Системы управления электромеханическими объектами. Система управления «магнитный усилитель – двигатель», страница 7

На рис. 5.1, а представлена конструкция четырехфазного параметрического редукторного ШД. Обмотку располагают на восьми зубчатых полюсах статора и соединяют ее в звезду, как показано на рис. 5.1, б. Так как реактивный ротор стремится занять положение, соответствующее максимальной магнитной проводимости с возбужденной парой полюсов независимо от полярности тока в обмотке, питание двигателя производится однополярными импульсами через коммутатор К (рис. 5.1, б). В исследуемом ШД число зубцов на роторе z_р = 90 и шаг двигателя по (5.1) .

Рис. 5.1. Конструкция и схема управления четырехфазного реактивного редукторного ВЩ

Ротор на рис. 5.1, а изображен в положении, когда возбуждена пара полюсов (фаза 1), при этом зубцы ротора по отношению, к зубцам пары полюсов 2 сдвинуты на 1/4 зубцового деления, по отношению к полюсам 3 ‑ на 1/2, а полюсам 4 ‑ на 3/4. При возбуждении пары полюсов 2 (фаза 2) зубцы ротора устанавливаются против зубцов полюсов 2, т.е. происходит поворот ротора по часовой стрелке на 1/4 зубцового деления, что для данного типа двигателя соответствует шагу a = 1°. Это соответствует простейшему виду управления ШД – одинарной коммутации, когда последовательно возбуждаются полюса (фазы) 1 ‑ 2 ‑ 3 ‑ 4. Временная диаграмма токов возбуждения, соответствующая этому виду коммутации, показана на рис. 5.2, а, а направление магнитного потока, соответствующего фазам, на рис. 5.1, а символами Ф₁, Ф₂, Ф₃, Ф₄.

Рис. 5.2. Временные диаграммы работы ШД при одинарной (а) и парной (б) коммутации

Более сложной является парная коммутация обмоток возбуждения, когда в каждый момент времени возбуждены две смежные обмотки. Временная диаграмма при таком способе управления дана на рис. 5.2, б. При этом обмотка статора формирует суммарные магнитные потоки Ф_1,2, Ф_2,З, Ф_3,4, Ф_4,1. Поворот ротора на каждом шаге производится на тот же угол α, что и при одинарной коммутации, только со сдвигом по фазе.

Достоинством парной коммутации является увеличение синхронизирующего момента ШД за счет увеличения суммарного магнитного потока возбуждения, создаваемого двумя одновременно включенными обмотками.

Для плавного управления ШД применяется режим "мелких" шагов, при котором производится не только коммутация фазовых обмоток, а и изменение величины фазовых токов (их среднего значения), как показано на рис. 5.3, а. Для удобства управления ШД в этом режиме с помощью дискретных элементов изменение фазных токов I_фi производится с помощью широтно-импульсной модуляции. С этой целью устройство может коммутировать токи с высокой частотой f = I/T (см. рис. 5.3, б), на которую, в силу своей инерционности, ШД не реагирует. Фазовые обмотки сглаживают ток, и в них устанавливается среднее значение фазового тока I_ф = I_фм∙I_u/T, на которое реагирует ШД.

В рассматриваемом устройстве управления весь период разбит на восемь частей, и t_u может принимать восемь значений от 1/8 Т до Т, поэтому средний ток I_ф также может принимать восемь значений от 1/8 I_фм до I_фм. При таком управлении каждый шаг разбивается на восемь "мелких" шагов, так как суммарный магнитный поток может занимать восемь промежуточных положений между полюсами.

На рис. 5.3, б показана временная диаграмма коммутации фазовых токов, соответствующая повернутому на 1/4 шага ротору (при этом ротор не вращается, а стоит в этом положении). Средние значения фазовых токов при этом будут

;   ;   ;   .

В зависимости от частоты подачи импульсов управления различают следующие режимы работы ШД: статический, квазистатический, установившийся и переходный.

Рис. 5.3. Работа ШД в режиме "мелких" шагов

Статический режим соответствует протеканию по одной или двум (при парной коммутации) фазным обмоткам постоянного тока, создающего неподвижное магнитное поле. Этот режим характеризуется статическим синхронизирующим моментом.