12 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое электропривод с двигателем постоянного тока

Управление двигателем в функции тока

В этом случае управление осуществляется с помощью реле min тока, которые обычно включаются в цепь якоря двигателя и срабатывают при достижении током min заданного значения [1; 10; 14].

Достоинства: измеряем непосредственно ток ( ).

Недостатки: сложность настройки токовых реле, существенное влияние на процесс управления колебаний нагрузки и напряжения источника питания. Этот способ управления редко применяется.

Управление двигателем в функции пути

(принципы позиционирования электропривода)

В этом случае управляющие команды на включение и отключение двигателя подаются при достижении ИО РМ определенного положения.

Автоматическое управление положением осуществляется в двух видах:

1) дискретное позиционирование электропривода в заданных точках пути по дискретным сигналам путевых датчиков;

2) непрерывное автоматическое управление положением по отклонению для осуществления дозированных перемещений по заданной программе.

Если при первом способе достигается точность позиционирования около 0,1..0,01мм, то во втором случае точность позиционирования увеличивается на порядок. В первом случае контроль пути осуществляется с помощью дискретных контактных и бесконтактных датчиков. В некоторых случаях используют специальные кодовые датчики, которые выдают два и более сигналов, обеспечивая несколько команд: первая грубая и вторая окончательная — точная. Во втором случае используются датчики, непрерывно контролирующие перемещение регулирующего органа. Такие датчики могут быть аналоговыми или цифровыми. Для постоянного контроля положения в измерительных устройствах часто используют специальные кинематические цепи.

При любом способе управления в процессе работы ЭП обеспечивает:

1) задание позиции или значения перемещения;

2) контроль перемещения в позиции;

3) точный останов в заданной позиции.

При точном останове обычно на ЭП накладывается механический тормоз, помогающий остановить регулирующий орган в заданной позиции. Для повышения точности на последней стадии обычно осуществляется переход на пониженные скорости (скорости дотягивания), таких скоростей может быть несколько.

Управление скоростью электропривода

Большинство машин в процессе работы требует управления скоростью исполнительного органа. Раньше эта процедура осуществлялась за счет коробки передач или вариатора. Сегодня эта задача решается за счет изменения скорости двигателя. Рассмотрим в разделах 4 и 5 основные способы управления скоростью и моментом двигателей постоянного и переменного тока.

Для оценки способа управления скоростью привода используют ряд показателей.

Основные показатели, характеризующие способы регулирования скорости вращения ЭП:

1. Диапазон регулирования: , где ωmax, ωmin— скорость холостого хода двигателя на верхней и нижней границе диапазона регулирования.

2. Плавность регулирования представляет собой отношение скоростей при переходе с одной ступени регулирования на другую.

3. Экономичность регулирования характеризуется затратами на устройство управления и потерями в процессе работы.

4. Стабильность угловой скорости характеризуется изменением угловой скорости при заданном изменении нагрузки. Определяется жесткостью механических характеристик. Чем выше жесткость, тем выше стабильность.

5. Направление регулирования скорости (вверх или вниз от номинальной).

6. Допустимая нагрузка двигателя – это наибольшее значение момента, с которым двигатель может работать длительное время на регулировочных характеристиках (не перегреваясь).

Электропривод с двигателями постоянного тока независимого возбуждения

Двигатели постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) нашли широкое применение в системах регулируемого ЭП различных машин в связи с возможностью плавного регулирования скорости в широком диапазоне и при линейных механических характеристиках.

Современные электродвигатели для стрелочных приводов

Рубрика: 14. Общие вопросы технических наук

Опубликовано в

Статья просмотрена: 15413 раз

Библиографическое описание:

Матвеева, О. Л. Современные электродвигатели для стрелочных приводов / О. Л. Матвеева, Д. И. Селиверов. — Текст : непосредственный // Актуальные вопросы технических наук : материалы II Междунар. науч. конф. (г. Пермь, февраль 2013 г.). — Пермь : Меркурий, 2013. — С. 102-104. — URL: https://moluch.ru/conf/tech/archive/73/3219/ (дата обращения: 21.09.2021).

Электродвигатель — это устройство, в котором электрическая энергия преобразуется в механическую. На железных дорогах России электрические двигатели применяются в электроприводах, которые перемещают остряки стрелочного перевода из одного положения в другое, запирают остряки и крайнем положении, с их помощью получают непрерывный контроль фактического положения стрелки.

