Физические процессы в электроприводе с машинами переменного тока, страница 7

Свойство синхронной машины менять реактивную мощность и ее знак оказывается очень интересным в энергетическом отношении: она может использоваться и как хорошо управляемый специальный компенсатор реактивной мощности при М_с = 0, и при надлежащем выборе как элемент электропривода, выполняющий кроме главной функции (движения механизма) еще одну функцию – рационализацию режима питающей сети.

Динамическая модель

Мы уже отметили, что при малых значениях угла q   Мс_эмq.   Из этого следует, что по главным динамическим свойствам синхронная машина подобна упругой механической системе. Действительно, поскольку угол q есть угол между осью поля, вращающегося со скоростью , и осью ротора, имеющего скорость , то продифференцировав Мс_эмq, получим:

,                                                        (4.27)

где с_эм – коэффициент, характеризующий жесткость «магнитной пружины», который аналогичен жесткости механической связи (механической пружине). Вследствие этого можно сделать вывод, что синхронная машина очень склонна к качаниям, и это ее свойство, очевидно, неблагоприятно. Именно поэтому большие синхронные машины оборудуются специальными демпферными устройствами, похожими на беличью клетку асинхронного двигателя и обеспечивающими асинхронную составляющую момента: .

Кстати, эти же устройства используются и для асинхронного пуска синхронного двигателя при питании от сети, операции непростой и неприятной. В небольших двигателях применяются другие средства для избавления от чрезмерной склонности к колебаниям.

С учетом изложенного, синхронный двигатель может быть в первом приближении представлен динамическим звеном, показанным на рис. 4.8, а. Простейшему электроприводу с синхронным двигателем (рис. 4.8, 6) будет тогда соответствовать структурная схема на рис. 4.8, в.

Современные электроприводы на базе синхронной машины

Как уже отмечалось, электроприводы с синхронными машинами получили в последние 20 – 30 лет интенсивное развитие. Идея управлять вектором напряжения, перемещая его на дозированные, зависящие от числа поступивших команд углы, привела к созданию дискретного электропривода с шаговыми двигателями – увлекательному новому научному направлению, получившему особенно яркое развитие в последнее время. Появилась много двигателей-модулей (планарных, линейных, поворотных, комбинированных) и преобразователей, формирующих токи заданной формы, разработаны совершенные алгоритмы управления, обеспечивающие сложное и точное движение. Определилась и область использования: гибкие производственные системы в различных технологических сферах – от микроэлектроники до линий лазерной обработки деталей, автоматизированной безлюдной сборки сложных изделий и т.п.

Другой вариант этой идеи – формирование управляющих воздействий на двигатель (т.е. скорости поля) в функции положения ротора привел к созданию так называемых вентильных двигателей, т.е. комбинаций синхронного двигателя с электронным коммутатором и датчиком положения ротора.

Вентильные двигатели как бы дополнили классификацию электрических машин: по питанию это машины постоянного тока, по принципу действия –  синхронные и т.п. Пока же вентильные двигатели, в которых электромеханическая и электронная части (коммутатор – электронный коллектор) органично связаны, послужили поводом для образования новой ветви в электромеханике, которую ее создатели назвали электромеханотроникой.

Не только специальные, но и обычные, традиционно неуправляемые синхронные двигатели все чаще становятся объектами регулирования: создана теория таких систем, разработаны технические решения. Эта тенденция вполне устойчива и, несомненно, приведет к взаимному обогащению теории электропривода и технологической сферы, в которой используется электропривод.