Структура тягового вентильного привода

                                                 (3)

где и — индуктивные сопротивления продольной и поперечной реакции якоря;

 и — токи, создаваемые соответственно потоками Ф_аd и Ф_aq.

Значения параметров X_ad и X тем больше, чем больше потоки Ф_ас/ и Ф а последние, в свою очередь, тем больше, чем меньше воздушные зазоры 8   и 8_d по осям d и q (рис. 4).

Рис. 4. Поперечное сечение  синхронной машины:

а – с явнополюсным ротором; б – с неявнополюсным.

Зависимость между основными  осредненными электромагнитными и механическими показателями ВД могут быть представлены формулами, подобными аналогичным формулам для коллекторных машин постоянного тока.

Среднее значение линейной противо-э.д.с. определяется следующим способом:

                                                           (4)

где

                                                            (5)

                                                  (6)

где - коэффициент инвертирования;

Ф — максимальный магнитный  поток с учетом реакции якоря  и рассеяния;

ω — угловая частота вращения, 1/с;

Р — число пар полюсов;

N — число проводников обмотки якоря;

k₀ — обмоточный коэффициент.

Уравнение напряжений двигателя  в установившемся режиме имеет вид:

                                                    (7)

где U_d равно приложенному напряжению U_c;

I_d — среднее значение тока, потребляемое двигателем;

R_a — некоторое эквивалентное сопротивление цепи якоря.

Тогда с учетом (4) получим:

                                                      (8)

Электромагнитная мощность двигателя:

                                                         (9)

С учетом (6) развиваемый двигателем момент будет определяться как:

                                                (10)

где ω_р - угловая частота вращения ротора ВД:

 

Формулы (8) и (10) подобны аналогичным формулам коллекторных двигателей постоянного тока. Специфика ВД проявляется в наличии коэффициента k_U и использовании полного потока Ф с учетом реакции якоря, которая, как уже отмечалось, приводит к существенному размагничиванию машины.

Как следует из выражений (8) и (10), частоту вращения ротора ВД можно регулировать, изменяя напряжение питания, активное сопротивление в цепи якоря, ток возбуждения (в случае электромагнитного возбуждения ВД) и угол опережения инвертора. Первые три способа такие же, как для двигателей постоянного тока, четвертый способ является специфическим для ВД.

На рис. 5 показан внешний вид регулировочных характеристик ВД для указанных способов управления.

Рис. 5. Регулировочные характеристики вентильного электропривода.

Характер зависимости  ω(β) объясняется тем, что при увеличении β сильнее проявляется размагничивающая реакция якоря, полный магнитный поток уменьшается и для создания необходимой противо-э.д.с. при U_d = const требуется большая частота ω. Пределы изменения β выбираются с учетом того, что при его малых значениях угол запаса инвертора δ_и приближается к δ_{и пр}, а при больших β двигатель может выпасть из синхронизма.

Механические характеристики вентильного двигателя соответствуют механическим характеристикам двигателя постоянного тока независимого возбуждения на рис. 6 и 7. В первом случае регулирование угловой скорости двигателя осуществляется изменением питающего напряжения. Во втором — изменением сопротивления якорной цепи.

Рис. 6. Механические характеристики вентильного электропривода при различных напряжениях питания U_н > U₁ > U₂.

Рис. 7. Механические характеристики при реостатном регулировании угловой скорости вентильного электропривода R_д1 > R_д2.

 

 

 

 

 

 

 

Заключение.

В последнее время, этот тип  двигателей быстро приобретает популярность, проникая во многие отрасли промышленности. Находит применение в различных  сферах использования: от бытовых приборов до рельсового транспорта.

ВД с электронными системами  управления часто объединяют в себе лучшие качества бесконтактных двигателей и двигателей постоянного тока.

Достоинства:

1) широкий диапазон изменения частоты вращения

2) бесконтактность и отсутствие узлов, требующих техобслуживания — бесколлекторная машина

3) возможность использования во взрывоопасной и агрессивной среде

4) большая перегрузочная способность по моменту

5) высокие энергетические показатели (КПД более 90 %)

6)большой срок службы, высокая надёжность и повышенный ресурс работы за счёт отсутствия скользящих электрических контактов

Недостатки:

1) относительно сложная система управления двигателем

2) высокая стоимость двигателя, обусловленная использованием дорогостоящих постоянных магнитов в конструкции ротора

3) во многих случаях более рациональным оказывается применение асинхронного двигателя с преобразователем частоты.

Для применений, комбинирующих  максимально достижимый КПД с предельно простыми и надёжными блоками управления (ключевой коммутатор, не использующий ШИМ), можно также выделить следующую особенность: Несмотря на то, что обороты могут широко варьироваться управляющим блоком, приемлемый КПД можно получить лишь в относительно узком интервале угловых скоростей. Это определяется индуктивностью обмоток. Если скорость будет ниже оптимальной, продолжающаяся подача тока в данную фазу, после достижения предела магнитного потока, будет приводить лишь к ненужному нагреву. На скоростях выше оптимальной, магнитный поток в полюсе не достигнет максимума из-за ограниченного индуктивностью времени нарастания тока. Примерами таких двигателей являются модельные бесколлекторные комплекты. Они должны быть эффективными, лёгкими и надёжными, а для того чтобы обеспечить оптимальную угловую скорость при заданной нагрузочной характеристике, производители выпускают модельные ряды с различными индуктивностями (числом витков) обмоток. При этом, меньшее число витков соответствует более быстроходному двигателю.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы.

1. «Электрический привод»,  Овсянников Е.М. – М.: ФОРУМ, 2011.

2. «Электрооборудование  Автотранспортных средств с тяговыми электроприводами», Овсянников Е.М., Долбилин Е.В., Кошеляев Е.М. – М.: Издательство «Палеотип», 2010.