В настоящий момент при новом строительстве и модернизации существующих станций используют приводы с электродвигателями переменного тока. Их преимуществом являются высокая надежность и удобство в эксплуатации. Не смотря на это, большая часть переводов на сети железных дорог до сих пор оснащена двигателями постоянного тока. Также следует отметить, что на сортировочных горках в силу условий технологии работы внедрение двигателей переменного тока не возможно. В стрелочных электроприводах используются следующие виды электродвигателей постоянного тока: МСП-0,1, МСП-0,15, МСП-0,25. [1]

Электродвигатель типа МСП-0,1 предназначен для установки в электроприводах для перевода стрелок легких типов, но в новых разработках электродвигатели МСП-0,1 не применяются. Электродвигатели постоянного тока типа МСП-0,1 мощностью 0,1 кВт имеют последовательное соединение обмоток, являются двухполюсными, реверсивными, с горизонтальным валом на подшипниках качения, изготовляются на номинальное напряжение 30, 100 и 160В; имеют две обмотки возбуждения.

Электродвигатель типа МСП-0,15 мощностью 0,15 кВт предназначен для установки в электроприводах для перевода стрелок тяжелых, а также обычных типов. С 1982 года электродвигатели выпускаются только на напряжение 160 В. [2]

Электродвигатель МСП-0,25 является неотъемлемой частью усовершенствований железнодорожного оснащения. Стрелочный электродвигатель постоянного тока типа МСП-0,25 представляет собой двухполюсной, реверсивный электродвигатель с горизонтальным валом на подшипниках. Его мощность составляет 0,25 кВт. [3]

Первый опыт применения на отечественных железных дорогах электроприводов переменного тока в схеме управления стрелкой относится к 1952 году. Но в то время на станциях отсутствовали надежные источники переменного тока, возникали сложности с резервированием питания. Кроме того, не были решены вопросы последовательного перевода стрелок, связанные с увеличением числа жил кабеля. Все это обусловило широкое распространение двухпроводной схемы управления стрелкой с двигателями постоянного тока в системах электрической централизации с центральным питанием.

Дальнейшее развитие железнодорожного транспорта, увеличение массы поездов и рост скоростей их движения привели к необходимости удлинения станционных путей и укладке тяжелых типов рельсов, в том числе и на стрелках. Возросшие тяговые усилия по переводу остряков потребовали применения более мощных электродвигателей стрелочных приводов, что связано с увеличением рабочего тока и необходимостью иметь в каждом проводе линейной цепи по две, три и более жил кабеля.

Улучшение условий энергоснабжения, недостатки двухпроводной схемы управления стрелкой с двигателями постоянного тока, современные методы и технологии обслуживания, положительный опыт эксплуатации приводов с двигателями переменного тока, особенно в суровых климатических условиях, позволили рекомендовать их к широкому внедрению на всей сети Российских железных дорог.

Асинхронные электродвигатели трехфазного переменного тока имеют ряд преимуществ по сравнению электродвигателями постоянного тока с последовательным возбуждением, которые применяются в стрелочных приводах. Прежде всего, это отсутствие в асинхронных электродвигателях такого сложного и малонадежного узла, как коллектор, что значительно сокращает эксплуатационные расходы на текущее обслуживание и ремонт, а также исключает получение ложного контроля положения стрелки за счет выпрямительного эффекта дуги при искрении коллектора. [4]

Межремонтный срок службы электродвигателей переменного тока в 3–4 раза больше по сравнению с двигателями постоянного тока. В настоящее время на железной дороге применяются электродвигатели переменного тока типа МСТ. К ним относятся такие электродвигатели, как МСТ-0,3; МСТ-0,ЗА; МСТ-0,ЗБ; МСТ-0,ЗВ и МСТ-0,6; МСТ-0.6А.

Асинхронные трехфазные электродвигатели типов МСТ-0,3, МСТ-0,ЗА, МСТ-0,ЗБ, МСТ-0,ЗВ устанавливаются в электроприводах типа СП для перевода остряков тяжелых и обычных стрелок электрической централизации; типов МСТ-0,6, МСТ-0,6А устанавливаются в электроприводах типа СП для перевода остряков стрелок в маневровых районах. [2,5]

Новая модификация — это электродвигатели переменного тока типа МСА, асинхронные, реверсивные, трёхфазные с улучшенными эргономическими свойствами (наличие ручки для переноса и уменьшение массы). Выпускаемые заводом электродвигатели имеют встроенное соединением обмоток «звездой». МСА полностью взаимозаменяемые с электродвигателями типа МСТ. МСА применяются и в новых шпальных электроприводах типа УПС. [6]

Следует отметить, что коллекторные двигатели изобретены более 170 лет назад. По управляемости и энергоэкономичности они считаются лучшими, в особенности для электроприводов с регулированием скорости или положения. Их основной недостаток — ненадежный и быстро изнашивающийся щеточноколлекторный узел, вызывающий искрение и помехи, а в стрелочных электроприводах и ложный контроль положения остряков. Спустя 50 лет, как альтернатива коллекторному двигателю, появились асинхронные двигатели переменного тока, по сути бесконтактные, лишенные данного недостатка, но существенно ниже по энергетической эффективности и управляемости.

