Электромеханические преобразователи (ЭМП) являются основным звеном силового канала ЭП, которое непосредственно выполняет функцию преобразования электрической энергии в механическую, являясь, при этом, связующим звеном между электрической и механической частями силового канала.
В дальнейшем из всего многообразия ЭМП будем рассматривать Эл двигатели промышленного назначения.
В структуре электропривода ЭМП рассматривается в виде идеализированного ЭД, что означает:
1) ротор ЭД не обладает массой;
2) не имеет механических потерь;
3) жестко связан с реальным физическим ротором, относящимся к механической части ЭМП.
Такой идеализированный ЭД может быть представлен в виде электрического многополюсника, содержащим пар электрических выводов ( соответствует числу обмоток, фаз двигателя) и, кроме того, одну пару механических выводов. На механических выводах в результате электромеханического преобразования энергии при скорости вращения развивается электромагнитный момент . Поэтому эти два вывода обозначаются и . Электромагнитный момент является выходным параметром ЭМП и, одновременно, выходным параметром для механической части силового канала. Угловая скорость определяется условиями движения механической части, но для ЭМП обычно рассматривается как независимая переменная.
|
|
Механические переменные и связывают ЭМП с механической частью в единую взаимосвязную систему. При этом все процессы в ЭД описываются системой уравнений электрического равновесия, число уравнений равно числу обмоток двигателя. Кроме того, в математическое описание ЭМП обязательно входит уравнение электромагнитного преобразования энергии и уравнение движения.
В современной теории ЭП в качестве обобщенной модели ЭМП обычно используют, так называемую, двухфазную модель; к ней можно привести абсолютно все виды и типы ЭМП. Такая модель – «Обобщенная электрическая машина» (рис.11).
Рис.11 Обобщенная электрическая машина
На этой модели электрическая машина представлена в виде неподвижного статора с двумя обмотками, располагающимся вдоль неподвижных координат и , а также вращающегося ротора с двумя обмотками, располагающимися вдоль вращающихся координат и .
- угол поворота ротора;
- скорость вращения ротора,
;
и - напряжения на фазах обмотки статора;
и - напряжения на фазах обмотки ротора.
При этом уравнение электрического равновесия имеет вид:
, (13)
где - активное сопротивление -ой обмотки;
- напряжение на -ой обмотке
- потокосцепление -ой обмотки
;
- собственные индуктивности, - взаимоиндуктивности.
Необходимо отметить, что величина взаимоиндуктивностей зависит от угла поворота ротора и, как следствие, от пространственного сдвига обмоток, т.е. является функцией скорости и времени. Это является физической причиной того, что ни у одной электрической машины значение не может достигнуть 1.
|
|
Для того чтобы ЭД любого вида и типа привести к представленной двухфазной модели этой машины производят координатные преобразования. Сущность этих преобразований сводится к тому, что для упрощения модели, функции статора, представленные в неподвижной системе координат приводят к вращающейся системе координат . А для того, чтобы вновь вернутся к реальному объекту систему нужно привести к ().
Учитывая то, что большинство реальных ЭД включают в себя трехфазные статорные и роторные обмотки, для получения рассмотренной модели необходимо произвести прямые и обратные фазные преобразования, сущность которых сводится к следующему:
1) трехфазные в двухфазные , ;
2) двухфазные в трехфазные , .