9.2 Синхронный двигатель как компенсатор реактивной мощности

Способность синхронного двигателя работать в качестве компенсатора реактивной мощности иллюстрируют U–образные характеристики. Они представляют собой зависимости тока статора I₁ от тока возбуждения I_в, при различных нагрузочных моментах (рис 9.2б).

При изменении тока возбуждения примерно пропорционально (в соответствии с характеристикой намагничивания) изменяются магнитный поток Ф_m и ЭДС Е₁. Если при этом нагрузочный момент не меняется и мощности Р1 и Рэм остаются неизменными (а значит I₁^.cos = const и E₁^.sin = const), то концы векторов тока и ЭДС скользят по прямым АВ и CD.

При этом модуль тока статора изменяется так, как это показано на рис. 9.2б, а фаза тока (при увеличении тока возбуждения от нуля) вначале положительна (ток отстает от напряжения, машина работает в режиме недовозбуждения), а затем, после точки  = 0, становится отрицательной (ток опережает напряжение, машина работает в режиме перевозбуждения). В этом режиме СД в целом представляет собой активно – емкостную нагрузку, потребляет активно – емкостной ток и способен работать как компенсатор реактивной мощности.

Генерируемая им при этом реактивная мощность (Ва):

Q = 3^.U₁^.(E₁^.cos - U₁) / X_c. (9.4)

Синхронные трехфазные двигатели (СД) широко применяются в электроприводах разнообразных рабочих машин и механизмов, что объясняется следующими их преимуществами:

• Высоким коэффициентом мощности, равным единице для ЭП небольшой мощности и опережающий в установках большой мощности;

• Высоким КПД, составляющим 96 – 98 %, что на 1 – 1.5 % выше КПД АД тех же габаритов;

• Возможность регулирования перегрузочной способности за счет изменения тока возбуждения;

• Они обладают абсолютно жесткой механической характеристикой;

• Благодаря сравнительно большому воздушному зазору, их свойства и характеристики мало зависят от износа подшипников и неточностей монтажа ротора.

10. Шаговые и вентильные индукторные двигатели

10.1 Шаговые двигатели

Исполнительные органы целого ряда рабочих машин должны совершать строго дозированные перемещения с фиксацией своего положения в конце движения. В электроприводах таких машин и механизмов успешно применяются шаговые двигатели (ШД) различных типов, образующие основу дискретного электропривода.

Широкое распространение дискретного электропривода определяется еще и тем обстоятельством, что он естественным образом сочетается с управляющими ЭВМ. Например, дискретный электропривод широко используется для металлообрабатывающих станков с числовым программным управлением (ЧПУ), а также для роботов и манипуляторов.

По принципу своего действия шаговый двигатель является синхронным двигателем. Однако, в отличие от последнего, магнитное поле ШД перемещается (вращается) в воздушном зазоре не непрерывно, а дискретно, шагами. Это достигается за счет импульсного возбуждения обмотки ШД с помощью электронного коммутатора, преобразующего последовательность управляющих импульсов в многофазную систему напряжений, прикладываемых к обмоткам (фазам) ШД.

Импульсному характеру напряжения соответствует дискретное вращение магнитного поля в воздушном зазоре, вследствие чего движение ротора состоит из последовательных элементарных поворотов или шагов.

Принцип работы ШД рассмотрим на примере простейшей схемы двухфазного ШД, изображенного на рис. 10.1. Здесь ротор ШД представляет собой двухполюсный постоянный магнит, расположенный на валу двигателя. Питание обмоток статора осуществляется импульсным напряжением прямоугольной формы, поступающим с электронного коммутатора. Пара катушек на вертикальных зубцах статора, соединенных последовательно и согласно, представляет собой первую фазу (А), а пара катушек на горизонтальных зубцах - вторую фазу (В).

Рис. 10.1. К принципу действия ШД с активным ротором. а-с – различные положения ротора

При подаче положительного напряжения на фазу А ротор займет положение, указанное на рис. 10.1а. Если после этого подать положительное напряжением на фазу В, не отключая фазу А, то ротор повернется по часовой стрелке на 45, а если после этого выключить фазу А, то ротор займет положение, показанное на рис.20с. В дальнейшем все повторяется после подачи в фазу А напряжения отрицательной полярности.

Угловое перемещение ротора ШД за один цикл

 = 2/(pn), (26)

где р – число пар полюсов на статоре (в рассмотренном примере р=2), а n – число тактов в цикле (здесь – n =2).

Шаговый двигатель легко может изменить направление вращения. Для этого достаточно изменить порядок чередования импульсов.

Переходные процессы в ШД сложны и ответственны, так как вследствие электромагнитной инерции обмоток и механической инерции ротора и момента нагрузки, при резких изменениях частоты следования импульсов управления, ротор ШД может не успеть отработать полностью все поступившие импульсы. Максимальная частота управляющих импульсов, при которой возможен пуск ШД из неподвижного состояния без выпадения из синхронизма (без потери импульсов) называется частотой приемистости.

Современные ШД различны по своему конструктивному исполнению. Они могут быть однофазными, двухфазными и многофазными с активным или пассивным ротором.

Высоко экономичные, надежные и технологичные ШД с активный ротором, выполненным из постоянного магнита, получили наибольшее распространение. Они называются магнитоэлектрическими шаговыми двигателями. Максимальная скорость ШД с активным ротором составляет 208 – 314 рад/с, частота приемистости от 70 до 500 Гц, номинальный вращающий момент от

10^.10^-6 до 10^.10^-3 Нм. Промышленность выпускает несколько серий магнитоэлектрических шаговых двигателей: четырехфазные ШДА, двух- и четырехфазные ШД и ДШ-А, четырехфазные ШДА-3 и др.

В тех случаях, когда требуются небольшие единичные перемещения и большая частота приемистости, используются ШД с пассивным ротором. Выпускается несколько серий ШД с пассивным ротором (Ш, ШДР, РШД), имеющих шаг от 1.5 до 9 и частоту приемистости от 250 до 1200 Гц.