Авиационные бесконтактные генераторы и бесконтактные вентильные электродвигатели, страница 17

Бесконтактный двигатель постоянноro тока (БДПТ) является  объединением полупроводникового инвертора и бесконтактного двигателя переменного тока с обмот­кой якоря на статоре и магнитными полюсами на роторе. БДПТ принадлежит к классу вентильных двигателей, у которых комму­тация тока в якорной обмотке осуществляется с помощью полу­проводникового коммутатора. По­мимо БДПТ к вентильным  относятся двигатели постоянного и переменного тока (репульсион­ные) с обмотками на роторе, пи­таемыми через щеточный контакт.

Рассмотрим  работу  БДПТ, в  котором двигательная часть  со­держит двухполюсный ротор и трехфазный якорь с катушками АА', ВВ', СС', а в качестве инвер­тора используется инвертор то­ка, обеспечивающий, как извест­но, неизменное значение первичного тока Idблагодаря индуктивности. Управление инвертором в наиболее про­стом варианте осуществляется системой управления СУ с помощью  бесконтактных датчиков положения ротора ДПР. Помимо ДПР  в БДПТ могут использоваться датчики, фиксирующие положение ам­плитуды полного магнитного потока, длительность периода комму­тации вентилей  (угла у)  и др., а также датчики, сигналы которых  пропорциональны напряжению и току двигателя (датчики нагруз­ки).

   Форму кривой ЭДС вращения в первом приближении можно считать синусоидальной. ЭДС вращения, подобно ЭДС коллекторных и синхронных двига­телей, стремится

скомпенсировать приложенное к якорю  напря­жение. Ясно, что чем больше, подводимое к двигателю напряжение, тем больше должна быть компенсирующая его ЭДС, а следовательно, и частота вращения ротора. Таким образом, один из способов регулирования частоты  вращения п двигателя связан  с  изменением  напряжения  питания. Другой способ  регулироваия п основан на изменении значения Ф_в  (например, с помощью тока   возбуждения, если в БДПТ имеются обмотки  возбуждения).
Если  уменьшать Ф_а,сохраняя  неизменным  напряжение питания, то, для поддержания  требуемой  ЭДС  вращения  двигатель уско­рится до больших значений п. Третьим способом регулирования п. является изменение угла опережения включения  катушек на статоре по отношению к положению ротора.Таким образом, в БДПТ имеется вращающаяся МДС якоря и, ротор с магнитными полюсами, вращающийся с той же (синхронной) скоростью, что и МДС якоря, и индуцирующий в якоре синусоидальную ЭДС вращения.

Рисунок 43 – Трехфазный  мостовой  инвертор  с  машинной  коммутацией

Инвертирование тока в  БДПТ осуществляется с помо­щью известных инверторных схем, особенности работы кото­рых определяются типом  полупроводниковых   элементов. В БДПТ малой мощности инвертор содержит транзисторы, работающие и ключевом режиме, которые включаются и отключаются от ДПР в нужные моменты   времени. Их включение обеспечивается сигналами, зависящими от положе­ния ротора, а отключение требует создания паузы рабочего тока Наиболее рациональный способ отключения   тиристоров в БДПТ обеспечивается в схемах с естественной коммутацией  (называемой также машин­ной коммутацией)

 Суть по­следней заключается в ис­пользовании ЭДС враще­ния, наводимой в якорных обмотках, для создания паузы тока в тиристорах. В тиристорных инверторах БДПТ может использовать­ся  и искусственная коммута­ция, при которой пауза тока в тиристорах создается с помощью специальной электрической схемы.

     Хотя использование машинной комму­тации тиристоров под действием наводимой в обмотках ЭДС является простым и удоб­ным, оно невозможно при пуске БДПТ, когда ЭДС в обмотках не наводится. Поэтому для обеспечения пуска БДПТ с машинной коммутацией необходимы специальные ме­ры, например, асинхронный пуск, пуск с временным переводом тиристоров в режим искусственной коммутации и др., что усложняет конструкцию и схему БДПТ

Рисунок 44 – БДПТ  с искуственной  коммутацией  тиристоров

Как отмечалось выше, возможна посто­янная работа БДПТ с искусственной ком­мутацией тиристоров, обеспечиваемой, на­пример, с помощью коммутирующих кон­денсаторов. Одна из схем такого БДПТ при­ведена на Рисунке 37. Параллельно с фазными обмотками А, В, С включена батарея кон­денсаторов С', нулевая точка которой через вспомогательные тиристоры Т' соединена с катодной и анодной точками инвертора. В межкоммутационные интервалы батарея заряжается так, что ее фазные зажимы приобретают потенциалы соответствующих /фаз­ных обмоток. В нужный момент времени включается один из тирис­торов Т' и образуется коммутационный контур, через который со­ответствующий конденсатор разряжается, создавая обратный ток в отключаемом главном тиристоре и прямой ток во включаемом главном тиристоре. Для повышения надежности работы коммутирующих конден­саторов они могут заряжаться от специального вспомогательного источника. В схемах БДПТ с искусственной коммутацией проблема за­пуска не возникает.

2.2 Особенности конструктивного исполнения и области примене­ния БДПТ.

Специфическим элементом БДПТ является блок датчиков, фиксирующих положение ротора (ДПР) или магнитного потока. Существует большое многообразие ДПР. В относительно мощных двигателях наибольшее распространение получили ин­дукционные ДПР.

Рисунок 45 – Индукционный  датчик  положения  ротора

Одна. из возможных конструкций такого ДПР представлена на Рисунке 38,  ДПР состоит из закрепленного на статоре шихтованного Т-образного сердечника  с первичной 2 и вторичной 3 обмотками. На роторе размещаются магнитомягкие накладки 4, которые при определенном угле поворота ротора при­мыкают через зазор к среднему  и  одному крайнему выступам сер­дечника /. Обмотка 2 на среднем выступе питается от генератора высокой частоты (более 1,5—2 кГц). Когда под сердечником   накладки 4 нет, сигнал в выходной обмотке 3 отсутствует благо­даря симметрии магнитной системы. Если накладка 4 располагается под сердечником /, то симметрия магнитной системы нарушается и в обмотке 3 появляется высокочастотный трансформатор­ный сигнал, который поступает на усилитель и преобразуется в прямоугольные импульсы, подаваемые на управляющие электроды соответствуюших тиристоров инвертора.