Читать еще:  Как установить зажигание на двухтактном двигателе

Наилучшими областями их применения являются длительно работающие нерегулируемые электроприводы с одной или двумя скоростями вращения, стабильность которых не имеет решающего значения (обычные вентиляторы, насосы, транспортеры и др.). Развитие электроники привело к появлению весьма сложных и дорогих асинхронных двигателей с частотным управлением, регулируемых по скорости. Но их динамические показатели, такие, как точность регулирования и быстродействие, не могут конкурировать с более простыми электроприводами постоянного тока аналогичного класса и стоимости. Общим недостатком коллекторных и асинхронных двигателей классической конструкции является то, что основная доля тепла в них выделяется в роторе, откуда, весьма затруднен теплоотвод. Это существенно снижает надежность, срок службы и увеличивает габариты этих двигателей.

Примером бесколлекторного электродвигателя является ДБУ — это перспективный электродвигатель для компактных, надежных, регулируемых приводов любого назначения с наибольшим сроком службы, в особенности в тяжелых условиях эксплуатации (мороз, тепло, влажность, вибрации и др.). Они не требуют обслуживания и регламентных работ. [7, стр.10]

Электродвигатель ДБУ предназначен для применения в электроприводах стрелочных переводов СП-6, СП-6М, СП-6К и других электроприводах стрелочных переводов железных дорог.

Он разработан и изготовлен с использованием новейших материалов и современных технологий. ДБУ обладает рядом преимуществ по отношению к применяющимся в настоящее время коллекторным двигателям постоянного тока МСП-0,15, МСП-0,25, а именно:


повышенная надежность двигателя за счет отсутствия коллекторного узла гарантия — 4 года;

исключение возможности пробоя обмоток при климатических и механических воздействиях за счет оригинального конструктивного решения двигателя;

защита двигателя при перегрузках посредством блока электронного управления двигателем; повышенная надежность стрелочного электропривода за счет исключения механического фрикциона, функции которого обеспечивает электронный блок управления двигателя;

автоматическое выключение двигателя через (10  2) с после включения; двукратное уменьшение массогабаритных характеристик (в сравнении с коллекторными двигателями);

возможность планового пуска двигателя, исключение удара остряка о рамный рельс; двигатель может быть изготовлен как для работы в сетях как постоянного, так и переменного тока;

блок управления двигателя обеспечивает самодиагностику и диагностику электропривода (без прокладки дополнительных проводов). [8]

В настоящее время проходит испытания «интеллектуальный» стрелочный электродвигатель ЭМСУ, имеющий электронное управление и работающий как от постоянного, так и от переменного тока. Он сможет заменить практически все типы стрелочных электродвигателей, выпускавшихся ранее.

На заводе изготовителе производится около 20 модификаций электродвигателей, что является невыгодным, так как под каждый нужна специфическая оснастка, которую должно поддерживать в работоспособном состоянии, даже если она используется всего несколько раз в год. Поэтому специалисты придумали универсальный двигатель, который, благодаря использованию электронной платы, может быть запрограммирован на разное число оборотов и разный вид напряжения. При этом сама механика для всех типов двигателей осталась единой. [9]

Двигатель ЭМСУ разработан на базе вентильно — индукторного двигателя. ЭМСУ предназначен для эксплуатации на железнодорожном транспорте в составе стрелочных электроприводов. мощностью 0,1 кВт Двигатель оснащён микропроцессорной системой управления, позволяющей ему быть универсальным по питающему напряжению и частоте вращения ротора.

Еще одно удобство при эксплуатации электродвигателя ЭМСУ — это настройка номинальной частоты вращения ротора, в зависимости от типа стрелочного перевода, которая может производиться как на заводе-изготовителе, так и в условиях эксплуатации от переносного пульта или ноутбука.

Работа ЭМСУ в стрелочных переводах осуществляться от серийных схем управления ЭЦ и не требует перерасчёта кабельных сетей. ЭМСУ важен для скоростных поездов. Он имеет стабильную скорость вращения и стабильное потребление тока, легко перепрограммируется.

