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

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

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

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

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.

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 ( ).

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

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.

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

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

,

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

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

.

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

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

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

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.

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.

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

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 .