Рассмотрим формирование кривой вращающего момента на примере двухфазного двухполюсного вентильного электродвигателя. Соосно с обмотками статора имеем два чувствительных элемента (ЧЭ) датчика положения. Пусть в исходном состоянии ось полюсов ротора совпадает с осью фазы А (в системе координатных осей , рис.11.1.
Сигнальный элемент (СЭ) датчика положения ротора (ДПР), перекрывающий зону , входит в область чувствительного элемента ДП1 и вырабатывает сигнал на включение фазы В на постоянное напряжение источника питания. Число сигнальных секторов равно числу пар полюсов ротора. В общем случае ширина зоны действия сигнального элемента
где - число пар полюсов, - число фаз (секции) обмотки статора. Пусть по фазе В протекает ток в положительном направлении и создает магнитный поток Фа Взаимодействие потоков статора и ротора создает вращающий момент
где - угол между векторами потоков ротора и обмотки статора, k, k -конструктивные коэффициенты, Iа - ток фаз обмотки статора.
|
|
Очевидно,- что при повороте ротора на угол момент, создаваемый фазой В, уменьшается до нуля. В это время сигнальный элемент датчика положения ротора входит в область чувствительного элемента ДП2 и вырабатывает сигнал на включение фазы А. Момент вращения максимален. Осуществляется поворот ротора еще на . Если в качестве чувствительного элемента взяты датчики Холла, а в качестве сигнальных элементов - постоянные магниты, то при повороте ротора на угол тс под ДП1 меняется полярность магнита, а ЭДС датчика Холла меняет знак. ДП1 вырабатывает сигнал на включение фазы В, но с другой полярностью прикладываемого напряжения. Направление момента вращения сохраняется и ротор поворачивается на очередной угол . Кривая момента вращения представлена на рис. 11.2,а.
Имеет место существенная пульсация вращающего момента в пределах оборота ротора, которая вызывает соответствующую пульсацию частоты вращения. Кроме того, при включении напряжения только на одну катушку при ряде положений ротора может оказаться, что момент вращения меньше момента сопротивления и двигатель вращаться не будет.
Пульсации момента вращения можно существенно уменьшить, расширив зону действия сигнального элемента до . В этом случае через каждые одновременно включены обе фазы на период . Кривая момента представлена на рис.11.2,6. Таким образом обеспечивается достаточно большой пусковой момент при любом положении ротора. Учитывая синусоидальное распределение кривой момента вращения каждой катушки в зависимости от положения ротора, кривую момента можно еще сгладить путем сдвига чувствительных элементов на угол , рис.11.2, в. Проблема пульсаций момента имеет значение только на малых скоростях, особенно для безредукторных приводов.
|
|
Формирование кривых фазного напряжения трехфазного вентильного электродвигателя с трансформаторными датчиками взаимного положения ротора и фаз статора описано в /41/.
При пуске вентильного электродвигателя () по мере разгона ротора появляется и возрастает ЭДС, наводимая в фазах обмотки статора. Эта ЭДС противодействует напряжению сети, приложенному к фазам обмотки статора, и уменьшает ток фаз, что приводит к снижению вращающего момента. Когда вращающий момент уравновесит момент сопротивления, частота вращения ротора достигнет установившегося значения. Изменения момента сопротивления вызывают соответствующие изменения частоты вращения ротора, так же как это происходит в двигателях постоянного тока. Изменение частоты вращения ротора приводит к соответствующим изменениям частоты переключения транзисторов коммутатора и соответственно к такому же изменению частоты вращения поля статора. Ротор и поле статора имеют одинаковую синхронную частоту вращения. Эта частота вращения зависит от значения напряжения, подаваемого на фазы обмотки статора и от значения статического момента сопротивления.
В /50/ дается следующая зависимость для расчета момента вращения вентильного электродвигателя (все величины берутся в о.е.)
Где - относительное значение питающего напряжения, - относительное значение электромагнитной постоянной времени, - относительное значение угловой частоты вращения ротора, - угол установки ДПР (обычно ).
Уравнение (11.2) наглядно показывает влияние индуктивности обмотки статора на форму механической характеристики. Характерным является увеличение нелинейности характеристики с возрастанием индуктивности обмотки. Если принять = 0, то получим в системе относительных величин уравнение аналогичное основному уравнению исполнительного двигателя постоянного тока (8.25):
Механические характеристики бесконтактного электродвигателя постоянного тока, рассчитанные по (11.2), представлены на рис.11.3. Как видно в двигательном режиме (1 и 3 - й квадранты) механические характеристики симметричны относительно начала координат и достаточно линейны, причем в тем большей степени, чем меньше . В тормозных режимах (2 и 4 - й квадранты) характеристики не линейны и при больших наблюдается неустойчивость.
Штриховыми линиями на рис. 11.3 показана граница устойчивости при Тэ=1.
Вентильные электродвигатели имеют большую перегрузочную способность (), что объясняется использованием редкоземельных магнитов. Нелинейность механических характеристик не превышает 10%. В большинстве случаев можно считать, что механические характеристики бесконтактного вентильного электродвигателя, работающего в двигательном режиме, совпадают с характеристиками двигателя постоянного тока.