Система управления двигателем предусматривает возможность обеспечения синхронной работы двух и более электроприводов, что делает его перспективным для применения в стрелочных переводах скоростных дорог. [10]

Электродвигатели для стрелочных электроприводов и приводов автостопа. http://scbist.com/

Принцип построения и особенности работы контрольной, управляющей и рабочей цепей пятипроводной схемы управления стрелочным электроприводом с двигателем переменного тока. http://edu.dvgups.ru

Асинхронные электродвигатели трехфазного переменного тока. http://edu.dvgups.ru

Электродвигатели переменного тока типа МСА (17529–00–00) ТУ 32 ЦШ 2093–2001. http://geksar.ru

Схема управления стрелкой с бесколлекорным управляемым электродвигателем. Автоматика, связь, информатика 6–2007.

Электродвигатели для привода стрелочных переводов. http://www.etm.ru/

Электродвигатель малогабаритный стрелочный универсальный (ЭМСУ). ТУ32 ЦШ 162.22–2009 (черт. 22381–00–00) http://geksar.ru/

Похожие статьи

Развитие электроприводостроения для железнодорожных.

Стрелочный электропривод — электромеханический переводной механизм, применяемый на железнодорожном транспорте при электрической, диспетчерской и горочной централизациях.

Тяговый асинхронный электродвигатель для мотор-колёс.

Моделирование электропривода на базе бесконтактного двигателя.

Моделирование моментов нагрузки электродвигателей в MATLAB. Моделирование САР скорости асинхронного двигателя с переменными ΨR — IS в системе абсолютных единиц в Matlab-Script.

Исследование параметров управляющего устройства.

Исследование параметров управляющего устройства двухдвигательного электропривода переменного тока.

Разработана система управления двухдвигательным асинхронным электроприводом с системой «преобразователь частоты — асинхронный двигатель».

Выбор системы управления двигателем электромобиля

электродвигатель; ‒ питающая аккумуляторная батарея; ‒ упрощенная трансмиссия, оснащенная одноступенчатым редуктором

Скалярное управление или как его еще называют частотное, так как этот метод управления электродвигателем переменного тока заключается.

Выбор системы возбуждения тяговых электрических двигателей.

I — ток двигателя, А; V — скорость тепловоза, км/ч.

Плакс, А. В. Системы управления электрическим подвижным составом: учебник для студентов вузов железнодорожного транспорта по специальности «Электрический транспорт железных дорог»: рекомендовано.

Повышение эффективности электрифицированного.

Ведь для питания двигателей постоянного тока или асинхронных двигателей напряжение должно быть понижено. В случае если на ЭПС установлены асинхронные электродвигатели, необходимо использовать импульсный преобразователь (ИП).

Модернизация схемы испытания тяговых двигателей постоянного.

Поэтому вентильный двигатель можно изучать как синхронный электродвигатель с переменной частотой питания статорных обмоток, аналогично частоте

rд = 0,082 Ом — сопротивление обмоток ТЭД типа ЭД-125; I — ток двигателя, А; V — скорость тепловоза, км/ч.

Модернизированная схема испытаний асинхронных тяговых.

Тяговый электродвигатель (ТЭД) служит для преобразования электрической энергии, получаемой из контактной сети или от дизель-генераторной установки, в

Каждый инвертор АИН1, АИН2, клеммами переменного тока подключен к обмотке своего двигателя АМ1, АМ2.

Перспектива применения электродвигателей в автомобилях

внутреннее сгорание, электродвигатель, электромобиль, автомобиль, двигатель, переменный ток, щеточно-коллекторный узел, магнитное поле статора, возможность регенерации энергии торможения, XIX-XX.

Виды электрических двигателей и принципы их работы

Представьте себе, каким бы стал современный мир, если бы из него вдруг исчезли все электродвигатели. Допустим, заменили бы их на тепловые машины. Но ведь тепловые двигатели громоздки, выделяют пар и выхлопные газы, в то время как электрические двигатели сопоставимой мощности компактны, отлично умещаются на станках, электротранспорте, другом оборудовании, будучи при этом экологически безопасными, экономичными и надежными. Невозможно представить современный мир без электродвигателей, сильно облегчающих работу людям, короче говоря, делающих нашу жизнь более комфортной.

Благодаря электродвигателям мы получаем механическую энергию из электрической. А решающее значение в этом процессе имеют массогабаритные характеристики, мощность и количество оборотов в минуту, которые в свою очередь связаны как с конструктивными особенностями двигателей, так и с параметрами питающего напряжения.

