Преобразователь частоты обеспечивает питание фаз ИМ однополярными импульсами напряжения любой произвольной формы; ИМ осуществляет электромеханическое преобразование энергии, а система управления в соответствии с заложенным в нее алгоритмом и сигналами обратной связи, поступающими от датчика положения ротора, управляет данным процессом. Преобразователь частоты и система управления являются неотъемлемыми частями ИМ, необходимыми для осуществления электромеханического преобразования энергии. Индукторная машина, входящая в состав ВИД, может иметь различные конструктивные исполнения. Индукторные машины имеют следующие конструктивные особенности: сердечники статора и ротора имеют явнополюсную структуру; число полюсов относительно невелико (число полюсов статора больше числа полюсов ротора); сердечники статора и ротора выполняются шихтованными; обмотка статора сосредоточенная катушечная. Она можетбытьодноилимногофазной.
Фаза ИМ состоит из двух катуше расположенных на диаметраль противоположных полюсах статора. Принц действия ИМ основан на свойст ферромагнитных тел ориентироваться внешнем поле так, чтобы сцепленный с ни магнитныйпотококазалсямаксимальным.
Переключениефаз обмотки статора ВИД
Предположим,чтопривзаимномположениистатораиротора по сигналу системы управления к фазе А от преобразователя частоты будет приложено напряжение, по катушкам фазы А потечетток, создающийМДСфазыА. ВмагнитномполефазыАротор стремится двигаться таким образом, чтобы магнитный поток через него принял максимальное значение, т.е. стремится повернуться против часовой стрелки. Вращающий момент ротора будет действовать до совпадения осей зубцов 2 и 5 ротора с осями зубцовфазыАстатора. Вэтомжеположениипитаниебудетподано
на фазу В, что вызовет повторение процесса при сохранении направлениядвиженияротораит.д.
Для сохранениянаправлениядействия электромагнитногомомента необходимо ещедо достиженияположенияротора осуществить коммутацию ключей преобразователячастоты, в результате которой фаза А должнабыть отсоединена от источника питания, а следующая фаза (здесь это фаза В) подключенак нему. Зубцы ротора 2 и 5 в моментпрекращения питания фазы А ещене будут находитьсясоосн с зубцами фазы А, в положении,которое можноназвать согласованнымс фазой А. В этомслучаезначениетока в отключаемо фазе А оказывается минимальным,как и накопленнаяв ней магнитнаяэнергия, расходуемаяна поддержаниепостоянства потокосцепленияфазы.
В целях подавления возникающей при этом ЭДС самоиндукции и ускорения гашения поля в фазе ВИД на нее подается напряжение обратной полярности. Последовательная коммутация фаз ВИД обеспечивает однонаправленное вращение ротора двигателя; чередование включения и выключения фаз определяется алгоритмом, заложенным в систему управления. Исходными данными для ее работы являются сигналы о положении ротора, поступающие от датчика положения ротора, что исключает возможность неправильной коммутации фаз. В описанном примере на фазы обмотки статора напряжение подается последовательно, т.е. А—В—C—D—А …, и в каждый момент времени включена только одна фаза. Такой вид коммутации называется одиночной симметричной. Она является наиболее простой.
КоммутацияфазВИД, прикоторойвкаждыймоментвремени включеныдвефазыдвигателя (АВ—ВС—CD—DA—AB …),называет-
ся парной симметричной. Коммутация фаз ВИД, при которой попеременно включаются то одна, то две фазы двигателя (А—АВ— B—ВC—C—CD—D—DA—A…), называетсянесимметричной.
Вентильный двигатель
Вентильный двигатель представляет собой машину с многофазным неподвижным якорем, питающимся от инвертора, управляемого синхронно с вращением ротора, снабженного обмоткой возбуждения или постоянными магнитами. Таким образом, вентильный двигатель (ВД) состоит из электрической машины (электромеханического преобразователя — ЭМП), вентильного преобразователя (ВП)и связывающей их системы управления (устройства синхронизации),куда обычно входит специальный датчик положения ротора (ДПР). Конструктивно ЭМП является обычно машиной, обращенной по отношению к машине постоянного тока и ничем не отличающейся от обычной синхронноймашины.
Характерной особенностью вентильного двигателя является именно самосинхронизация работы инвертора и ЭМП, при которой частота выходного напряжения (тока), подводимого к якорю двигателя, следуя за частотой вращения ротора, равна ей. При изменении режима работы двигателя все процессы развиваются аналогично тем, которые имеют место в обычных двигателях постоянного тока. Например, при увеличении момента сопротивления на валу начинается переходный режим, частота вращения ротора ω уменьшается в течение всего времени, пока тормозной момент нагрузки превышает момент, развиваемый двигателем. При этом происходит одновременное уменьшение частоты управляющих импульсов от ДПР, закрепленном на роторе двигателя и соответственно частоты переключения вентилей инвертора и его выходной частоты. Одновременное снижение ω и ω1 приводит к уменьшению ЭДС якоря, наведенной полем возбуждения, что вызывает увеличение потребляемого тока и момента. При наступлении баланса движущего и тормозного моментов устанавливаетсяновыйрежимсновойчастотой ω=ω1.
Как механическийколлекторв обычныхдвигателях постоянного тока (ДПТ), так и полупроводниковый коммутатор в ВД снабжены устройством, задающим момент времени и частоту переключения тока(напряжения) каждой секции (фазы) машины. В механическом коллекторе эти функции выполняет щеточное устройство. В вентильном коммутаторе аналогичную задачу решает позиционный датчик — ДПР. В обоих случаях ток в секции (фазе) коммутируетприопределенномположенииотносительнополюсов возбуждения. Вентильные двигатели при наличии ЭМП с электромагнитным возбуждением позволяют, как и обычные ДПТ, осуществить регулирование частоты вращения как за счет изменениянапряженияякоря, такизасчетизмененияпотока.