10.2 Вентильные индукторные двигатели

Принцип действия вентильных индукторных двигателей (ВИД) близок принципу действия шаговых двигателей. Основное конструктивное отличие заключается в том, что ВИД имеют различное число зубцов на статоре и роторе. Часто встречающиеся соотношения чисел зубцов

Z₁/ Z₂ = 6/4 или 8/6.

На рис. 10.2 показана принципиальная схема инвертора для питания обмоток, а на рис. 10.3 - поперечное сечение активной зоны и характер распределения магнитного поля трехфазного ВИД

с Z₁/ Z₂ = 6/4.

V_dc

Рис. 10.2 Схема инвертора для питания трехфазного ВИД

Рис. 10.3 Распределение магнитного поля в ВИД

Цепи, включающие диоды D₁, D₂, D₃ и конденсатор C_d служат для возврата энергии, накопленной в магнитном поле обмотки фазы, в конце рабочего цикла (после закрытия соответствующего транзисторного ключа).

Основное отличие между ШД и ВИД заключается в следующем. Сила взаимодействия между двумя зубцами, а значит и развиваемый двигателем момент, зависит от их относительного перекрытия. В ШД переход от взаимодействия одной пары зубцов к другой неизбежно связан с определенной «мертвой» зоной (область подачи напряжения на две соседние фазы).В ВИД, после того как «отработает» одна фаза (например А), две другие пары зубцов соседней фазы (фазы В, при вращении ротора против часовой стрелки) уже имеют нормальное перекрытие и готовы к работе. Вследствие этого, ВИД имеют более высокие энергетические показатели, чем ШД.

Область применения электропривода, выполняемого на базе шаговых двигателей, очень широка. Его используют в механизмах подачи станков, сварочных автоматах, приборах времени, нажимных устройствах прокатных станов, в медицинской технике и т.д.

Вентильные индукторные двигатели (в англоязычной литературе Switched Reluctance Motors или сокращенно SRM) в настоящее время бурно развиваются, находя применение в различных электроприводах, в основном малой и средней мощности (например двухфазный 8/4 SRM на 75 кВт и 4500 об/мин) и для высокоскоростных машин до 25000 – 50000 об/мин.

11. Расчет мощности и выбор электродвигателя

Выбор двигателя для работы в системе автоматизированного электропривода представляет собой важную и сложную задачу. От ее правильного решения зависят технико-экономические показатели работы системы рабочий орган – электропривод.

Основным требованием при выборе электродвигателя является соответствие его мощности условиям технологического процесса.

Применение двигателя недостаточной мощности может привести к нарушению заданного цикла, снижению производительности. Может иметь место также повышенный нагрев двигателя, что ускорит старение изоляции и выход его из строя.

Недопустимым является также использование двигателя завышенной мощности, так как при этом не только повышается стоимость электропривода, но и увеличиваются потери энергии за счет снижения КПД двигателя, а для асинхронного привода, кроме того, снижается коэффициент мощности.

При выборе электродвигателя должно проверяться также его соответствие условиям пуска рабочей машины и возможным перегрузкам.

Выбор серийного электродвигателя производится с учетом следующих показателей:

• Род тока и соответствие напряжений;

• Значение скорости, с учетом передаточного отношения редуктора. При прочих равных условиях наиболее предпочтительными являются четырехполюсные

(синхронная скорость 1500 об/мин) асинхронные короткозамкнутые двигатели;

• Конструктивное исполнение с точки зрения расположения его вала (валов) и способам крепления к рабочей машине;

• Способ вентиляции и защиты от воздействия окружающей среды. От этого зависят долговечность его работы и безопасность обслуживания. По способу защиты от воздействия окружающей среды различают открытые, защищенные и герметичные двигатели. Для работы в особых условиях окружающей среды – тропический климат, взрывоопасные среды и т.д. выпускаются специализированные двигатели.

Обычно двигатель выбирают в следующей последовательности:

• Расчет мощности и предварительный выбор двигателя;

• Проверка выбранного двигателя по условиям пуска и перегрузкам;

• Проверка выбранного двигателя по нагреву.

Если выбранный двигатель в ходе проверок п.п. 2) и 3) не удовлетворяет требованиям, то выбирают другой двигатель (как правило, большей мощности) и проверки повторяются.

Основой для расчета мощности и выбора электродвигателя является нагрузочная диаграмма М(t) и диаграмма скорости (t) исполнительного органа рабочей машины (рис.11.1).

Рис. 11.1 К расчету мощности двигателя: а) нагрузочная диаграмма исполнительного механизма; б) диаграмма скорости нагрузочного механизма приведенного к валу двигателя; в) динамический момент; г) суммарный момент

Расчет ведем в следующей последовательности:

1. Определяем номинальный момент двигателя. Если эквивалентный момент нагрузки М_с.э задан, то расчетный номинальный момент двигателя

М_ном  k_з^. М_с.э , (11.1)

где k_з = 1.1  1.3 – коэффициент запаса, предварительно учитывающий динамические режимы работы электродвигателя.

Если момент сопротивления изменяется во времени и нагрузочная диаграмма имеет несколько участков (на рис. 5.1 М_с = const ), М_с.э определяется как среднеквадратичная величина за цикл (период Т)

, (11.2)

где M_c.i и t_i – соответственно момент и длительность i–го участка нагрузочной диаграммы.

2. Находим номинальную расчетную мощность двигателя

Р_ном = М_ном^._ном; (11.3)

3. Из каталога выбираем двигатель ближайшей большей мощности, имеющий конструктивное исполнение, соответствующее условиям работы данной машины;

4. Осуществляем проверку двигателя по перегрузочной способности. Для этого строим зависимость суммарного момента двигателя от времени (рис.21г)

М_cум(t) = M_c + J_c d / dt, (11.4)

где J_c – суммарный момент инерции привода.

Для проверки двигателя по перегрузочной способности сопоставляем максимальный (критический) момент двигателя М_мах с максимальным моментом М₁ взятым из зависимости М_cум(t). Должно выполняться следующее неравенство

М_мах  М₁;

5) Проверяем асинхронный двигатель по условиям пуска, для чего сопоставляем его пусковой момент с моментом нагрузки при пуске: М_п  М_с.п.