По виду питающего напряжения электродвигатели бывают: переменного или постоянного тока. По способу управления: шаговыми, линейными, серво (следящими). Двигатели переменного тока, в свою очередь, бывают асинхронными и синхронными. Давайте же рассмотрим виды электрических двигателей, отметим их особенности, и поговорим о принципах работы каждого из них.

После электричества совершенно бросил интересоваться природой. Неусовершенствованная вещь.

Владимир Владимирович Маяковский

Содержание статьи

Двигатели постоянного тока

Для построения электроприводов с высокими динамическими характеристиками используют электродвигатели постоянного тока. Они отличаются высокой перегрузочной способностью и равномерностью вращения. Именно двигатели постоянного тока применяются зачастую в электротранспорте. Ими же комплектуются многие станки, машины, агрегаты, включая бытовую технику.

Читать еще:  Что за двигателя субару робин

Работа электрических двигателей постоянного тока основана на принципе взаимодействия токов, протекающих по проводникам якоря, с неподвижным магнитным потоком, создаваемым обмоткой возбуждения полюсов.

В основе работы классического двигателя постоянного тока — вращение рамки с током во внешнем магнитном поле: к рамке подводится ток через щеточно-коллектроный узел, а магнитное поле статора получают или от постоянных магнитов, или от того же постоянного тока (магнитное поле катушки с током). В результате рамка с током поворачивается в магнитном поле. Вместо рамки может выступать катушка с током на магнитопроводе — ротор (якорь двигателя постоянного тока).

При помощи резисторов, включаемых в цепь якоря двигателя с независимым возбуждением, можно получать требуемый пусковой ток и пусковой момент, регулировать (уменьшать) скорость якоря при наличии нагрузки на валу. Снижая напряжение на якоре при помощи регулятора, также можно получать требуемый пусковой момент, регулировать скорость вниз от основной, то есть уменьшать ее.

Благодаря перечисленным свойствам такие двигатели постоянного тока с независимым возбуждением находят применение там, где есть необходимость в плавном регулировании скорости в широком диапазоне, например в металлорежущих станках.

Двигатели переменного тока

Электродвигатели переменного тока очень широко используются в быту и в промышленности, поскольку считаются более универсальными, по сравнению с двигателями постоянного тока. Двигатели переменного тока имеют простую конструкцию, более надежны, чем двигатели постоянного тока, и неприхотливы в обращении.

Например большинство домашних вентиляторов и промышленных вытяжек оборудованы именно асинхронными двигателями переменного тока. Ими же оснащены лебедки, насосы, станковое оборудование. Простота двигателей переменного тока промышленной частоты заключается в отсутствии щеточно-коллекторного узла и сложной электроники.

Шаговые двигатели

Шаговые электродвигатели функционируют, преобразуя дискретные электрические импульсы постоянного тока в механические перемещения (шаги). Офисная техника, станки, роботы, — везде, где требуется высокая скорость и равномерность перемещения рабочего органа, применяются сегодня шаговые электродвигатели. Для контроля скорости вращения ротора, электронным блоком регулируется частота следования импульсов и их скважность. Шаговый двигатель — это синхронный бесщеточный двигатель постоянного тока.

Примеры ипсользования шаговых двигателей:

Сервоприводы (серводвигатели)

Сервопривод (следящий привод) — это высокотехнологичный двигатель постоянного тока. В отличие от шагового двигателя, у серводвигателя в конструкции присутствует еще и датчик положения ротора, при помощи которого реализуется механизм отрицательной обратной связи.

Двигатели данного типа способны развивать высокие обороты и мощность, как и шаговые двигатели постоянного тока, но регулировка положения рабочего органа оказывается более точной. Для станков с ЧПУ, сервопривод — как раз то, что нужно. Многие современные промышленные станки оборудованы именно сервоприводами, интегрированными в систему высокоточного компьютерного управления.

Линейные электродвигатели

У линейного двигателя постоянного тока вместо ротора — стержень (шток) с магнитами, прямолинейно перемещаемый через статор относительно катушки индуктивности. Двигатели данного типа набирают популярность в качестве приводов механизмов с возвратно-поступательными движениями в процессе работы.

Это надежное и экономичное решение, исключающее необходимость использовать какую бы то ни было механическую передачи. Импульсы необходимой полярности и длительности посылаются в катушку, формируя магнитное поле нужной конфигурации, которое со своей стороны действует на шток, причем текущее положение штока отслеживается благодаря датчикам Холла, встроенным в статор.

Асинхронные электродвигатели

Чаще всего асинхронным двигателем называют двигатель переменного тока, у которого частота (или угловая скорость) вращения ротора отличается от угловой скорости магнитного потока статора. То есть в таком двигателе присутствует «скольжение». Асинхронные двигатели переменного тока бывают с короткозамкнутым (типа «беличья клетка») ротором или с фазным ротором.

