Вентильные электродвигатели. Некоторые геометрические и количественные соотношения, относящиеся к ВДПТ. Схемы обмоток и структур ВДПТ, страница 3

Рис. 1.2.6 Угол запаздывания  тока первой гармоники ВДПТ относительно линейной ЭДС вращения е_АВ

          При этом нужно отметить два момента:

          - чем больше нагрузка ВДПТ, тем больше будет значение тока I_АВ и тем больше будет угол запаздывания ,

          - чем выше частота вращения, тем больше будет значение угла запаздывания (выраженное в электрических радианах) .

          Следовательно, в ВДПТ необходимо по большому счету регулировать угол опережения в функции как нагрузки, так и частоты вращения электродвигателя.

Для того, чтобы ток в обмотке имел максимально возможное значение, а следовательно и развиваемый ВДПТ момент, в него вводят опережающую коммутацию. Для этого обойму с чувствительными элементами ДПР поворачивают против направления вращения ВДПТ. Соответственно, для отстающей коммутации – обойму с чувствительными элементами поворачивают по направлению вращения ВДПТ.

          На рис. 1.2.5 г) показана эпюра напряжения для нейтральной коммутации, на рис. 1.2.5 д) для опережающей коммутации, а на рис. 1.2.5 е) для отстающей коммутации ВДПТ.

На рис. 1.2.6.1 приведена зависимость вращающего момента трехфазного ВДПТ с двухполупериодной коммутацией (с двухполярной коммутацией) от угла поворота ротора в установившемся режиме. Поскольку угол между потоком магнита и МДС статора, создаваемой рабочими фазами, не остается постоянным, средний вращающий момент трехфазного ВДПТ составляет, примерно 0,955 амплитудного значения при относительном уровне пульсаций 0,134 и частоте пульсаций, в 6 раз превышающей частоту фазного напряжения.

Рис. 1.2.6.1 Зависимость вращающего момента от угла поворота ротора трехфазного ВДПТ с двухполярной (двухполупериодной) коммутацией

          Пульсации момента обусловленной отличием формы ЭДС вращения от формы напряжения в пределах межкоммутационного интервала . На самом деле по форме пульсации отличаются от синусоидальной, представленной упрощенно на рис. 1.2.6 и сопровождаются пульсациями тока, приводящими к снижению КПД. В трехфазном ВДПТ пульсации тока и момента принципиально неизбежны, из-за того, что невозможно обеспечить соответствие напряжения питания и ЭДС вращения, поэтому трехфазный ВДПТ несколько уступает по КПД трехфазному синхронному двигателю, питаемому синусоидальным напряжением и имеющему близкую к синусоидальной форму ЭДС.

Лекция 4

1.2.2 Коммутация ВДПТ

          Одним из требований, предъявляемых к электрическим двигателям, используемых в системах автоматизированного электропривода, является требование обеспечения широкого диапазона регулирования частоты вращения и момента, развиваемых электродвигателем. ВДПТ обладают превосходной управляемостью, обусловленной тем, что в любой момент времени при работе ВД имеется возможность организовать, с помощью пространственно-временных комбинаций проводящего состояния полупроводниковых ключей инвертора, различные квазиустановившиеся режимы работы ВД:

          Р – режим, при котором создается движущий электромагнитный момент,

          Д – режим динамического торможения,

          Т – режим, при котором создается тормозной момент (режим противовключения),

          О – режим торможения на выбеге (отключенного состояния ВДПТ),

          Г – генераторный режим, когда ЭДС вращения ВДПТ при помогающей нагрузке превышает напряжение источника питания.

          На рис. 1.2.7 а-г) показаны состояния ВДПТ, при которых реализуются различные квазиустановившиеся режимы при одном и том же положении ротора относительно статорной обмотки якоря, при вращении его по часовой стрелке.

а) режим движущего момента – Р

б) режим динамического торможения - Д

в) режим торможения противовключением – Т

г) режим торможения на выбеге – О при e < и, режим генераторного торможения Г при e > и

Рис. 1.2.7 а-г) Состояния ВДПТ, обеспечивающие различные режимы

Для метода мгновенных значений уравнение для напряжений и токов можно записать в следующем виде.

, где

 - напряжение источника питания,

 - ток в цепи рабочих фаз,

 - активное суммарное сопротивление рабочих фаз,

 - индуктивность рабочих фаз,

 - ЭДС вращения, наводимая в рабочих фазах.

          Задача синтеза управляющей части электропривода практически будет решена, если для каждого ключа инвертора ВДПТ будут найдены логические функции управляющих сигналов, аргументами которых являются сигналы с датчиков положения ротора.

          Каждый из перечисленных режимов на заданном межкоммутационном интервале (угловом интервале положения ротора) при известном направлении вращения ВДПТ определяется соответствующей комбинацией одновременно включенных ключей инвертора.

          Для рассматриваемой схемы ВДПТ можно выделить комбинации, отличающиеся количеством одновременно включенных ключей, содержащие 0, 1, 2 и 3 ключа. При этом, при определенном положении ротора его направление вращения обеспечивает различные режимы ВДПТ:

          0 ключей – режим отключения;

          1 ключ – режим отключения или динамического торможения;

          2 ключа – режим движущего момента, противовключения или динамического торможения;

          3 ключа – режим движущего момента, противовключения или динамического торможения.

          Включение ключей VTA и VTB_о, рис. 1.2.7 а) обеспечивает создание движущего момента Р.

Ток i_g от плюса источника питания через открытый ключ втекает в фазу А и вытекает из фазы В через открытый ключ VTB_о на минус источника питания. Магнитный поток ротора  взаимодействуя с намагничивающей силой статора  создает движущий момент Mg, направленный по часовой стрелке, и при обеспечении алгоритма управления поворачивающего вектор намагничивающей силы статора в направлении часовой стрелки, ВДПТ будет вращаться со скоростью w в этом направлении. ЭДС вращения  при этом направлении встречно напряжению питания U.

Включение ключа VTА_о рис. 1.2.7 б) при том же самом положении ротора и его вращении по часовой стрелке обеспечивает режим динамического торможения D. Ток i_g под действием ЭДС вращения  вытекает из фазы А через открытый ключ VTА_о минусовую шину питания источника U и диод VDB_о втекает в фазу В. Направление тока меняется на противоположное по отношению к режиму Р и поток ротора , взаимодействуя с намагничивающей силой статора , создает противоположный тормозной момент. Ротор ВДПТ, продолжая вращаться по часовой стрелке, замедляется. Тормозной момент будет действовать до тех пор пока  ЭДС вращения ВДПТ будет больше падения напряжения DU на открытом ключе  и диоде .