Электротехника \ Специальные электрические машины

Вентильные электродвигатели. Некоторые геометрические и количественные соотношения, относящиеся к ВДПТ. Схемы обмоток и структур ВДПТ, страница 2

          Это обусловлено его схожестью с широко применяемыми трехфазными электродвигателями других типов, а также с установившимся мнением, что в трехфазном исполнении электрическая машина обеспечивает наилучшее использование отведенного для нее объема [3]. Инвертор, питаемый от источника постоянного тока, играющий роль коммутатора, выполнен по схеме трехфазного мостового инвертора на шести транзисторных ключах, что позволяет реализовать двухполярную коммутацию фаз обмотки якоря и обеспечить шесть дискретных положений вектора МДС в пространстве. Для защиты от напряжения обратной полярности, рекуперации электрической энергии в сеть постоянного тока при помогающей нагрузке, и организации тормозного момента и создания цепи, замыкающей ЭДС самоиндукции при выключении транзисторного ключа, каждый транзистор VTA, VTB, VTC, VTAo, VTBo, VTCo трехфазного мостового инвертора шунтируется обратным диодом VDA, VDB, VDC, VDAо, VDBо и VDCо, соответственно.

          Трехфазная обмотка якоря А, В, С, расположенная на статоре синхронной машины соединена в звезду без вывода общей точки. Ротор СМ выполнен с постоянными магнитами, создающими полюсную систему N-S.

          Сигнальный сектор СС датчика положений ротора ДПР, занимает по окружности 180 электрических градусов и жестко связан с ротором СМ. Чувствительные элементы ЧЭ-А, ЧЭ-В, ЧЭ-С по количеству фаз якорной обмотки сдвинутся в пространстве на 120 электрических градусов и расположены на статоре СМ.

          При положении ротора и сигнального сектора СС относительно фаз статора А, В, С и чувствительных элементов ЧЭ-А, ЧЭ-В, ЧЭ-С, показанных на рис. 1.2.2 ВДПТ, в инверторе должны быть включены верхний транзисторный ключ VTA и нижний – VTBо. При этом ток от плюса источника и будет втекать в фазу А обмотки и вытекать из фазы В на минус источника.

          МДС фазы А суммируясь с МДС фазы В создают суммарный поток статора .

          Электрический угол q между осью потока магнитов и осью МДС статора  составляет 90о.

          В результате взаимодействия потока магнитов ротора МДС  создается вращающий момент и ротор поворачивается от положения при котором фазы А и В включаются до положения при котором одна из фаз выключится, после чего включается ключ инвертора VT-Co и результирующий вектор МДС статора дискретно переместится по часовой стрелке, при этом ротор продолжит свое перемещение с угловой скоростью w. При двухполупериодной мостовой схеме инвертора будет шесть состояний обмотки якоря машины, как это показано на рис. 1.2.3. Коммутация транзисторов инвертора осуществляется так, что каждый из них находится в проводящем состоянии 1/3 периода, т.е. 120 электрических градусов.

Рис. 1.2.3. Результирующее положение векторов МДС трехфазного ВДПТ с двухполупериодной коммутацией

          При этом при каждом повороте ротора на электрический угол, равный межкоммутационному интервалу aк=60о происходит очередное переключение фаз. Таким образом, управляющие сигналы ДПР обеспечивают автокоммутацию и синхронное увеличение частоты вращения ротора w. До тех пор, пока вращающий момент ВДПТ превышает момент нагрузки на его валу, ротор будет ускоряться. При равенстве вращающего момента моменту сопротивления наступает установившийся режим – автокоммутация продолжается с постоянной частотой.

Лекция 3

Некоторые геометрические и количественные соотношения, относящиеся к ВДПТ

Межкоммутационный период (интервал) aк представляет собой угол (в электрических радианах), на который поворачивается ротор двигателя между двумя соседними переключениями секций. Если m – число фаз двигателя, то для схемы реверсивного (двухполупериодного) питания фаз , а для однополупериодных схем .

Межкоммутационный интервал для трехфазного ВДПТ с двухполупериодной коммутацией (электрических градусов).

При m=1 при нереверсивном питании рис. 1.2.8 двигатель в принципе имеет мертвое положение ротора на протяжении угла не менее p электрических градусов.

На рис. 1.2.4 представлен вектор основного поля ротора , созданный постоянными магнитами и вектор МДС статора , созданный включенными фазами трехфазного двухполупериодного ВДПТ и межкоммутационный интервал одного такта коммутации.

Рис. 1.2.4 Взаимное положение результирующего вектора  МДС статора и вектора основного поля ротора  и межкоммутационный интервал

           - положение вектора основного поля ротора в начале такта коммутации,

 - в конце такта коммутации.

          Стрелкой показано направление движения ротора.

На реальном ВДПТ процесс коммутации наиболее целесообразно рассмотреть относительно ЭДС вращения, которую можно зафиксировать осциллографом.

Рис. 1.2.5 ЭДС вращения напряжения управляющих сигналов на ключах,

фазные напряжения ВДПТ

На рис. 1.2.5 а) показаны ЭДС вращения еА, еВ, еС фаз А, В, С синхронной машины ВДПТ. Если нулевая точка соединенной в звезду обмотки отсутствует, то можно создать искусственную нулевую точку, подключив к фазам А, В, С резисторы, соединенные в звезду.

На рис. 1.2.5 б) показаны напряжения управляющих сигналов на ключах инвертора, которым соответствуют открытые состояния верхних ключей А, В, С и нижних ключей Ао, Во, Со инвертора, где   - межкоммутационные интервалы.

На рис. 1.2.5 в) представлены линейные значения ЭДС вращения еАВ, еАС СМ ВДПТ и межкоммутационные интервалы , , на которых напряжение источника приложено к фазам АВ и АС, когда включены ключи АŸВо и АŸСо, соответственно.

На рис. 1.2.5 г) представлена напряжения, когда осциллограф нулевым проводом подключен к нулю источника питания, а сигнальным проводом к фазе А. В моменты коммутации показаны пиковые значения напряжения от ЭДС коммутации .

Кривые напряжений и ЭДС показаны для нейтральной коммутации (если проводить аналогию с коллекторным двигателем постоянного тока, то можно сказать, что щетки его расположены на нейтрали).

Однако, в связи с тем, что ток во включенных фазах нарастает с запаздыванием, обусловленным электромагнитной постоянной времени обмотки, равной , т.е. мгновенное значение тока I будет определяться выражением , где

 - установившееся значение тока, определяется соотношением ,

 - ЭДС вращения СМ,

 - время,

 - сопротивление активное фаз АВ,

 - индуктивность суммарная двух фаз СМ.

          На рис. 1.2.6 представлен угол запаздывания  первой гармоник  тока I1 ВДПТ по отношению к ЭДС вращения еАВ при нейтральной коммутации, т.е. когда межкоммутационный интервал  расположен симметрично по отношению полуволны ЭДС вращения.

Скачать файл