Более мощные асинхронные двигатели изготавливают с фазным ротором, величина магнитного потока у такого ротора регулируется реостатом, и скорость вращения получается регулируемой. Менее критичное (к зависимости частоты вращения ротора от нагрузки) оборудование оснащают асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором.

Трехфазные асинхронные электродвигатели переменного тока благодаря простоте в обслуживании, надежности и низкой стоимости наиболее распространены в промышленности.

Однофазные асинхронные электродвигатели имеют короткозамкнутый ротор и две обмотки в статоре, смещенные одна относительно другой на 90°. Одна обмотка рабочая. При работе электродвигателя эта обмотка постоянно получает питание от сети однофазного переменного тока.

Вторая обмотка пусковая и подключается на период пуска для создания пускового момента. Она выполнена проводом меньшей площади сечения, и ее активное сопротивление больше, чем у рабочей обмотки.

Когда ротор двигателя развивает достаточную частоту вращения, пусковая обмотка отключается. Это происходит автоматически под действием токового реле или специального пускателя.

Лучшие пусковые свойства имеет электродвигатель, в цепь пусковой обмотки которого включен конденсатор. В этом случае ток в пусковой обмотке сдвигается по фазе на угол, близкий к 90°, чем обеспечивается достаточный пусковой момент.

В рабочей части механические характеристики однофазного асинхронного электродвигателя идентичны характеристикам трехфазного асинхронного электродвигателя. КПД однофазных электродвигателей меньше, чем трехфазных, поэтому однофазные двигатели изготовляют с номинальной мощностью не более 0,6 кВт.

На такую же мощность изготовливают коллекторные двигатели однофазного тока, которые могут работать как от сети переменного тока, так и от источника постоянного напряжения, поэтому их называют универсальными коллекторные двигатели.

По существу, это двигатели с последовательным возбуждением, отличающиеся тем, что магнитопровод их делается шихтованным и они приспособлены к работе с пульсирующим магнитным потоком. В случае питания от источника переменного напряжения В 50 Гц ток и магнитный поток одновременно меняют направление, и поэтому момент получается пульсирующим с частотой 100 Гц.

Эти электродвигатели обладают характеристиками двигателей с последовательным возбуждением. Их применяют как и асинхронные однофазные электродвигатели в электроинструментах, бытовых механизмах и других машинах небольшой мощности.

Подборка статей про асинхронные двигатели:

Синхронные электродвигатели

Говоря «синхронный двигатель», традиционно имеют ввиду двигатель переменного тока, у которого частота вращения (или угловая скорость) ротора равна угловой скорости движения магнитного потока в полости статора. Чаще всего речь о двигателях, роторы которых несут на себе постоянные магниты или обмотку возбуждения, создающую сильное собственное магнитное поле, препятствующее скольжению.

Синхронные трехфазные электродвигатели отличаются от асинхронных тем, что ротор их представляет собой электромагнит, через обмотки которого пропускается постоянный ток. Такой электродвигатель обладает свойством поддерживать строго постоянную частоту вращения, равную частоте вращения магнитного поля, создаваемого трехфазной обмоткой статора.

Кроме того, синхронный электродвигатель имеет высокий коэффициент мощности. Регулируя ток возбуждения, можно поддерживать коэффициент мощности равным единице. В синхронном электродвигателе отсутствуют потери, связанные со скольжением, поэтому КПД их также больше, чем в асинхронных.

У синхронных двигателей скорость вращения ротора поэтому постоянна. Мощные вентиляторы, приводы подъемных кранов, насосов, — во многих применениях, где необходимы высокая мощность и постоянная скорость, независимо от нагрузки, используются синхронные двигатели.

Преимущества привода постоянного тока

О широком диапазоне и простоте регулирования скорости приводов постоянного тока Электропривод переменного тока с асинхронными электродвигателями становится все популярнее с каждым годом. На стороне асинхронных двигателей и простота конструкции, и, соответственно, надежность и долговечность, и высокие энергетические показатели.

К тому же, электроэнергию переменного тока, необходимую для этих двигателей, очень просто производить, преобразовывать и передавать на самые большие расстояния без особых потерь. Тем не менее, электропривод постоянного тока нескоро сдаст свои позиции. И дело здесь даже не в том, что некоторые виды электроприводов, получающих электроэнергию от автономных источников, просто нецелесообразно переводить на «переменку». Ну, в самом деле, не устанавливать же инвертор в цепь автомобильного аккумулятора или, что еще смешнее, в цепь батарейки игрушечного автомобильчика? Дело в том, что несмотря ни на что, электропривод постоянного тока имеет два неоспоримых преимущества перед электроприводом тока переменного. Одно из этих преимуществ заключается в возможности формирования самых различных электромеханических характеристик постоянного двигателя.

