Принцип действия электропривода с бесконтактным двигателем постоянного тока

Наиболее простым в реализации является привод, получивший название «Электропривод с бесконтактным двигателем постоянного тока», т.к. в качестве источника питания для него может использоваться любой источник постоянного тока – аккумуляторная батарея или выпрямитель. Наиболее предпочтительно его использование в маломощных приводах, не требующих регулирования скорости – компьютерах, видео – и аудиотехнике и т.п. В его состав входят: синхронный двигатель постоянными магнитами на роторе; коммутатор и датчик положения ротора.

Рис.2.18. Функциональная схема управления двигателем.

Функциональная схема управления бесконтактным двигателем постоянного тока представлена на рис.2.18,а. Обмотка статора двигателя двухфазная или трехфазная с одной парой полюсов. На роторе закреплен постоянный магнит (SN), создающий магнитный поток Ф. Питание на обмотки подается с электронного коммутатора (АИТ), состоящего из шести ключей (1-6), включенных по мостовой схеме. Управление ключами осуществляется через систему управления (СУИ) импульсами, поступающими с датчика положения ротора (ДПР). На неподвижной части датчика расположены шесть чувствительных элементов, пронумерованных цифрами 1-6, также как и ключи коммутатора. Ротор датчика обычно выполняется в виде сегмента с углом 2π/3, расположенного на валу двигателя. Сегмент в любой момент времени перекрывает два чувствительных элемента, которые при этом активизируются и через СУИ воздействуют на ключи коммутатора с тем же номером, замыкая их и удерживая в замкнутом состоянии все время, пока элемент перекрыт вращающимся сегментом.

Графики иллюстрируют замкнутые состояния ключей (1-6) и токи фаз (i_1A, i_1B, i_1C) при различных углах поворота ротора θ_С. В любой момент времени замкнуты один ключ из группы 1-3-5 и один из группы 4-6-2, в результате чего ток I_d протекает через две фазы обмотки статора. Для обеспечения однозначности переключений взаимная ориентация фаз обмотки статора, полюсов магнита ротора и частей датчика должны быть согласованы так, как это показано на рис.2.18,а при начальном положения ротора (θ_С = 0). Этому соответствует замкнутое положение ключей 1 и 6, а вектор потока ротора Ф и ориентированная по нему продольная ось d системы координат d-q, связанная с ротором, перпендикулярны оси фазы А.

В этом случае угол θ_С отсчитывает-ся от оси Х неподвижной системы координат Х-У, связанной со стато-

ром. На рис.2.19 для трех моментов времени показано взаимное распо- ложение векторов намагничиваю-

щих сил фазных обмоток F_1A, F_1В, F_1С и результирующей F₁, определяемой как геометрическая сумма фазных векторов с учетом направления то- Рис.2.19. Расположение пространственных векторов

ков (начала обмоток отмечены значком *), а также потока ротора Ф.

При вращении ротора против часовой стрелки в момент времени t₁, следующий непосредственно за моментом времени t₀ (рис.2.19,а), только что замкнулся ключ 2 вместо разомкнувшегося ключа 6. Ток протекает от начала к концу фазы А и от конца к началу фазы С, что определяет положение векторов F_1A и F_1С и результирующего вектора F₁. Ротор и связанный с ним вектор потока Ф еще находятся в положении, показанном на рис.2.18,а. Двигатель развивает момент: М_Д = 3/2|F₁||Ф|sinθ, где |F₁| и |Ф| - модули намагничивающей силы обмотки статора и потока ротора, а θ – угол между векторами, равный в данный момент времени 2π/3. Угол θ_С соответствует положению ротора в неподвижной системе координат Х-У. Он задает очередность переключения ключей.

Под действием электромагнитного момента ротор поворачивается против часовой стрелки и угол θ уменьшается. Когда он уменьшится до значения π/2, момент достигнет максимума, а при дальнейшем уменьшении угла начнет уменьшаться. При t = t₂ угол θ станет равным θ_С = π/3 (рис.2.19,б) и момент двигателя уменьшится до значения, существовавшего при t = t₁. Если бы ключи не переключились, он бы продолжал уменьшаться и дальше. Однако при θ = π/3 разомкнется ключ 1 и замкнется ключ 3 (рис.1,б), что соответствует времени t = t₃. В результате вектор F₁ скачком повернется на угол π/3 (рис.2.19,в). Взаимное расположение векторов оказывается при этом таким же, как на рис.2.19,а, но положение ротора отличается на π/3. Этот процесс повторяется непрерывно и ротор вращается.

При необходимости регулирование скорости может производиться изменением напряжения постоянного тока вручную или организацией замкнутого контура регулирования с датчиком скорости. Однако последнее приведет к значительному усложнению системы и поэтому с данным способом управления не используется. Механическая характеристика привода без датчика скорости мягкая, и изменения скорости при изменении нагрузки значительны. Поэтому его применение оправдано только в устройствах с постоянным статическим моментом.

Момент двигателя и скорость имеют пульсирующий характер, т.к. переключения происходят всего шесть раз за один оборот двигателя. Наличие существенных пульсаций момента и связанная с этим неравномерность вращения являются основным недостатком рассмотренного способа управления. Этот недостаток можно устранить только переходом к синусоидальной форме тока обмотки статора. Частота тока и в этом случае должна определяться датчиком положения ротора.

Несмотря на указанные недостатки, рассмотренный электропривод с бесконтактным двигателем постоянного тока достаточно широко используется в устройствах бытовой и оргтехники с маломощными двигателями, у которых не требуется регулирования скорости, время работы невелико и вопросы энергопотребления не актуальны, а основное условие – минимальные габариты и стоимость.

Дата добавления: 2014-10-15