Синхронный двигатель. Другие виды электроприводов

Статор синхронной машины очень похож на статор асинхронной и используется для создания вращающегося магнитного поля. Ротор выполнен в виде явнополюсного или неявнополюсного электромагнита, питаемого через кольца и щетки от источника постоянного напряжения, или в виде конструкции из постоянных магнитов. Магнит увлекается полем, движется синхронно с ним, связанный “магнитной пружиной”, отставая в двигательном режиме или опережая в тормозном на угол q , зависящий от электромагнитного момента.

Фаза статора неявнополюсной синхронной машины (р=1), если пренебречь активным сопротивлением обмотки, может быть представлена схемой замещения на рис. 13,а. Синусоидальное напряжение источника питания U уравновесится частично ЭДС Е, наведенной в неподвижной обмотке вращающимся магнитом - ротором, и определит вместе с реактивным сопротивлением Х_s ток I. Векторная диаграмма, отражающая указанные процессы, показана на рис. 13,б.

а) б) в)

г) д)

Рис. 13. Схема замещения (а), векторная диаграмма (б) и характеристики (в), (г) и (д) синхронной машины

Для синхронной машины очень важен угол q между и или, что то же, между осью поля статора и осью ротора - он, как отмечалось, характеризует степень растянутости “магнитной пружины”.

Основные соотношения между электрическими и механическими величинами найдем, пользуясь формулой

(21)

и векторной диаграммой на рис. 13,б, из которой следует, что

Из вспомогательного треугольника АВС определим

т.е. получим

и окончательно найдем

. (22)

Таким образом, электромагнитный момент синхронной машины зависит от q , причем для малых q можно принять

М ” с_эмq. (22,а)

Максимальный момент М_max при постоянном напряжении и частоте пропорционален ЭДС, т.е. в линейном приближении току возбуждения машины; для нормальных машин М_max/М_н= 2 - 2,5.

Если машина имеет явнополюсной ротор, то к моменту, определенному по (22), добавится еще одна - реактивная составляющая, пропорциональная sin 2q (пунктир на рис. 13,в). Общий вид моментной характеристики синхронной машины показан на рис. 13,в штрих-пунктирной линией, механическая характеристика изображена на рис. 13,г.

Синхронная машина имеет характерную зависимость тока статора I от тока возбуждения I_в - так называемые V-образные кривые (рис. 13,д). Их форма связана с тем, что при изменении тока возбуждения меняются реактивная составляющая тока статора и её знак.

Электропривод с синхронной машиной до недавнего времени был неуправляемым, имел тяжелый пуск - для него на роторе размещалась специальная пусковая “беличья клетка” (асинхронный пуск). Появление современных электронных преобразователей частоты радикально изменило эту ситуацию: появились маломощные частотно-управляемые электроприводы на основе синхронных машин с постоянными магнитами, электроприводы с синхронными реактивными машинами. Электронные коммутаторы, позволяющие бесконтактно переключать обмотки машины, стали основным элементом так называемых бесконтактных двигателей постоянного тока и т.п.

Особое место в ряду множества новых электроприводов, обязанных своим появлением успехам электронной техники, занимает шаговый электропривод, осуществляющий преобразование электрического сигнала (кода, цифры) в дозированное угловое или линейное перемещение, а также силовая версия этого электропривода - вентильно-индукторный электропривод, получивший в 90-е годы интенсивное развитие.

В отличие от подавляющего большинства традиционных электрических машин действие вентильно-индукторной машины основано на притяжении ферромагнитного тела к возбужденному электромагниту - индуктору. Машина ВИМ (рис. 14) состоит из n-полюсного статора, несущего катушки, и m-полюсного пассивного ротора, при чем n № m. Электронный коммутатор К подключает по сигналу датчика положения Д катушки - фазы к источнику питания - выпрямителю В или батарее. При возбужденной фазе А-Х (рис. 14) два полюса ротора притянуты к соответствующим полюсам статора. При размыкании А-Х и подключении к источнику питания фазы B-Y, т.е. при перемещении поля по часовой стрелке ближайшие полюса ротора притянутся к вновь возбужденной фазе, и ротор повернется на некоторый угол против часовой стрелки. Повторение переключений приведет к непрерывному вращению ротора со скоростью, определяемой частотой переключений. На момент, соответствующий каждой скорости, будут влиять как ток, протекающий по обмоткам включенной фазы, так и углы включения и отключения фазы.

Рис. 14. Схема вентильно-индукторного электропривода

Из изложенного принципа действия вентильно-индукторной машины следует, что удовлетворительная работа привода возможна лишь при весьма тонком управлении, включающем формирование импульсов тока. При таком управлении, осуществляемом специализированной схемой управления СУ вентильно-индукторный электропривод превосходит по основным показателям традиционный частотно-управляемый асинхронный электропривод.

В настоящее время - конец 90-х годов - теория и практика вентильно-индукторного электропривода находятся еще в стадии разработки, однако уже полученные результаты позволяют надеяться, что этот новый тип электропривода займет достойное место в семействе регулируемых электроприводов благодаря предельной простоте, низкой стоимости и высокой надежности машины, широким функциональным возможностям и хорошим энергетическим показателям.

к оглавлению

Знаете ли Вы, низкочастотные электромагнитные волны частотой менее 100 КГц коренным образом отличаются от более высоких частот падением скорости электромагнитных волн пропорционально корню квадратному их частоты от 300 тыс. км/с при 100 кГц до примерно 7 тыс км/с при 50 Гц.

НОВОСТИ ФОРУМА

Рыцари теории эфира