Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Электр. машины. / Электрические машины - книги / ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

.pdf
Скачиваний:
89
Добавлен:
25.03.2016
Размер:
5.74 Mб
Скачать

Электронная книга по электромеханике. 5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ П... Стр. 21 из 32

Рис. 5-8б. Переходный процесс при пуске ДПТ при полюсном управлении.

5.3. Генераторы постоянного тока

Генераторы постоянного тока, также как и двигатели, различают по характеру их возбуждения. В зависимости от этого их подразделяют на генераторы независимого возбуждения и самовозбуждением. В генераторах независимого возбуждения поток возбуждения может создаваться обмоткой возбуждения (электромагнитное возбуждение) или с помощью постоянного магнита (магнитоэлектрическое возбуждение). Генераторы с

самовозбуждением бывают параллельного и смешанного возбуждения(см.

).

Рис. 5-9а. Схема генератора постоянного тока.

О свойствах генератора судят по его основным характеристикам, к которым относят характеристику холостого хода, а также нагрузочную, внешнюю и регулировочную.

Под характеристикой холостого хода понимают зависимость U=f(IB) при IЯ=0 и ω=const

(кривая 1 на ). Эта зависимость характеризует свойства магнитной цепи машины, и по ней можно определить условие самовозбуждения генератора с параллельным возбуждением, это возможно, если сопротивление обмоток возбуждения меньше критического RВХ. При выполнении этого условия установившееся значение напряжения на

выходе генератора будет соответствовать точке пересечения характеристики холостого хода и

прямой IB·RB (см.

).

http://www.unilib.neva.ru/dl/059/CHAPTER5/Chapter5.html

11.11.2006

Электронная книга по электромеханике. 5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ П... Стр. 22 из 32

Рис. 5-9б. Статическая характеристика генератора постоянного тока.

Внешняя характеристика () представляет собой зависимость U=f(IЯ) при

ω=const.

Рис. 5-9в. Статическая характеристика генератора постоянного тока.

Кривая 1 соответствует генератору с независимым возбуждением при IB=const.С увеличением

тока якоря (нагрузки) напряжение на зажимах генератора уменьшается из-за падения напряжения на сопротивлении якоря RЯ и реакции якоря. В генераторе с параллельным

возбуждением это уменьшение происходит более интенсивно (кривая 2), так как оно усугубляется уменьшением тока возбуждения. Для компенсации уменьшения напряжения при увеличении нагрузки применяется комбинированное возбуждение (кривая 3).

Нагрузочная характеристика - это зависимость U=f(IB) при IЯ=const (кривая 2 на

http://www.unilib.neva.ru/dl/059/CHAPTER5/Chapter5.html

11.11.2006

Электронная книга по электромеханике. 5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ П... Стр. 23 из 32

). Она проходит ниже характеристики холостого хода 1 вследствие падения напряжения в якорной цепи и реакции якоря. Чем больше ток якоря, тем ниже характеристика 2 проходит по отношению к характеристике 1.

Регулировочная характеристика - это зависимость IB=f(IЯ) при U=const (

).

Чтобы поддержать напряжение постоянным, необходимо при увеличении тока IЯ увеличивать ток возбуждения.

Рис. 5-9г. Статическая характеристика генератора постоянного тока.

В системах автоматического управления широкое применение имеют тахогенераторы постоянного тока. Тахогенераторы представляют собой генераторы небольшой мощности, служащие для преобразования частоты вращения в электрический сигнал. Как правило, тахогенераторы выполняют с независимым электромагнитным или магнитоэлектрическим

возбуждением ( ).

http://www.unilib.neva.ru/dl/059/CHAPTER5/Chapter5.html

11.11.2006

Электронная книга по электромеханике. 5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ П... Стр. 24 из 32

Рис. 5-10а,б. Схема тахогенератора.

Выходная характеристика тахогенератора - это зависимость UТГ=f(ω). Она может быть

получена из анализа эквивалентной схемы якорной цепи, представленной на

.

Откуда в установившемся режиме получим:

 

Из этих уравнений получим выражение для выходной характеристики:

,

где KТГ- коэффициент передачи тахогенератора, который определяет крутизну выходной

характеристики тахогенератора (см. ). Чем больше КЭМ=К`ЭМ·ФB и больше RH по сравнению с RЯ тем больше крутизна характеристики.

http://www.unilib.neva.ru/dl/059/CHAPTER5/Chapter5.html

11.11.2006

Электронная книга по электромеханике. 5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ П... Стр. 25 из 32

Рис. 5-10в. Характеристики тахогенератора.

Из следует, что выходное напряжение UТГ и при нагрузке является линейной функцией частоты вращения. Однако практически выходная характеристика отклоняется от

линейной (

) из-за реакции якоря, ослабляющей поток возбуждения ФВ.

Отклонение от линейности определяет одну из основных погрешностей тахогенератора. Для уменьшения ее следует нагружать тахогенератор на относительно большое сопротивление нагрузки RH и использовать небольшой диапазон частот вращения.

Тахогенератор как динамическая система описывается уравнениями, аналогичными

уравнениям :

Откуда может быть получена передаточная функция тахогенератора

,

http://www.unilib.neva.ru/dl/059/CHAPTER5/Chapter5.html

11.11.2006

Электронная книга по электромеханике. 5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ П... Стр. 26 из 32

где

- постоянная времени тахогенератора.

