Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Синхронные машины. Часть 2. Учебное пособие
.pdf
~ 220 В
Т
K
VD
ПЛАТА
СОПРЯЖЕНИЯ
~ 380 ВАД
С
КОНТРОЛЛЕР
ИНВЕРТОР
a
b
c
t
t
t
Iр
Рис. 3.3. Схема синхронизированного асинхронного электропривода с
коммутатором тока ротора
Временные диаграммы фазных токов ротора показаны на рис. 3.4. Для
снижения колебаний скорости двигателя, вызванных коммутацией тока ротора,
целесообразно использовать режим коммутации фазных токов ротора с ШИМ –
модуляцией напряжения, подводимого к обмоткам ротора (рис. 3.5).
Рис. 3.4. Формирование интервально постоянных токов в обмотках ротора
41
Рис. 3.5. Принцип широтно-импульсного регулирования фазного напряжения
ротора синхронизированного двигателя:
а - ток фазы; б - выходное напряжение инвертора блока синхронизации
Переключения можно производить с помощью устройства управления,
воздействующего на силовые управляемые ключи коммутатора, выполненного
по схеме мостового преобразователя. В качестве силовых управляемых
вентилей могут быть использованы полупроводниковые ключи, такие как
силовые биполярные или IGBT- транзисторы, запираемые GTO-тиристоры.
Коммутацию обмоток следует производить достаточно редко, так как
изменение величины и направления протекания токов по обмоткам ротора
приводит к изменению положения вектора потокосцепления ротора и к сдвигу
угла нагрузки , а это, в свою очередь, приводит к кратковременному (0,05 –
0,1 секунды) выходу двигателя из синхронизма. Период между
переключениями может составлять от 10 секунд до нескольких минут.
42
В табл. 3.1 последовательность представлена переключений в цикле
Номер
переключения
(такта в цикле)
Номер вентиля
V1
V2
V3
V4
V5
V6
1
X X
X
2
X X
X
3
X X
X 4 X X X
5
X X X
6
X X X
-
+
Iр/2
I
р
Iр/2
V
1
V
3
V
5
V
2
V
4
V
6
-
+
Iр/2
I
р
Iр/2
V
1
V
3
V
5
V
2
V
4
V
6
-
+
Iр/2
I
р
Iр/2
V
1
V
3
V
5
V
2
V
4
V
6
Ф
Ф
Ф
работы управляемых вентилей коммутатора тока ротора. При рассматриваемом
режиме работы коммутатора (рис. 3.1) каждое циклическое переключение
сопровождается сдвигом вектора магнитного потока, создаваемого обмоткой
ротора, на 60°. На рис. 3.6 представлена схема идеализированного коммутатора
тока ротора и схематичное отображение половины цикла работы коммутатора.
Таблица 3.1
Последовательность переключений в цикле работы управляемых вентилей
коммутатора со сдвигом вектора магнитного потока на 60°
Рис. 3.6. Схематичное представление трех тактов шеститактового цикла
работы коммутатора
43
3.3. Математические модели синхронизированного двигателя
к
0,0
22
qq
iu
1
L
2
L
1
dtpdt
n
1
týë )(
1
При рассмотрении синхронного режима работы асинхронного двигателя с
фазным ротором, при представлении двигателя обобщенной двухфазной
моделью в системе координат d , q, вращающейся со скоростью ротора (
с учетом того, что вектор тока ротора расположен на оси d, и
уравнения синхронизированного асинхронного двигателя имеют вид [9, 10]:
(3.6)
),
,
где
и
- полные индуктивности статора и ротора; Lm –
индуктивность контура намагничивания;
напряжения питания статора;
частота вращения ротора; рn – число пар
полюсов двигателя.
Важным параметром синхронного режима является угол нагрузки
В установившемся режиме
- круговая электрическая частота
, (3.7)
. (3.8)
44
1α
2d
1β
2q
.
.
u
1α
i
1α
i
1β
u
1β
1
i
Рис.3.7. Обобщенная двухфазная модель синхронизированного
02
q
i
0111111
ERIxIjxIjU
m
2
2
2
R
U
I
.
R
U
LIL
2
2
m2m0
асинхронного двигателя
Уравнения баланса напряжений в цепи статора и ротора синхронного
двигателя в осях d и q можно, при условии
(3.9)
В установившемся режиме уравнение баланса напряжений в обмотке
статора можно записать в комплексной форме
, представить в виде
возбуждения
. (3.10)
По обмоткам ротора протекает постоянный ток равный
, (1.6)
Протекающий по обмотке ротора ток создает магнитный поток
(3.11)
45
Эдc, наводимая в обмотке статора током возбуждения, определится
2
2
0000
jωjωE
R
U
L
m
m
E
m
.ERIxIjU
m11111
1
E
1
. (3.12)
Векторные диаграммы синхронизированного двигателя при разной
степени возбуждения, построенные на комплексной плоскости +1; +j,
приведены на рис. 3.8.