Читать еще:  Двигатель d4bb и его характеристики

Например, можно получить жесткую характеристику зависимости частоты вращения двигателя от тока якорной цепи при параллельном или независимом включении обмотки возбуждения (рис. 1 и 2).

Если же обмотка возбуждения включена последовательно с якорной обмоткой (рис. 3), то будет сформирована интересная электромеханическая характеристика, в соответствии с которой скорость резко возрастает при снижении нагрузки на привод.

Кривая частоты оборотов двигателя приближается к оси ординат асимптотически, поэтому при отсутствии нагрузки двигатель постоянного тока последовательного возбуждения даже может пойти «в разнос», то есть начнет работать с опасной для механизмов скоростью. Такая электромеханическая характеристика очень кстати для привода электрического транспорта, например, трамваев и троллейбусов. От двигателя в таких случаях требуется повышенный пусковой момент, а когда скорость уже достаточно высока, большой электромеханический момент уже не нужен – нагрузка уже минимальна.

Чтобы избежать выхода двигателя постоянного тока «в разнос», для обеспечения транспортной электромеханической характеристики применяется схема смешанного возбуждения (см. рис). Это значит, что часть обмотки возбуждения подключается последовательно якорной обмотке, а часть – параллельно. При этом момент двигателя при пуске также велик, а при отсутствии нагрузки скорость будет ограничена. Нельзя не упомянуть еще одно преимущество привода постоянного тока: широкий диапазон регулирования и относительную простоту его осуществления. Так, практически при любой нагрузке, вполне возможно обеспечить необходимую скорость вращения вала двигателя. А способов это сделать вполне достаточно.

Можно регулировать скорость введением дополнительных сопротивлений в обмотку возбуждения, можно добавить сопротивления в якорную цепь, а можно комбинировать эти способы.

Но наиболее эффективного управления приводом постоянного тока удается достичь при внедрении системы тиристорно-импульсного регулирования. Эта система позволяет сполна оценить достоинства таких приводов и эксплуатировать их с максимально эффективными энергетическими показателями.

  1. Принцип работы бесщеточного двигателя постоянного тока
  2. Постоянный или переменный ток
  3. Работа привода для ДПТ

Принцип работы бесщеточного двигателя постоянного тока

Лекция 12. Электропривод постоянного тока;

Схема привода

Электропривод получил своё название по применённому в его схеме преобразователю подведённой энергии в механическую энергию перемещения выходного вала привода. Указанным преобразователем является электродвигатель. Другими словами, энергия электромагнитного поля преобразуется в механическую энергию.

В качестве примера рассмотрим электропривод с двигателем постоянного тока (ДПТ). Для управления ДПТ широко применяется импульсный метод регулирования скорости. Схемы импульсного управления имеют высокий к.п.д., что характерно для релейного управления, а при высокой частоте следования импульсов позволяет использовать преимущества, характерные для непрерывного управления. Привод применяется при мощностях до нескольких сот ватт.

На рисунке приведена мостовая схема импульсного управления электродвигателем (ЭД). Мост составлен из четырёх ключей К1…К4. К одной диагонали моста подключено напряжение питания UП, в другую диагональ включена обмотка якоря ИД.

В исходном положении при отсутствии сигнала управления ключи К1 и К3 (или К2 и К4) замкнуты и обмотка якоря ЭД закорочена, т. е. реализуется режим динамического торможения.

При сигнале управления какого-либо знака ключ К3 — разомкнут, ключ К4 – замкнут. Ключи К1 и К2 в противофазе замыкаются со скважностью, пропорциональной сигналу управления. При замкнутом ключе К1 по якорю протекает ток управления и создаётся движущий момент. При замкнутом ключе К2 – якорь закорачивается и двигатель тормозится.

При поступлении сигнала управления противоположного знака ключ К1 — разомкнут, ключ К2 – замкнут, а ключи К3 и К4 в противофазе замыкаются. При этом по якорю течёт средний ток в противоположном направлении и создаётся движущий момент противоположного знака.

Указанный принцип управления (т. н. несимметричный закон управления) реализуется на практике довольно просто с источником пилообразного напряжения.

Один из возможных вариантов принципиальной схемы привода постоянного тока с широтно-импульсным управлением приведён на схеме.

