Режимы работы бесконтактного асинхронизированного вентильного двигателя с ортогональным управлением Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

РЕЖИМЫ РАБОТЫ БЕСКОНТАКТНОГО АСИНХРОНИЗИРОВАННОГО ВЕНТИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ С ОРТОГОНАЛЬНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Ю. П. СОНИН, доктор технических наук, И. В. ГУЛЯЕВ, кандидат технических наук, Д. В. АТАМАНКИН, аспирант

Известно, что бесконтактный асинхро-низированный вентильный двигатель (БАВД) является обобщенным бесконтактным двигателем постоянного тока (ДПТ), причем принцип действия ДПТ у БАВД выполняется при реализации определенных законов его управления во всех режимах работы [3]. Характеристики БАВД те же, что и у вентильного двигателя (ВД) постоянного тока, но в отличие от последнего БАВД при одинаковой мощности и скорости вращения имеет меньшую массу, более простую конструкцию. Помимо этого, БАВД обладает меньшими ограничениями по току и моменту в режиме упора, а также возможностью рекуперативного электрического торможения до полной остановки [2].

Из обобщенного выражения электромагнитного вращающего момента БАВД М = sin а видно, что при ^¿Ф^ =

= const ток якоря I и ток возбуждения

ш

ir ---/ будут иметь минимальные зна-

' х -^df

чения при заданном моменте и величине

л

угла а Таким образом, оптимальный

2

вариант БАВД по пусковым и перегрузочным характеристикам — с ортогональным управлением (ОУ) 1 /. Он позволяет уменьшить электрические потери в

обмотках БАВД и элементах преобразователей частоты (ПЧ). Необходимо отметить, что данный вариант реален только при поддержании <р1 = -&' (<pt — угол сдвига фаз первых гармоник напряжений и тока якоря АВД, в — угол нагрузки АВД), и следовательно, в данном случае не является полным аналогом ДПТ [1].

Структурная схема БАВД с ОУ. обеспечивающая выполнение законов его управления, приведена на рис. 1 [1]. При этом возможны два режима работы: а) с поддержанием постоянства частоты возбуждения — iy= const — и, соответственно, 50 = var; б) с поддержанием постоянства скольжения ротора (частоты тока ротора — s0 = const и Vf = var). Сигнал обратной связи по каналу возбуждения, содержащий в себе информацию о скорости вращения ротора, вырабатывается датчиком фазы напряжений (ДФН). При разомкнутой обратной связи регулятор РЗ выступает в роли задатчика частоты, обеспечивающего поддержание постоянства частоты возбуждения ( Vf = const). При замкнутой обратной связи регулятор РЗ реализует вычисление частоты возбуждения

Vf = 5q(1 + — kpVj

используя в качестве входных сигналы — с ДФН и с выхода задатчика частоты 34, задающего фиксированное значение частоты скольжения 50.'

© Ю. П. Сонин, И. В. Гуляев, Д. В. Атаманкин, 2003

Рис. 1. Структурная схема БАВД с ОУ

На рис. 2, 3 представлены векторные диаграммы БАВД с ОУ, построенные при

V

U

и, V

= -jw3e )в\ (р = для режима работы при Vf = const и s0 = const.

S

jv*s = -Ё5

+ \jvx<ri

jvr8 =

Рис. 2. Векторная диаграмма БАВД с ОУ

при Vf = const

Рис. 3. Векторная диаграмма БАВД с ОУ

при Sq = const

Особенности режимов работы БАВД с ОУ (рис. 4, 5) следующие:

1. Скоростные характеристики имеют растущую отрицательную жесткость.

2. Активная мощность статора В в значительном интервале углов нагрузки при vv= const отрицательна, что соответ-' ствует транзиту активной мощности из цепи якоря АВД в статорную цепь В, а при 5q = const положительна.

3. Максимальная перегрузочная способность по моменту МБАВд достигает -

const величины 7,74 (М 0,26), при 50 = const

-1,13).