Рис. 3.8. Векторная диаграмма синхронизированного АД :
а - двигательперевозбужден; б - двигатель скомпенсирован;
в - двигатель недовозбужден
Баланс напряжений в обмотке статора можно записать, используя эдс
наводимую в обмотке статора основным магнитным потоком
замыкающимся через сталь машины.
(3.13)
Баланс напряжений в обмотке статора также можно записать, используя
эдс
, наводимую в обмотке статора суммарным потокосцеплением статора
, состоящего из главного потокосцепления и потокосцепления рассеяния
статора
,
,
46
1111
ERIU
. (1.14)
1
0
d
q
Ψ
1
Ψ
m
U
1
Ψ
0
mLI1
11
LI
m
Е
11
хIj
1
I
11
RI
1
j
0
Е
m
хIj
1
Суммарное потокосцепление обмотки статора
взаимодействием потока возбуждения
и действием реакции якоря.
Детализованная векторная диаграмма скомпенсированного
синхронизированного двигателя приведена на рис. 3.9.
определяется
Рис. 3.9. Векторная диаграмма скомпенсированного синхронизированного
двигателя
Работа синхронизированного двигателя в скомпенсированном режиме
наиболее целесообразна в том случае, когда обмотка статора подключена
напрямую к питающей сети, и полная компенсация позволяет двигателю
работать с коэффициентом мощности равным единице (cos=1), не потребляя
из сети реактивной мощности. При питании статора двигателя от инвертора, а
ротора двигателя от независимого источника, целесообразно изменять степень
возбуждения добиваясь минимизации потерь энергии в электроприводе.
Рассмотрим векторную диаграмму токов и напряжений
некомпенсированного синхронизированного асинхронного двигателя,
представленную на рис. 3.10, построенную для установившегося режима
работы двигателя.
47
d
q
i
O
A
B
C
2
I
0
E
1
U
11
RI
11
xIj
m
xIj
1
1
I
1
E
m
E
m
I
Рис. 3.10. Векторная диаграмма токов и напряжений
)180cos(2
)cos()(sincossin
21
2
2
2
1
2
1
2
2121
im
mmm
IIIIL
IIILIIL
i
000
90)(9090
i
нескомпенсированного синхронизированного двигателя
Величину основного потокосцепления можно определить, используя
тригонометрические соотношения и теорему косинусов
Угол
может быть определен приближенно при пренебрежении малым
. (3.15)
углом на основании рассмотрения треугольников тока на векторной
диаграмме.
. (3.16)
На рис. 3.11 приведены векторные диаграммы токов для асинхронного и
синхронного режимов работы двигателя с фазным ротором. В асинхронном
режиме ток ротора является размагничивающим, в синхронном режиме ток
ротора является намагничивающим, если синхронизированный двигатель
недовозбужден, то ток статора имеет намагничивающую составляющую.
48
1
I
2
I
m
I
δ
1
I
2
I
m
I
δ
1vI1vI1
I
2
I
mI1v
I
θ
θаб
в
xxx
yyy
iii
Рис.3.11. Векторные диаграммы токов двигателя с фазным ротором в
constM ,const
m
/
син2
I
/
ас2
I
*
2
.
1
Im2IILp
m
M
mn
m
n
p
1
I
2
I
Im
i21mп
sinIILp
2
3
M
01R
sin
2
3
1
11
X
EU
pM
n
асинхронном и синхронном режиме при
а – асинхронный режим; б – синхронный режим при
=
; в – синхронный режим при
:
оптимальном распределении намагничивающих токов статора и ротора
Электромагнитный момент двигателя может быть рассчитан по
выражению
(3.17)
где
вектор тока статора;
- число фаз машины;
- изображающий вектор тока ротора;
- число пар полюсов;
- изображающий
- операция
взятия мнимой части комплексного числа; звездочкой обозначена операция
комплексного сопряжения.
Уравнение (3.17) для трехфазной машины (m=3) приводится к виду:
. (3.18)
Если рассматривать условия полной компенсации (=0), а также
пренебречь активным сопротивлением обмотки статора (
), уравнение
(3.19) можно привести к виду
49
. (3.20)
Электромагнитная мощность определяется
sin
2
3
1
11
X
EU
pМP
nЭМ
. (3.21)
Анализируя взаимное положение векторов токов на векторных
диаграммах (рис. 3.11), и выражение (3.18) для расчета электромагнитного
момента, в которое входят модули векторов токов статора и ротора, можно
отметить, что при постоянстве модуля тока ротора в синхронном режиме
работы заданное значение электромагнитного момента достигается при
меньших значениях тока статора.
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]