Бесконтактные электрические машины

Содержание:

1.Типы бесконтактных электрических машин.

2.Вентильные двигатели. Общие положения.

3.Типы комутаторов (инверторов).

4.Типы применяемых роторов с постоянными магнитами.

     а.Звездообразный.

     б.когтеобразный.

     в.с призматическими магнитами.

5.Типы применяемых датчиков положения ротора.

     а.Индукционные.

     б.На основе магнитодиодов.

     в.Оптические.

     г.Типа бесконтактного сельсина.

     д.Фиксирующие амплитуду полного магнитного потока.

6.Машины с электромагнитным возбуждением.

а.Индукторные машины.

     1)одноимённополюсные;

     2)разноимённополюсные.

8.Машины с магнитоэлектрическим возбуждением.

1.Типы бесконтактных электрических машин.

Рис 1 (Б1.1)

Большинство БЭМ по принципу действия делятся на синхронные и асинхронные (индукционные).

     Синхронные БЭМ имеют на статоре обмотку якоря, обычно уложенную на шихтованном сердечнике, а на роторе – магнитные полюсы. Ротор может быть явнополюсной и неявнополюснои конструкции, кроме того может иметь короткозамкнутую демферную (успокоительную) обмотку.

Рис 2 (Б1.2)

     Асинхронная БЭМ. Состоит из неподвижного индуктора с первичной обмоткой, размещённой в пазах шихтованного стального сердечника.Ротор может представлять собой просто цилиндрическую феромагнитную болванку или иметь короткозамкнутую обмотку.

Рис 3 (Б1.3  ?)

     БЭМ постоянного тока.Реализуются на базе рассмотренных выше бесконтактных машин переменного тока, снабженных полупроводниковыми преобразователями (датчика положения ротора и инвертора тока).

     Нетрадиционные типы БЭМ.Спроэктированные для специфических окружающих сред. К ним условно отнесены индуктивные и емкостные БЭМ, топологические сверхпроводниковые генераторы и генераторы на ударных волнах, БЭМ с упругим креплением подвижного элемента.

2.Вентильные двигатели. Общие положения.

Вентильный двигатель постоянного тока выполняется на основе полупроводникового инвертора и бесконтактного двигателя переменного тока (синхронного) с обмоткой якоря на статоре и магнитными полюсами на роторе. Управление инвертором осуществляется спомощью бесконтактных датчиков положения ротора ДПР. Инвертор последовательно включает катушки на постоянное напряжение так, что бы их поток опережал положение потока ротора на некоторый угол.

Рис 4 (Б5.23)

     ВД имеет вращающуюся МДС и магнитный ротор, вращающийся с той же частотой, и индуцирующий в якоре синусоидальную ЭДС вращения, что позволяет анализировать ВД на базе синхронных машин.

Существует три способа регулирования частоты БДПТ: 1)изменением напряжения питания; 2)изменением потока возбуждения; 3)Изменение угла опережения включения катушек на статоре по отношению к положению ротора.

     Преимущества применения бесконтактных двигателей с постоянными магнитами (по отношению к асинхронным): 1)возбуждение двигателя без затрат энергии из вне; 2)принципиальная возможность работы с коэфициэнтом мощности по первой гармонике равным единице; 3)отсутствие на роторе явных элетропроводящих контуров. Всё это позволяет повысить КПД и коэфициэнт мощности.

     В качестве недостатков нужно назвать: 1)повышенная технологическая трудность и стоимость; 2)нерегулируемость возбуждения.

3.Типы комутаторов (инверторов).

В ВД малой мощности инвертор содержит транзисторы, работающие в ключевом режиме и включающиеся и отключающиеся от ДПР.Для двигателей повышенной мощности используют тиристоры. Их включение обеспечивается сигналами, зависящими от положения ротора, а отключение требует создания паузы рабочего тока. Наиболее рациональный способ отключения тиристоров в ВД обеспечивается в схемах с естественной комутацией (машинной). Суть заключается в использовании ЭДС вращения, наводимой в якорных обмотках, для создания паузы токов в тиристорах.Может применяться и искуственная комутация, при которой пауза тока создаётся спомощью специальной электрической схемы, обычно содержащей вспомогательные конденсаторы.

     Комутация может производиться по однопериодной и двухпериодной схемам.

     Работа и характеристики ВД сильно зависят от применяемых инверторов.

     В связи с этим интересно провести сравнение различных типов статических преобразователей частоты (СПЧ), пригодных для питания СД по схеме ВД. Рассмотрим три основных типа преобразователей: со звеном постоянного тока с естественной комутацией вентилей инвертора за счёт напряжения питающей сети  в начальной стадии пуска и за счёт ЭДС вращения СД; с непосредственной связью (НПЧ) с аналогичной естественной комутацией вентилей и со звеном постоянного тока, но с искуственной комутацией и со взаимокомпенсацией энергии магнитных полей трёхфазного СД. Первые два выполняются как источник тока, а третий как источник напряжения. При искуственной комутации инвертор подаёт на обмотку якоря независимое напряжение и ВД работает как обычный синхронный двигатель.Особености объединения инвертора и СД начинают проявляться когда инвертор не является автономным, а сигналы на переключение его вентилей поступают от системы управления в зависимости от положения ротора. Такой инвертор зависимый. Частота тока в ОЯ может изменяться. На работу ВД большое влияние оказывают реакция якоря и комутация вентилей.

     Статический преобразователь частот со звеном постоянного тока и с инвертором тока.

Рис 5 (1   5.5) Трёхфазный мостовой инвертор с машинной комутацией и датчиком положения ротора

Такой инвертор отличается простотой и на первый взгляд кажется наиболее целесообразным.

     Недостатки.Снижение степени использования вентилей тем больше, чем больше перегрузка ВД. Рост тока двигателя обгоняет увеличение его электромагнитного момента. Другим серьёзным недостатком естественной комутации за счёт ЭДС вращения является резкое снижение равномерности потребления им мощности. Пульсирующий эл. Магнитный момент может превосходить номинальный, что приводит к повышенному износу.

     Статический преобразователь с непосредственной связью.На примере трёхфазной нулевой схемы на 18 вентилях.

     Преимущества.Использование вентилей примерно в 1.4 раза выше. Нет ограничения электромагнитного момента двигателя при его трогании из неподвижного состояния. В предыдущей же схеме это ограничение очень жёсткое.

     Недостатки. Пульсации момента из-за комутационных процессов не равны нулю, что является общим принципиальным недостатком всехСПЧ с естественной комутацией выполненных как источник тока.