Электрические двигатели в регулируемых электроприводах
Введение.
Под регулируемыми электроприводами подразумеваются электроприводы, обладающие возможностью в течение длительного времени (в установившихся режимах) в автоматическом режиме поддерживать с заданной точностью и с высокой (теоретически бесконечной) плавностью заданных значений некоторых координат (режим стабилизации) или обеспечивающие отработку с некоторой конечной точностью изменяющихся сигналов задания (следящий режим). Основной регулируемой координатой электропривода в большинстве случаев является угловая скорость вращения ротора (якоря) двигателя, я для следящих электроприводов и систем регулирования положения (перемещения) – угол поворота вала двигателя. Остальные координаты (момент, ток, ускорение, напряжение и т.п.) являются вспомогательными.
Для регулирования основных (регулируемых) координат в некотором заданном диапазоне и ограничения, и регулирования остальных координат создаются системы, замкнутые по всем контролируемым координатам и содержание в своем составе регулируемые источники питания цепей двигателей.
При создании регулируемых электроприводов используются двигатели постоянного тока с независимым возбуждением (ДПТНВ), асинхронные (АД) и синхронные двигатели (СД), а так же вентильные двигатели, создаваемые на основе синхронных двигателей. Исходя из этого в учебном пособии рассматриваются только ДПТНВ, АД и СД, работающие в замкнутых системах регулирования. Исключаются из рассмотрения также параметрические способы регулирования, подробно изучаемые в классических учебниках по теории электропривода [1,2,3,4,9].
1. Двигатели постоянного тока.
1.1 Электромеханические преобразования энергии в электрических машинах постоянного тока.
Преобразование электрической энергии в механическую энергию и механической энергии в электрическую происходит в воздушном зазоре [5,6] и определяется энергией магнитного поля, сосредоточенного в зазоре. Энергия магнитного поля создается намагничивающей силой всех обмоток электрической машины. При идеальном холостом ходе результирующая намагничивающая сила создается только намагничивающей силой обмотки независимого возбуждения. Следовательно, в зазоре машины постоянного тока с последовательным возбуждением в режиме идеального холостого хода энергия магнитного поля не создается.
При работе двигателей под нагрузкой результирующая намагничивающая сила создается совместным действием обмотки независимого возбуждения и обмоток, включенных в цепь якоря двигателя (обмотка якоря, компенсационная обмотка, обмотка дополнительных полюсов). Намагничивающая сила обмотки якоря создает неподвижное относительно статора магнитное поле реакции якоря. В двигателях, работающих с изменением направления вращения (реверсивные электроприводы) целесообразно щетки устанавливать на геометрической централи. При этом реакция якоря направлена перпендикулярно оси полюсов и называется поперечной реакцией якоря. При отсутствии компенсационной обмотки поперечная реакция якоря искажает магнитное поле, создаваемое обмоткой возбуждения. Действие реакции якоря приводит к смещению физической централи щеток, в результате чего индукция магнитного поля в зоне компенсации равна нулю. Вследствие этого в коммутируемых секциях возникает электродвижущая сила, замедляющая процесс коммутации.
При наличии компенсационной обмотки влияние поперечной реакции якоря снижается. Полная компенсация поперечной реакции якоря может быть обеспечена только для одного конкретного значения тока якоря. Поэтому при малых нагрузках двигатель работает с недокомпенсацией реакции якоря, а при больших нагрузках – с перекомпенсацией.
Компенсационная обмотка применяется в машинах средней и большой мощности. Машина, не имеющая компенсационной обмотки, называется некомпенсированной.
В коммутируемой секции наводится ЭДС самоиндукции и ЭДС взаимной индукции, которые так же замедляют процесс коммутации. Для улучшения коммутации используют добавочные полюсы. Магнитное поле, создаваемое обмотками добавочных полюсов, индуктирует в коммутируемой секции обмотки якоря ЭДС вращения, которая снижает влияние ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции. Так как намагничивающая сила поперечной реакции якоря, я так же ЭДС самоиндукции и ЭДС взаимной индукции, наводимые в коммутируемой секции, пропорциональны току якоря, то создаваемая для их компенсации намагничивающая сила добавочных полюсов также должна быть пропорциональна току якоря. Для удовлетворения этому условию обмотку добавочных полюсов соединяют последовательно с якорной обмоткой, а добавочные полюсы выполняют ненасыщенной магнитной системой.
Электрическая машина обратима, т.е. она может выступать и как электромеханический преобразователь (ЭМП) электрической энергии, потребляемой от источника питания, в механическую энергию, и как ЭМП механической энергии, поступающей на вал, в электрическую энергию.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
