Вопросы и задания

1. Поясните устройство и принцип действия синхронного компенсатора. Какие показатели электроснабжения улучшает синхронный компенсатор?

2. Поясните устройство и принцип действия синхронно-реактивного двигателя.

4.21 Вентильные двигатели

Вентильным двигателем (ВД) называется СД, отличающийся от последнего способом питания его статора. ВД получает питание от преобразователя частоты с учетом положения ОВ относительно поля статора (рис.4.35).

Период изменения питающего ВД напряжения состоит из шести циклов: Ц1, Ц2, Ц3, Ц4, Ц5 и Ц6.

В цикле Ц1 замкнута пара ключей К5 и К2. Ток, протекающий по обмоткам фаз В и С статора ВД создает неподвижное в пространстве поле статора Ф_ст,0 с направлением 0^о. В цикле Ц2 замкнута пара ключей К5 и К4. Ток, протекающий по обмоткам фаз В и А статора ВД создает неподвижное в пространстве поле статора Ф_ст,60 с направлением 60^о. В цикле Ц3 замкнута пара ключей К1 и К4. Ток, протекающий по обмоткам фаз С и А статора ВД создает неподвижное в пространстве поле статора Ф_ст,120 с направлением 120^о. Аналогичными переключениями создаются еще три поля Ф_ст,180, Ф_ст,240 и Ф_ст,300 с направлениями 180^о, 240^о и 300^о. Таким образом, замыканиями ключей К1...К6 в статоре создается магнитное поле с шестью фиксированными (неподвижными) направлениями в пространстве и скачкообразных переходов между фиксированными направлениями. Такое перемещение поля статора в пространстве является дискретным вращением против часовой стрелки со средней частотой ω_ст.

Пусть в статоре создано поле Ф_ст,0, с полюсом N_ст слева и полюсом S_ст справа. Ротор располагался так, как показано на рис.4.35,а. Изобразим обмотку возбуждения с полем в виде одного витка с током, причем направление тока в витке выбираем таким, полюс N_p был слева, а полюс S_p - справа. На отображенный контур ОВ с током, помещенный в магнитное поле Ф_ст,0 статора, действует пара механических сил F. Плечо этих сил обозначено как h. Вращающий момент, действующий на контур ОВ равен М=F·h. Момент будет поворачивать ОВ против часовой стрелки. По мере поворота ротора плечо h увеличивается по закону h=h_maxsinθ, где θ – угол между осями ротора и поля Ф_ст,0 статора. Значения сил F будет неизменными, а момент М будет возрастать до тех пор, пока ротор займет перпендикулярное к полю Ф_ст,0 положение с θ=90^о. При дальнейшем повороте ротора до угла θ=180^о плечо сил F будет уменьшаться и будет уменьшаться момент по закону синуса от угла θ.

Если рассмотреть взаимодействие ОВ полем Ф_ст,60, то все описанные зависимости вращающего момента будут такими же, но сдвинутыми на 60^о.

Таким образом, вращающий момент ротора в цикле изменяется по зависимости (рис.4.35,б и в)

,

которая называется угловой характеристикой СД.

Алгоритм управления ключами инвертора.

Для получения максимального вращающего момента ВД необходимо включать поле Ф_ст,0 при угле θ_нач=60^о, а выключать при угле θ_нач=120^о (рис.4.35,б) при одновременном включении поля Ф_ст,60 и т.д. Средний угол θ для такого управления будет равен θ_ср=0,5(θ_нач+θ_кон)=90^о, а среднее значение вращающего момента, обозначенного как М_ср,90 будет максимальным. Для получения меньшего среднего вращающего момента нужно углы θ_нач и θ_кон сдвинуть влево, оставив между ними интервал по углу равным 60^о (рис.4.35,в).

В отличие от СД, получающего питание от нерегулируемой сети, ВД, получающий питание от преобразователя частоты, имеет следующие новые возможности:

1) можно регулировать частоту вращения СД с помощью изменения частоты, с которой производится коммутация ключей К1...К6 преобразователя;

2) можно регулировать вращающий момент СД изменением угла θ_ср=0,5(θ_нач+θ_кон).

Для реализации этих возможностей необходимо иметь датчик угла нагрузки θ СД.