Принцип действия и функциональная схема ВД

Рассмотрим упрощенную принципиальную схему ВД, представленную на рис. 5.6: ЭМП – электромеханический преобразователь, представляющий собой синхронный двигатель, имеющий три фазные обмотки соединенные в звезду (будем их далее называть секциями – С1 – С3), и ротор с возбуждением от постоянного магнита; ПК – полупроводниковый коммутатор, включающий три транзистора – VT1 – VT3, с помощью которых начала секций ЭМП подключаются к шине «+» источника питания (ИП), а также три диода – VD1 – VD3 и стабилитрон VD4, предназначенные для отвода реактивной энергии, накопленной в секциях после запирания транзисторов; датчик положения ротора (ДПР), состоящий из ротора, на котором установлен сигнальный элемент (СЭ), и статора, на котором установлены чувствительные элементы (ЧЭ1 – ЧЭ3). Причем статор и ротор ДПР жестко связаны со статором и ротором ЭМП. Сигнальный элемент имеет угловой размер равный 2π/3, а ЧЭ сдвинуты относительно друг друга на такой же угол.

Предположим, что если СЭ (на рис. 5.6 он заштрихован) находится под ЧЭ, то на выходе последнего имеем единичный сигнал, от которого транзисторы VT открываются. В противном случае – на выходе ЧЭ имеем ноль – транзисторы будут закрыты.

В рассматриваемый момент времени СЭ находится под ЧЭ1, поэтому открыт VT1 и секция С1 находится под током, вектор Fа1 поля статора ЭМП совпадает с магнитной осью первой секции. При этом вектор поля ротора Fр1 сдвинут относительно Fа1 по часовой стрелке на угол φ0=150 эл. градусов. В результате взаимодействия этих двух векторов появится электромагнитный момент, стремящийся повернуть ротор ЭМП против часовой стрелки. После поворота ротора на угол Δφ=2π/3 сигнальный элемент сойдет с ЧЭ1 и перейдет на ЧЭ2. Следовательно, транзистор VT1 закроется, откроется транзистор VT2 и вектор поля статора переместится в положение Fа2. В результате вектор поля ротора Fр2 окажется сдвинутым относительно вектора поля статора на тот же угол φ0.

Далее процесс повторяется, вектор поля ротора постоянно стремится «догнать» вектор поля статора, но сделать этого не может, так как после поворота ротора на угол Δφ следует переключение секции и дискретное перемещение вектора поля статора на тот же угол.

Угловой интервал между двумя смежными переключениями секций ЭМП называют межкоммутационным интервалом (МКИ). Среднее на МКИ угловое рассогласование между векторами поля ротора и статора

φср=(φ0+φк)/2=π/2.

где φ0=150°, φк=φ0–Δφ=30° – соответственно начальное и конечное на МКИ значение углового рассогласования.

Рис. 5.6. Схема принципиальная электрическая ВД

Таким образом, как и в коллекторном двигателе в данном случае в среднем за МКИ обеспечивается ортогональность векторов полей ротора и статора. В общем случае угол между этими векторами определяется настройкой коммутации с помощью ДПР.

Рис. 5.7. Схема функциональная ВД

Функциональная схема ВД может быть представлена в виде рис. 5.7. Из нее можно заключить, что он содержит все элементы, необходимые для создания систем автоматического управления: исполнительный – ЭМП; управляющий – ПК; информационный – ДПР, что делает особенно эффективным использование ВД в таких системах. В соответствии с функциональной схемой, ВД можно определить как электрический двигатель, имеющий датчик положения ротора, управляющий полупроводниковым устройством, осуществляющим согласованную коммутацию обмотки якоря таким образом, чтобы обеспечить постоянство угла между вектором поля индуктора и средним положением вектора поля якоря на постоянном уровне. Конструктивно ВД можно представить как синхронный двигатель с возбуждением ротора от постоянных магнитов, питающийся от полупроводникового преобразователя частоты. Причем частота переключений преобразователя задается не внешним источником, а через ДПР самим двигателем. Число переключений секций двигателя при повороте ротора на 360 эл. градусов назовем тактностью коммутации, обозначив ее Nк. Тактность коммутации зависит от числа секций и схемы их соединения. Длительность МКИ и тактность коммутации связаны соотношением Δ=2π/Nк. Среднее за МКИ значение углового рассогласования векторов поля ротора и поля статора, как мы уже отмечали, устанавливается настройкой коммутации и характеризуется углом коммутации (θ), который физически означает фазовый сдвиг между первыми гармоническими составляющими напряжения на секции и ее Э.Д.С. При θ=0 коммутацию называют нейтральной, при θ<0 – отстающей, при θ>0 – опережающей.

Дата добавления: 2015-08-05