 и ξ 2

независимы друг от друга.

На рис. 2 показан один из способов реализации блока формирования координат вектора тока (БФКВТ) при применении раздельного частотного регулирования.

Рис. 2. Блок БФКВТ при раздельном частотном регулировании

В системе управления применяются два независимых канала. Первый канал позволяет регулировать момент, при этом регулирование угловой частоты реализуется изменением активной

составляющей тока статора iy .

65

Второй канал служит для регулирования потокосцепления r ,

здесь регулирование r осуществляется с помощью создания тока i x , имеющего реактивный характер.

Система уравнений асинхронной машины в системе координат O, X, Y является базой синтеза БЗКВТ. От

измерительно-вычислительного блока (ИВБ) передается информации

о r , применение которой позволяет устранить связи между

переменными, которые всегда присутствуют во многомерных системам управления, что значительно улучшает динамические характеристики.

Координаты вектора тока статора в системах второго типа синтезируются по определенной зависимости друг от друга. Независимым является только один из каналов регулирования.

Представим варианты построения БЗКВТ на рис. 3, а, б. Рассмотренные варианты реализуют два разных закона взаимосвязанного частотного регулирования.

66

Жесткая зависимость устанавливается между абсолютным скольжением и модулем тока статора с помощью нелинейных и линейных блоков. Система связанного частотного регулирования обладает существенным недостатком, который выражается в том, что

динамические характеристики являются относительно низкими.

В САУ данного типа принудительная ориентация I относительно потока осуществляется с помощью угла , который вводится

всистему для демпфирования электромагнитных переходных процессов, которые носят колебательный характер, что выражается

втом, что электромагнитный момент медленно нарастает и

возникает большое, слабо затухающие перерегулирование.

точных значений параметров асинхронной машины, обратная связь по скорости и высокое быстродействие контура регулирования токов статора необходимы для организации САР. Как показано в работе [2], при рациональном применении параметров регулирования и правильной ориентации системы координат в системах второго типа возможно реализовать свойства, очень близкие к САР типа «Трансвектор», но, в отличие от последних, они более надежны в эксплуатации и просты в реализации, так как не имеют датчиков магнитного потока.

Литература

1. Муконин А. К. Обобщенная структура векторного проектирования частотных электроприводов / А. К. Муконин, В. А. Трубецкой, Е. Б. Мальков, А. С. Иванов // Анализ и проектирование средств роботизации и автоматизации : сб. научн. тр. – Воронеж: ВГТУ, 2000. – С. 123-131.

2. Трубецкой В. А. Частотно-регулируемый асинхронный электропривод для промышленных роботов / В. А. Трубецкой, Д. А. Ефремов, Н. И. Щеблыкина // Автоматизация и роботизация технологических процессов : материалы докл. регион. научн.-техн. конф. – Воронеж: ВГТУ, 2001. – С.10.

Воронежский государственный технический университет

67

УДК 621.313.292

А. В. Юлдашева, И. С. Шамаяева, Т. В. Попова

ЭЛЕКТРОПРИВОД ЛАЗЕРНЫХ СКАНИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ НА БАЗЕ БЕСКОНТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

В работе проводятся исследования электроприводов на базе бесконтактных двигателей постоянного тока (БДПТ) для лазерных сканирующих устройств. В узлах оптико-механической развертки сканирующих систем чаще всего используется синхронно-синфазный электропривод на базе бесконтактного двигателя постоянного тока, позволяющий обеспечить высокую точность отработки управляющего сигнала.

Ключевые слова: электропривод, лазерное сканирующее устройство, бесконтактный двигатель постоянного тока.

Создание цифровой объемной модели любого устройства возможно путем дискретного представления его в виде набора точек с заданными координатами. Точность математической объемной модели определится количеством точек, измеренных сканером, а также погрешностями определения положения этих точек в пространстве.

Для этих задач используют лазерное сканирование, которое требует применение электроприводов, поворачивающих измерительную головку. Повороты измерительной головки надо осуществлять в двух плоскостях с высокой точностью [1].

Одним из основных блоков сканера является электропривод на базе бесконтактного двигателя постоянного тока, он вращает в горизонтальной плоскости измерительную головку. В связи с тем, что лазерный сканер чаще всего работает от автономного источника энергии (аккумулятора), то к электроприводу узла оптико-механической развертки предъявляются дополнительные требования, связанные с энергосбережением, так как он является основной нагрузкой на источник питания.

Для увеличения времени работы лазерного сканера от одной подзарядки аккумулятора необходимо использовать энергосберегающие режимы электропривода.

Для разработки математической модели электропривода с бесконтактным двигателем постоянного тока были использованы уравнения фазных токов и механического равновесия в БДПТ,

68

а также учтены особенности его работы в различных ситуациях, рассматривая динамику потребление тока от аккумулятора за цикл работы [1-4].

Уравнения фазных токов и механического равновесия

Jd M M с . dt

Угол поворота ротора можно связать с частотой вращения бесконтактного двигателя постоянного тока и представить в виде

t

0 p dt.

0

В настоящее время актуальной является проблема разработки электроприводов для систем лазерного сканирования. В узлах оптико-механической развертки сканирующих систем можно использовать синхронно-синфазный электропривод на базе бесконтактного двигателя постоянного тока, позволяющий обеспечить высокую точность отработки управляющего сигнала.

Основу синхронно-синфазного электропривода с бесконтактным двигателем постоянного тока составляет система управления с синхронизацией по фазе и частоте сигнала, в основе которой положена вначале фазовая синхронизация, а затем переход к автоматической частотной синхронизации [2, 3].

Система управления электропривода позволяет обеспечить требуемый диапазон регулирования, при учете особенностей структуры бесконтактного двигателя постоянного тока. Отработку управляющего сигнала для обеспечения развертки сканирующей системы в нескольких плоскостях требует точности регулирования угла поворота. Диапазон регулирования по скорости должен быть более 100, а точность отработки по углу поворота не менее 0,001 %. Проведенные исследования с использованием разработанной математической модели показали, что применение электроприводов на базе бесконтактного двигателя постоянного тока в лазерных сканерах, могут обеспечить их надежную работу.

69

Литература

1.Попова Т. В. Особенности импульсной управляющей

функции для бесконтактного двигателя постоянного тока / Т. В. Попова, О. А. Киселёва // Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве: труды всероссийской научно-технической конференции. – Воронеж: ФГБОУ «Воронежский государственный технический университет», 2015. – С. 114-115.

2.Киселёва О. А. Формирование оператора перехода

всистеме управления с бесконтактным двигателем постоянного тока / О. А. Киселёва, Т. В. Попова, Д. П. Киселёв // Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве: труды всероссийской научнотехнической конференции. – Воронеж: ФГБОУ «Воронежский государственный технический университет», 2015. – С. 112-113.

3.Медведев В. А. Выбор ведущего базового вектора

всистеме управления бесконтактным двигателем постоянного тока / В. А. Медведев, Т. В. Попова, О. А. Киселёва, Д. П. Киселёв // Энергия – ХХI век. Научно-практический вестник. 2016. – № 1 (93).

– С. 45-51.

4.Киселёва О. А. Функции регулятора тока системы

управления бесконтактным двигателем постоянного тока / О. А. Киселёва, Д. П. Киселёв, Т. В. Попова // Моделирование, оптимизация и информационные технологии. Научный журнал № 1 (8). – 2015. http://moit.vivt.ru.

Воронежский государственный технический университет

70