Характеристики вентильных двигателей

При обеспечении постоянной частоты питания систему ВД – регулятор мощности можно рассматривать как соединение преобра-зователя и СД без получения каких – либо новых свойств. В этом случае система приобретает независимость угловой скорости вращения от нагрузки. При сохранении неизменным потока возбуждения значение М_Э определяется только углом нагрузки θ, предельное значение которого соответствует максимальному значению М_Э; превышение этого значе­ния приводит к выпадению двигателя из синхронизма.

Особенность ВД как элемента системы автоматизированного ЭП проявляется тогда, когда частота питающего тока от регулятора мощнос-ти ставится в зависимость от положения ротора. Вращение ротора при-водит к наведению в обмотках ЭДС вращения, которая, как известно, пропорциональна скорости вращения ротора ω и потоку Ф₀. Форму кривой ЭДС вращения в первом приближении можно считать синусои-дальной. ЭДС вращения ВД, как и ЭДС коллекторных и СД, стремится скомпенсировать подведенное к якорю напряжение. Очевидно, что при увеличении напряжения увеличивается компенсирующая его ЭДС, сле-довательно, возрастает скорость вращения ротора. Отсюда вытекает пер-вый способ регулирования скорости вращения – изменением питаю-щего напряжения. Второй способ регулирования ω основан на умень-шении значения Ф_о (например, с помощью тока ОВ, если таковая имеется). При этом для поддержания значения ЭДС ротор двигателя вынужден увеличить скорость вращения. Существуют и иные способы регулирования скорости вращения в ЭП с ВД.

Для ВД малой мощности реакция якоря и коммутация существенной роли не играют, что значительно упрощает анализ. Для таких двигателей недопустимо пренебрежение активным сопротивлением обмотки статора R_S, воспользуемся уравнением напряжения в комплексной форме для СД:

, (11.1)

где U_С – напряжение питания; Е_о – ЭДС; x_d, x_q – полное продольное (d) и поперечное (q) синхронное индуктивное сопротивление; I_d, I_q – токи соответственно по продольной и поперечной осям; х_аа – индуктивное сопротивление рассеяния. В ВД малой мощности, как правило, исполь-зуются постоянные магниты, что позволяет принять x_d«x_q=x_a. Тогда уравнение (11.1) будет иметь вид

Векторная диаграмма маломощного ВД приведена на рис. 11.5:

P_Э = E₀Icosψ,

что с учетом рис. 11.5позволяет записать

где x = x_a+ x_0a. Электромагнитный момент двигателя

M_Э = mP_Э / ω, (11.3)

где ω – скорость вращения ротора.

ПротивоЭДС Е₀ выразим через поток возбуждения Ф₀:

E₀ = π√2 f k₀ ω Ф_II = c_e Z_n ω Ф_II, (11.4)

где к₀ – обмоточный коэффициент, учитывающий распределение и укорочение обмотки;c_В = k₀ω √2; Z_n – число пар полюсов.

Тогда, согласно формулам (2.82)...(2.84),получим

. (11.5)

Значение пускового момента М_Э.П получим из выражения (11.5) при ω = 0 и х = 0:

Для максимального использования двигателя с помощью ДПР устанав-ливают θ = 0, и тогда выражение (11.5) будет иметь вид

(11.6)

Из формулы (11.6) получим выражение механической харак­теристики:

, (11.7)

где к₁ = с_ВФ₀.

Семейство характеристик при U_С = const образуется различными значениями х. Поскольку x = 2πfL = Z_nωL, то характеристики, построен-ные по выражению (11.7), носят нелинейный характер, имея две общие точки: холостого хода (при М_Э=0) и пускового момента (х = 0, ω = 0).

Механические характеристики ω при различных значениях индук-тивности якоря приведены на рис.11.6,а.

При снижении скорости вращения, а также для ВД малой мощности можно положить х «R, и тогда выражение (11.7) примет вид

Рис. 11.5.Векторная диаграмма маломощного ВД. Электромагнитная мощность фазы

Полученная зависимость ω является линейной.

Для регулирования скорос-ти ВД прибегают к широтно-импульсной модуляции (ШИМ) напряжения питания на основе транзисторных инверторов. На-пряжение на каждой фазе пред-ставляет собой последователь-ность прямоугольных импуль-сов переменной скважности с постоянной частотой f_КОМ. В этом случае корректно говорить о среднем напряжении U_СР взамен U_С. Транзисторы обес-печивают высокое значение f_КОМ (до 15...20 кГц) и свести к минимуму пульсации тока.

Семейство характеристик при изменении напряжения питания приведено на рис.11.6,б.

Для получения передаточной функции (ПФ) ВД воспользуемся выражением момента (11.6) при х«R:

где k₂=m R_S и уравнением движения

Перейдя к операторным изображениям по Лапласу, получим ПФпо управляющему воздействию:

, где (11.8)

Приведенное выражение (11.8) для ПФ можно использоватьпри анализе и синтезе ЭП с ВД.

Рис.11.6.Механические характеристики ВД при различных значениях индуктивности (а) и напряжения питания (б) якоря

Дата добавления: 2014-11-29