8,00 4,08

при Vfr =

и Мв = при

(Мд = 5,21 и Мв =

4. Номинальный режим работы отмечается для способа управления cv^= const — при угле нагрузки 0Н « 5,9° с суммарным

0,935, а для s0 = const

при угле

нагрузки @н « 6,2 = 0,937. Момент В

суммарным Т]н = при Vf = const соответствует значению Мв == 0,18, что составляет 22 % от момента АВД (Мд = 0,85); при Sq = const — Мв = 0,14, что составляет 16 % от момента АВД (Мп = 0,88).

if

БАВД

Pf

- • 6

8

к

4

■

о

CN

Он

II

О.

с?

со <

(О

0 S

а

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

Р2, о. е.

"д - Y

/ -pf _

а

3,5

гЛ

КПД

в, град

М

Д

гД

М

в

Л/

И

БАВД

б

Рис. 4. Характеристики БАВД с ОУ

- при Vf = const: а — рабочие; 6 — угловые

а>

о

Ф

И

ч

ш

£

е £

о

5

М

Д

гД

10

м

в

15 в, град

20

25

БАВД

Y

If

6

30

Рис. 5. Характеристики БАВД с ОУ

при s0 = const: а — рабочие; 6 — угловые

Частным случаем режима работы БАВД с ОУ при s0 = const является режим работы при отрицательном скольжении —

50 < 0 (рис. 6). Его отличает ряд особен ностей:

1. Скоростные характеристики -

достаточно жесткие с отрицательным наклоном.

2. Активная мощность возбудителя всегда положительна.

3. Максимальная перегрузочная способность по моменту достигает величины

18,14 (Мд = 10,54 и Мв = 7,60). Момент

В при увеличении нагрузки возрастает, и тем самым устраняется снижение перегру-

зочной способности БАВД с ОУ. возникающее при положительном скольжении из-за повышения асинхронного тормозного момента В.

4. Номинальный режим работы устанавливается при угле нагрузки ©н = 5,5° с суммарным г]н = 0,954. При этом момент В соответствует Мв = 0,23, что составляет 29 % от момента АВД (Мд = 0,79).

<и

ш

О

: 1,5-

CN

Он

II

С

^0,5-

0

0

М

д

8

^ М

If

в

Р2, о. е. М я

11БАВД

Pf

а

20

-15

10

• 5

10

гД

кпд

<V

л

О

CN

Q*

О.

т*

О.

CD

1С

о 5

CD

5

=

5

О, град

М

д

м

в

Г Д

МБАВД Н У

И

б

Рис. 6. Характеристики БАВД с ОУ при s0 < 0:

а — рабочие; б — угловые

Таким образом, работа БАВД с ОУ при согласном вращении магнитных полей АВД и В за счет s0 < 0 позволяет сочетать достоинства, характерные для режимов работы с Vf = const и s0 = const:

а) отсутствие транзита активной мощности из цепи якоря АВД в статорную цепь В, что благоприятно сказывается на энергетических показателях электропривода в целом;

б) отсутствие смены знака момента возбудителя при больших нагрузках на валу БАВД, что улучшает использование возбудителя.

Исследование позволяет сделать следующие выводы:

1. Наиболее целесообразен с точки зрения получения максимального КПД режим работы БАВД с ОУ при поддержании постоянного отрицательного скольжения ($о < 0). В этом случае частота тока

в якоре минимальна, а потому минимальны и потери в стали статора и ротора АВД, КПД каскада достигает наибольшего значения.

2. С точки зрения перегрузочной способности оптимален режим работы БАВД с ОУ также при отрицательном скольжении ($0 < 0), когда асинхронный момент возбудителя является вращающим.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Сонин Ю. П. Асинхронизированные вентильные двигатели / Ю. П. Сонин, И. В. Гуляев. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 1998. 68 с.

2. Сонин Ю. П. Бесконтактный асинхронизированный вентильный двигатель / Ю. П. Сонин, С. А. Юшков, Ю. И. Прусаков // Электричество. 1989. № 11. С. 41 - 46.

3. Сонин Ю. П. Статические характеристики бесконтактного асинхронизированного вентильного двигателя / Ю. П. Сонин, В. Ф. Байнев, И. В. Гуляев // Электротехника. 1994. № 9. С. 15 - 20.

Поступила 28.04.03.