5.4. Вентильные двигатели

Машины постоянного тока имеют более высокие технические показатели (линейность характеристики, высокий КПД, малые габариты), чем машины переменного тока. Существенный недостаток - наличие электромеханического коллектора, который снижает надежность, создает радиопомехи, взрывоопасность и т.д.

Этих недостатков лишен бесконтактный двигатель постоянного тока, называемый вентильным двигателем. В этом двигателе щеточный аппарат заменен полупроводниковым коммутатором, якорь находится на статоре, а ротор представляет собой двухполюсный (реже четырехполюсный) постоянный магнит. Для упрощения коммутатора число секции обмотки якоря выбирается малым - три, четыре.

Рис. 5-11а. Трехфазный вентильный двигатель.

Схема трехфазного вентильного двигателя с двухполюсным ротором представлена на

. Существенным элементом двигателя является датчик положения - ДПР. Он может основан на разных принципах - фотоэлектрические, индуктивные, емкостные, на эффекте Холла, и т.д. В рассматриваемом двигателе применяется фотоэлектрический датчик, содержащий три неподвижных фотоприемника mlk, которые закрываются поочередно вращающейся шторкой. Двоичный код, получаемый с ДПР, фиксирует шесть различных положений ротора (шесть фаз), это соответствие кодов и фаз приведено в верхней части

.

Фаза

1

2

3

4

5

6

K

1

0

0

0

1

1

http://www.unilib.neva.ru/dl/059/CHAPTER5/Chapter5.html

11.11.2006

Электронная книга по электромеханике. 5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ П... Стр. 27 из 32

L

1

1

0

0

0

1

M

1

1

1

0

0

0

U1

1

0

0

0

0

1

U2

0

1

1

0

0

0

U3

0

0

0

1

1

0

U4

0

0

1

1

0

0

U5

0

0

0

0

1

1

U6

1

1

0

0

0

0

В этой таблице единице соответствует наличие сигнала на выходе датчика, т.е. когда фотоприемник открыт, а нулю - отсутствие сигнала, когда соответствующий фотоэлемент закрыт шторкой.

Рис. 5-11б. Трехфазный вентильный двигатель.

Сигналы датчиков преобразуются управляющим устройством УУ ( ) в комбинацию управляющих напряжений U1-U6, которые управляют транзисторными

http://www.unilib.neva.ru/dl/059/CHAPTER5/Chapter5.html

11.11.2006

Электронная книга по электромеханике. 5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ П... Стр. 28 из 32

ключами K1-K6 согласно нижней части

, так, что в каждый такт (фазу) работы

двигателя включены два ключа - верхний и нижний и к сети подключены последовательно две из трех обмоток якоря. Обмотки якоря a,b,c расположены на статоре со сдвигом на

120·град (см. ) и их начала и концы соединены так, что при переключении ключей создается вращающееся магнитное поле. Одному циклу работы коммутатора соответствует один оборот ротора. Цикл делится на шесть тактов (временных фаз), которым соответствует пространственный угол α=60·град. Коммутация производится так, что поток

возбуждения Ф0 отстает на угол α от потока якоря. На токи в обмотках и

положение ротора показаны для фазы 1. В результате взаимодействия потока якоря и возбуждения создается вращающий момент M, который стремится развернуть ротор так, чтобы потоки якоря и возбуждения совпали, но при повороте ротора под действием ДПР происходит переключение обмоток и поток якоря поворачивается на следующий шаг.

http://www.unilib.neva.ru/dl/059/CHAPTER5/Chapter5.html

11.11.2006

Электронная книга по электромеханике. 5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ П... Стр. 29 из 32

Рис. 5-12б. Временная диаграмма трехфазного вентильного двигателя.

Временная диаграмма работы вентильного двигателя приведена на . Как видно из диаграммы, вентильный двигатель работает как в данном случае трехфазный синхронный двигатель, частота вращения его ротора пропорциональна частоте вращения поля. Основным отличием от синхронного является его самосинхронизация с помощью ДПР, в результате чего у этого двигателя, наоборот, частота вращения поля пропорциональна (в данном случае при двухполюсном якоре равна) частоте вращения ротора, а частота вращения ротора зависит от напряжения питания, т.е. двигатель работает как двигатель постоянного тока.

http://www.unilib.neva.ru/dl/059/CHAPTER5/Chapter5.html

11.11.2006

Электронная книга по электромеханике. 5. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ П... Стр. 30 из 32

В отличие от двигателя постоянного тока, так как вентильный двигатель имеет мало секций в обмотке якоря, момент имеет пульсации, и среднее значение момента зависит от периода

включения ключа β, показанного на

.

В получена формула для среднего значения электромагнитного момента вентильного двигателя

где M*и ω*- относительные момент и частота вращения по отношению к базовым:

;

;

;

,

где m- число обмоток (секций), R- сопротивление секции.

Учитывая эти соотношения, из можно получить выражение для механической характеристики вентильного двигателя

,

где A и B- коэффициенты, зависящие от β.

;

Эти коэффициенты зависят от способа коммутации обмоток и приведены в .

Способ коммутации

β

A

B

m

Парная

Π

1.27

4

4

Поочередная(полушаги)

 

1.24

4.1

4

Трехфазная

 

1.17

4.17

3

Одинарная

 

1.02

8.4

4

http://www.unilib.neva.ru/dl/059/CHAPTER5/Chapter5.html

11.11.2006