Математическое описание синхронной машины в режиме вентильного двигателя. Вентильный двигатель с возбуждением от постоянных магнитов, страница 2

Вентильный двигатель с возбуждением от постоянных магнитов.  Современные вентильные двигатели строятся на базе синхронных машин с возбуждением от расположенных на роторе постоянных магнитов из редкоземельных элементов (например, неодим-железо-бор). Наряду с главным достоинством в виде отсутствия щеточного контакта такие двигатели обладают малым моментом инерции ротора; более простой системой охлаждения, так как нагреваемые током нагрузки обмотки располагаются на статоре; лучшим КПД из-за отсутствия потерь на возбуждение.

На рис.4 приведены данные по сравнению массогабаритных показателей трех двигателей фирмы SEW EURODRIVE[1]: асинхронного  DEV132M2, 7.5 кВт, 2900 об/мин (обозначен цифрой 1 на рисунке); двигателя постоянного тока GFVN160M, 8.3 кВт, 3200 об/мин (2) и синхронного  двигателя с постоянными магнитами DFY112ML, 7.5 кВт, 3000 об/мин (3). На левом графике незаштрихованные столбцы относятся к полной массе двигателя, заштрихованные - к массе ротора. Преимущества синхронного двигателя с постоянными магнитами по этим показателям очевидны. Малый момент инерции, а также в два раза больший, чем у двигателя постоянного тока, допустимый динамический момент, обеспечивают высокие динамические свойства привода с вентильным двигателем. Они, в сочетании с большим диапазоном регулирования скорости и большой перегрузочной способностью, могут оказаться решающими аргументами при выборе привода с вентильным двигателем, несмотря на более высокую, чем у привода с асинхронным двигателем, стоимость.

Приведенное выше математическое описание синхронного двигателя справедливо и для двигателей с постоянными магнитами на роторе, если иметь в виду, что , где  - полезный поток ротора, - число витков обмотки статора.

 Структура электропривода с вентильным двигателем  при управлении током статора

Питание вентильного двигателя, так же как и асинхронного двигателя, осуществляется от преобразователя, в качестве которого используется преобразователь частоты со звеном постоянного тока в виде неуправляемого выпрямителя В и автономного инвертора АИ на IGBT-транзисторах с широтно-импульсной модуляцией.

Структура привода показана на рис.5. Путем введения управления инвертором  через регуляторы тока РТ с обратными связями по токам фаз автономному инвертору АИ придаются свойства инвертора тока. Сигналы  на выходах формирователя задания токов ФЗТ представляют собой сигналы задания мгновенных значений токов в фазных обмотках статора. Если, как это часто бывает, вентильный двигатель из конструктивных соображений  выполняется шестиполюсным, то при  номинальной скорости 3000 частота напряжения на выходе преобразователя должна составлять =150 Гц, а соотношение между пространственным углом ротора и углом в электрических градусах определяется как  Однако, чтобы иметь возможность изобразить на рис.5 обобщенные вектора , двигатель показан как имеющий число пар полюсов . В рассматриваемый момент времени ротор (ось d ) относительно статора (неподвижной системы координат x-y) повернут на угол , совпадающий при  с  . Этот угол измеряется датчиком положения ротора ДПР, в качестве которого могут использоваться вращающиеся трансформаторы, редуктосины, резольверы, кодовые датчики, обеспечивающие измерение угла в пределах одного оборота ротора. В современных системах в результате обработки сигнала ДПР обычно получают и сигнал скорости двигателя, используемый для замыкания системы по скорости.

Алгоритм формирования сигналов задания токов фаз статора поясняет рис.6.  На основании сигнала ДПР рассчитывается угол  в электрических градусах, к которому прибавляется угол . По требуемому значению момента двигателя, задаваемому с выхода регулятора скорости, при известном значении  рассчитывается модуль обобщенного вектора тока . По углу  с учетом знака момента в каждый момент времени определяется вектор , по модулю и угловому положению которого рассчитываются требуемые мгновенные значения токов фаз, которые в виде сигналов задания   вводятся на входы контуров тока.