Лекция 1
Электрические машины – один из наиболее распространенных типов преобразователей энергии, поэтому их совершенствование является важнейшей задачей современной науки и техники.
Одним из рациональных путей расширения функциональных возможностей, повышения надежности и улучшения характеристик электрических машин является замена контактной коммутации, выполняемой щеточно-коллекторным узлом, на бесконтактную коммутацию, выполняемую полупроводниковыми приборами силовой электроники.
Отличительной чертой вентильных электродвигателей ВД является объединение в единой структуре электромеханического преобразователя энергии, собственно электрической машины, и управляемого полупроводникового коммутатора (преобразователя частоты). Такое объединение обеспечивает бесконтактность при преобразовании энергии и тем самым, позволяет применять ВД в тяжелых эксплуатационных условиях:
- глубокого вакуума;
- пониженной и повышенной температуры;
- высокой влажности;
- агрессивных сред, когда требуется обеспечить низкий уровень электромагнитных помех.
Из большого количества бесконтактных электрических машин [1] в курсе лекций рассматриваются электрические машины, охваченные классификацией приведенной на рис. 1, которая включает в себя вентильные электродвигатели, содержащие инверторы, выполненные на полупроводниковых приборах.
Вентильные электродвигатели в классификации охватывают такие двигатели, которые содержат источник постоянного тока или другими словами имеют звено постоянного тока.
Источниками постоянного тока могут быть:
- аккумуляторные батареи,
- генераторы постоянного тока,
- выпрямительные устройства.
Особенностью ВД, источником питания которых служат выпрямительные устройства, является то, что эти устройства как правило входят в состав ВД.
1.1 Краткая история развития вентильных электродвигателей
Первую схему вентильного двигателя предложил в 1933 году Керн в качестве тягового электродвигателя электропровода. В России в 1934-1935 годах Д.А. Заволишин и О.Г. Вегнер, а затем Ф.И. Бутаев и Е.Л. Эттингер предложили и исследовали наиболее рациональные схемы вентильных преобразователей, дали методики расчета и рассчитали тяговые электродвигатели.
Практическое применение ВД задержалось вследствие отсутствия вентильных коммутирующих устройств, удовлетворяющих требованиям по массогабаритным показателям и условиям работы.
Разработка полупроводниковых управляемых приборов позволила заменить ионные коммутаторы полупроводниковыми, что открыло новые возможности развития вентильных электродвигателей.
Спустя год после изобретения транзистора в 1949 году был предложен бесконтактный двигатель постоянного тока с коммутирующим устройством на полупроводниках, управляемых индуктивными датчиками положения ротора.
Освоение космического пространства послужило мощным толчком в развитии вентильных электродвигателей постоянного тока. Примером может служить создание электроприводов на базе ВД для перемещения лунохода по поверхности Луны.
Применение вентильных электродвигателей в самолетостроении началось лишь в восьмидесятых годах прошлого столетия на таких самолетах как ИЛ-96, ТУ-204, МИГ-31.
В ОАО "Электропривод" г. Киров исследованием и разработкой вентильных электродвигателей постоянного тока начали заниматься в шестидесятых годах двадцатого столетия, а в восьмидесятые годы были освоены в серийном производстве вентильные электродвигатели, которым на современные самолеты: электродвигатель ДБ-32-25-12 с коммутатором КВД-25МВ.
Лекция 2
1.2. Вентильные электродвигатели постоянного тока (ВДПТ)
1.2.1. Функциональная схема и принцип действия ВДПТ
По ГОСТ 27471-87 "Машины электрические вращающиеся. Термины и определения" вентильный электродвигатель постоянного тока – это электрическая машина постоянного тока, вентильное коммутирующее устройство которое представляет собой инвертор, управляющий либо по положению ротора, либо по положению магнитного поля.
Другими словами, можно сказать синхронный двигатель, питающийся от сети постоянного тока через полупроводниковый коммутатор, управляемый в функции углового положения ротора называется вентильным двигателем постоянного тока.
Инвертор – устройство преобразующее постоянный ток в переменный ток. Принцип действия ВДПТ можно представить на примере электродвигателя с двухполупериодным инвертором (преобразователем частоты) и синхронной машиной с постоянными магнитами, имеющий 3-х фазную якорную обмотку, как наиболее распространенный, так как наряду с умеренной сложностью имеет широкие функциональные возможности в части реализации регулировочных характеристик и высоких показателей по КПД, удельной энергоотдаче на единицу массы.
Функциональная схема ВДПТ представлена на рис. 1.2.1.
Рис. 1.2.1 Функциональная схема ВДПТ
Электромеханическая часть ВДПТ представляет собой синхронную машину СМ с постоянными магнитами на роторе. В отличие от двигателя постоянного тока число секций в синхронной машине равно числу фаз. Электропитание от источника напряжения постоянного тока подается на инвертор напряжения (или преобразователь частоты ПЧ).
Инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное напряжение, частота и фаза которого определяется датчиком положения ротора ДПР. Переменное напряжение подается на обмотку синхронной машины, которая работает в двигательном режиме, когда ось потока статора опережает ось потока ротора на угол q, как это показано на рис. 1.2.2 и электродвигатель создает движущий вращающий момент. В коллекторной машине постоянного тока ось результирующего потока секций якорной обмотки отстает от оси потока возбуждения электродвигателя. Механические характеристики ВДПТ напоминают характеристики двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, поэтому их также называют бесконтактными, бесколлекторными или бесщеточными двигателями постоянного тока. Отличие ВДПТ от коллекторного электродвигателя постоянного тока состоит в том, что у коллекторной машины поле обмотки возбуждения и поле обмотки якоря неподвижны в пространстве, а у ВДПТ поле якорной обмотки вращается синхронно с полем возбуждения ротора.
Уместно заметить, что в качестве источника постоянного тока могут быть использованы аккумуляторные батареи, генераторы постоянного тока или выпрямительные устройства, как правило, содержащие сглаживающий фильтр. В любой схеме ВДПТ датчик положения ротора ДПР обеспечивает жесткую позиционную обратную связь. Электропитание управляющего работой инвертора устройства и схемы ДПР может выполняться от того же самого источника, к которому подключаются фазы обмотки якоря (если уровень напряжения этого источника соответствует требуемому), либо напряжение источника понижают и стабилизируют, либо используют отдельный источник, когда это целесообразно.
На рис. 1.2.2 представлена упрощенная схема трехфазного ВДПТ с двухполупериодным инвертором (преобразователем частоты), также называемыми трехфазными ВДПТ с двухполярной коммутацией. Этот тип ВДПТ является самым распространенным из всех видов [3] ВДПТ.
Рис. 1.2.2 Упрощенная схема трехфазного ВДПТ с двухполупериодной
коммутацией
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
