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 зависящий от электромагнитного момента (рис. 4.13, а).

Фаза статора неявнополюсной синхронной машины (р = 1), если пренебречь активным сопротивлением обмотки, может быть представлена схемой замещения на рис. 4.13, б. Синусоидальное напряжение источника питания U уравновесится частично ЭДС Е, наведенной в неподвижной обмотке вращающимся магнитом-ротором, и определит вместе с реактивным сопротивлением ток Векторная диаграмма, отражающая указанные процессы, показана на рис. 4.13, в.

Для синхронной машины очень важен угол 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 находим, пользуясь формулой

и векторной диаграммой на рис. 4.13, в, из которой следует, что

Из вспомогательного треугольника определим

т.е. получим

и окончательно найдем

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

Максимальный момент при постоянных напряжении и частоте пропорционален ЭДС, т.е. в линейном приближении току возбуждения машины; для нормальных машин

Если машина имеет явнополюсный ротор, то к моменту, определенному по (4.22), добавится еще одна — реактивная составляющая, пропорциональная (штриховая кривая на рис. 4.13, г). Общий вид моментной характеристики синхронной машины показан на рис. 4.13, г штрих-пунктирной линией, механическая характеристика изображена на рис. 4.13, д.

Синхронная машина имеет характерные зависимости тока статора от тока возбуждения — так называемые -образные кривые (рис. 4.13, е). Их форма связана с тем, что при изменении тока возбуждения меняются реактивная составляющая тока статора и ее 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 ПЧ радикально изменило эту ситуацию: появились маломощные частотно-регулируемые 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 дискретный 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 (ВИМ) основано на притяжении ферромагнитного тела к возбужденному электромагниту — индуктору. Вентильно-индукторная машина (рис. 4.14) состоит из полюсного статора, несущего катушки, и полюсного пассивного ротора, причем

Электронный коммутатор К подключает по сигналу датчика положения ротора Д катушки — фазы к источнику питания — выпрямителю В или батарее. При возбужденной фазе А—X (рнс. 4.14) полюса ротора притянуты к соответствующим полюсам статора. При размыкании А—X и подключении к источнику питания фазы В—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.

Из изложенного принципа действия ВИМ следует, что удовлетворительная работа привода возможна лишь при весьма тонком управлении, включающем формирование импульсов тока. При таком управлении, осуществляемом специализированной схемой управления СУ вентильно-индуктор-ный электропривод может превосходить по основным показателям традиционный частотно-регулируемый асинхронный электропривод.

В конце 90-х годов теория и практика вентильно-индукторного электропривода находились 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.