В схеме мультивибратор (МВ) генерирует прямоугольные импульсы. Интегрирующая цепь (ИЦ) преобразует их в пилообразное напряжение. С учётом напряжения смещения Ucм это напряжение прикладывается к полупроводниковым реле (ППР). ППР через усилитель мощности управляет ключами Т1…Т4. Ключи выполняют переключения, описанные ранее. Поскольку у ключей индуктивная нагрузка, то в схеме предусмотрены диоды для замыкания обратных токов. Диоды во входной цепи позволяют весь сигнал усилителя напряжения (УН) прикладывать ко входу соответствующего ППР.

Уравнения движения исполнительного механизма с ДПТ.

При подаче управляющего сигнала на вход усилителя привода по обмотке управления ЭД протекают импульсы тока, которые можно заменить средними значениями.

В результате исполнительный механизм, состоящий из импульсного усилителя и ДПТ можно описать следующей системой уравнений:

где UЯСР— среднее за период значение напряжения, приложенное к якорю двигателя (близко к величине UП), IЯСР— среднее значение тока якоря, RЯ-сопротивление якоря ЭД, СС-коэффициент противодействия ЭД, WДСР -среднее значение скорости якоря ЭД, LЯ-индуктивность обмотки якоря. Момент движущий на валу ЭД:

где МДВСР-среднее значение момента ЭД, сМ-коэффициент момента ЭД.

Приведённое уравнение баланса моментов на валу ЭД записывается в виде:

где МН-момент нагрузки привода, q-передаточное отношение редуктора, связывающего выходной вал ЭД с валом привода, IДВ-момент инерции якоря ЭД.

Момент нагрузки, действующий на валу привода, записывается в виде:

где IH-момент инерции нагрузки, W-угловая скорость вращения выходного вала привода, kВТ-коэффициент вязкого трения в нагрузке, kШ-коэффициент шарнирного момента на выходном валу привода, d-угол отклонения выходнго вала привода.

Передаточная функция и структурная схема

привода с ДПТ и импульсным

полупроводниковым усилителем мощности

В настоящее время для регулирования скорости ДПТ широко применяются усилители мощности, работающие в режиме переключения. Усилители этого типа имеют высокий к.п.д., они практически безынерционны и позволяют получать статические и динамические характеристики двигателя близкие к характеристикам при управлении от аналогового усилителя.

На основании принципиальной схемы привода и при описании импульсных процессов в обмотках двигателя будем пользоваться осреднёнными напряжениями и токами, что справедливо при частотах среза привода в диапазоне 2…10 Гц, при частотах модуляции, составляющие килогерцы.При описании системы уравнений в дальнейшем будем опускать индексы средних значений, что справедливо при принятом соотношении частот.

Элемент сравнения сигналов:

где UBX — входной сигнал привода, UOC-напряжение обратной связи.

Усилитель напряжения:

где ku – коэффициент усиления усилителя по напряжению.

Скважность широтно-импульсного модулятора:

где kГ — коэффициент передачи по скважности.

Напряжение, приложенное к якорю двигателя:

где UП — напряжение питания.

Напряжение якоря на основании закона Ома связано стоком якоря соотношением:

Cреднее значение момента на валу привода:

Уравнение движения выходного вала привода:

Уравнение нагрузки на выходном валу:

Уравнение цепи обратной связи:

где kOC – коэффициент обратной связи.

Вид структурной схемы, составленной на основании приведённых уравнений, представлен на рисунке.

В структурную схему введено звено чистого запаздывания e — ts , связанное с запаздыванием в контуре из-за частотной модуляции широтно-импульсного сигнала.

Структурную схему можно преобразовать, свернув внутренние контуры к виду стандартных звеньев где:

Структурная схема привода с ДПТ при отсутствии

шарнирной нагрузки на выходном валу.

При отсутствии нагрузки на выходном валу исполнительного механизма kШ=0 и kВТ=0

получим для исполнительной части привода на основании рассмотренной структуры, где


Для представления передаточной функции прямой цепи разомкнутого привода нужно добавить участок структурной схемы (уравнения), связывающие ошибку DU с напряжением якоря UЯ.

Привод, нагруженный только инерционной нагрузкой, описывается интегрирующим и колебательными звеньями. Нужно отметить особенность рассматриваемого привода, которая заключается в том, что за счёт использования высокооборотного и низкомоментного двигателя в нём применяется редуктор с большим передаточным отношением (q=100 и более). В этом случае необходимо в суммарном моменте инерции привода IS учитывать составляющую, определяемую моментом инерции ротора двигателя, приведённую к выходному валу привода IДВq 2 .

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector