Синхронные машины. Уравнения динамической механической характеристики синхронного двигателя в осях, страница 2

Вентильные двигатели

Как показано ранее вращающееся магнитное поле может быть получено с помощью системы неподвижных катушек, питающихся от источника постоянного тока. В таких электрических машинах основными элементами  являются источник постоянного тока, полупроводниковый преобразователь электрической  энергии, электромеханический преобразователь.

Если управление полупроводниковым преобразователем электрической энергии осуществляется в функции положения ротора, машины называются вентильными. В настоящее время широко применяются два типа вентильных машин отличающихся тем, что у одних машин ротор активный, а у других – пассивный. Активный явнополюсный ротор с электромагнитным или магнитоэлектрическим возбуждением приводит к созданию синхронной машины, работающей в режиме вентильного двигателя, а пассивный ротор в сочетании с явнополюсным статором позволил создать вентильный реактивный двигатель.

Синхронная машина в режиме вентильного двигателя. Как будет показано дальше, такие машины имеют общие свойства, как с коллекторными машинами постоянного тока, так и с синхронными машинами.  По этой причине в отечественной литературе они получили несколько названий: бесколлекторные машины постоянного тока, синхронные самоуправляемые двигатели, вентильные двигатели.

Основной целью построения таких машин было создание бесконтактного электромеханического преобразователя, обладающего хорошими              

Рис. 3                             регулировочными и энергетическими характеристиками. Такая необходимость вызывается тем, что в ряде применений могут существовать условия, когда коллекторные (в общем случае контактные) машины неприменимы. К таким условиям  в первую очередь следует отнести взрывоопасные газовые среды; агрессивные среды, быстро разрушающие коллектор; пониженное или повышенное давление; относительно низкую или высокую влажность. Затруднена работа коллектора и при наличии глубокого вакуума. Из-за недостаточной механической прочности  коллектора эти двигатели не находят широкого применения при создании высокоскоростных электроприводов.

Наибольшее распространение на практике получили вентильные двигатели с постоянным магнитами на роторе, поэтому принцип действия поясним на примере  трехфазной машины с постоянными магнитами. На рис…3. показана её упрощенная схема, в которой в качестве датчика положения ротора применен дискретный датчик, вырабатывающий сигналы управления при повороте датчика на  угол 60^о. Датчики положения ротора могут быть самыми различными, но все они должны удовлетворять следующим требованиям: надежное формирование выходного сигнала независимо от скорости вращения, бесконтактность,  малые габариты и вес, стабильность выходного сигнала, высокая чувствительность к изменению углового положения ротора, высокая кратность сигнала на выходе по отношению к шуму, малое потребление энергии.               

Принцип работы вентильного двигателя состоит в том, что при вращении ротора, а вместе с ним и датчика положения ротора, происходит переключение ключей коммутатора, которые формируют напряжения на фазных обмотках двигателя. Последовательность замыкания ключей, создающих фазные напряжения, показанные на рис.4 следующая:

136- 236- 235- 245 – 145 -146.     В каждом из шести возможных состояний коммутатора две обмотки оказываются подключенными параллельно к одному полюсу источника питания (положительному или отрицательному), а третья обмотка к противоположному полюсу источника питания. При равенстве сопротивлений обмоток падение напряжения на двух параллельно включенных обмотках будет равно 1/3 напряжения источника питания, а на третьей – 2/3. Переключение ключей коммутатора в указанном порядке приводит к формированию ступенчатого напряжения на фазных обмотках двигателя. Это поясняется рисунком  2,  где при повороте ротора двигателя переключение происходит через каждые 60^о, при этом результирующий вектор потока статора также изменяет своё положение, скачком перемещаясь на угол 60^о.