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

Характеристики синхронного двигателя с постоянными магнитами

Энергоэффективный синхронный двигатель с постоянными магнитами Dyneo

Dyneo это новая серия синхронных двигателей с постоянными магнитами, обладающих высоким КПД, повышенными скоростями вращения и относительно широким диапазоном мощностей.

Серия представлена моделями: LSRPM – c алюминиевым корпусом с IP55 для общепромышленных применений; PLSRPM – со стальным корпусом с IP23 для применений, где требуется высокая удельная мощность.

За счет использования постоянных магнитов в роторе, в нем отсутствуют потери, что влечет к увеличению КПД на 2-4 пункта по сравнению со стандартным асинхронным двигателем аналогичной мощности. При этом, в отличие от асинхронного двигателя, КПД остается постоянным на всем диапазоне регулирования скорости.

Поскольку данная серия предназначена для использования в составе частотно-регулируемого электропривода, инженерами LeroySomer проведена большая работа по адаптации двигателей Dyneo к использованию с преобразователями частоты Emerson серий Unidrive M, Powerdrive MD2 и Powerdrive FX. Благодаря этому достигается превосходная точность регулирования скорости и момента приводного двигателя, в сочетании с высочайшей надежностью.

Основные параметры двигателей Dyneo:

LSRPMPLSRPM
Номинальная мощность6,9…350 кВт325…390 кВт
Номинальное напряжение400В/50Гц
Номинальная скорость вращения750, 900, 1500, 1800, 2400, 3000, 3600, 4500 и 5500 об/мин3600 об/мин
Номинальный момент12…1393 Нм862…1035 Нм
Типоразмер(высота оси вращения, мм)90…315315
Класс изоляцииF(155°С)
Степень защитыIP55IP23
Метод охлажденияIC 411, IC410 и IC416AIC 411 и IC416A
Монтажное исполнениеIM1001, IM1031, IM1051, IM1061, IM1071, IM1011, IM3001, IM3011, IM3031, IM2001, IM2011, IM2031, IM3601, IM3611, IM3631, IM2101, IM2111, IM2131, IM1201, IM9101
Датчик скоростиАбсолютный/инкрементальный энкодер
Дополнительные элементыКомплектная поставка с редуктором, ATEX комплектация, электромагнитный тормоз, антиконденсатные ТЭНы, датчики температуры в обмотках стотора и подшипниковых щитах, усиленная изоляция обмоток статора, модификация размеров фланца и диаметра выходного вала, усиленные подшипники, улучшенная балансировка, адаптация клеммной коробки, защитyые покрытия корпуса двигателя, и др.
Температуры окружающей среды и высота над уровнем моряот -16°С до +40°С и до 1000 м
ЦветRAL3005(вишневый)RAL3005(вишневый)

Основные технические данные двигателей Dyneo:

Техническая документация

  • LSRPM (Technical catalogue LSRPM, Unidrive M — 5034 EN — 2014.05c).pdf
  • LSRPM, PLSRPM (Installation and maintenance — 4155 EN — 2012.05e).pdf
  • LSRPM (Brochure Dyneo Drive Systems — 4979 EN — 2013.10b).pdf
  • LSRPM (Technical Catalogue LSRPM, PLSRPM PM sync motors — 5006 EN-2013.11b).pdf

Dyneo это новая серия синхронных двигателей с постоянными магнитами, обладающих высоким КПД, повышенными скоростями вращения и относительно широким диапазоном мощностей.

Серия представлена моделями: LSRPM – c алюминиевым корпусом с IP55 для общепромышленных применений; PLSRPM – со стальным корпусом с IP23 для применений, где требуется высокая удельная мощность.

За счет использования постоянных магнитов в роторе, в нем отсутствуют потери, что влечет к увеличению КПД на 2-4 пункта по сравнению со стандартным асинхронным двигателем аналогичной мощности. При этом, в отличие от асинхронного двигателя, КПД остается постоянным на всем диапазоне регулирования скорости.

Поскольку данная серия предназначена для использования в составе частотно-регулируемого электропривода, инженерами LeroySomer проведена большая работа по адаптации двигателей Dyneo к использованию с преобразователями частоты Emerson серий Unidrive M, Powerdrive MD2 и Powerdrive FX. Благодаря этому достигается превосходная точность регулирования скорости и момента приводного двигателя, в сочетании с высочайшей надежностью.

Основные параметры двигателей Dyneo:

LSRPMPLSRPM
Номинальная мощность6,9…350 кВт325…390 кВт
Номинальное напряжение400В/50Гц
Номинальная скорость вращения750, 900, 1500, 1800, 2400, 3000, 3600, 4500 и 5500 об/мин3600 об/мин
Номинальный момент12…1393 Нм862…1035 Нм
Типоразмер(высота оси вращения, мм)90…315315
Класс изоляцииF(155°С)
Степень защитыIP55IP23
Метод охлажденияIC 411, IC410 и IC416AIC 411 и IC416A
Монтажное исполнениеIM1001, IM1031, IM1051, IM1061, IM1071, IM1011, IM3001, IM3011, IM3031, IM2001, IM2011, IM2031, IM3601, IM3611, IM3631, IM2101, IM2111, IM2131, IM1201, IM9101
Датчик скоростиАбсолютный/инкрементальный энкодер
Дополнительные элементыКомплектная поставка с редуктором, ATEX комплектация, электромагнитный тормоз, антиконденсатные ТЭНы, датчики температуры в обмотках стотора и подшипниковых щитах, усиленная изоляция обмоток статора, модификация размеров фланца и диаметра выходного вала, усиленные подшипники, улучшенная балансировка, адаптация клеммной коробки, защитyые покрытия корпуса двигателя, и др.
Температуры окружающей среды и высота над уровнем моряот -16°С до +40°С и до 1000 м
ЦветRAL3005(вишневый)RAL3005(вишневый)

Основные технические данные двигателей Dyneo:

  • Помощь в подборе оборудования и консультация по его применению
  • Широчайший спектр электрооборудования и автоматики
  • Гарантийное и послегарантийное обслуживание
  • Гибкая ценовая политика и выгодные условия оплаты

Выбор фазного напряжения синхронного двигателя с постоянными магнитами

Введение

Частота вращения синхронного двигателя (СД) с постоянными магнитами на роторе, как и любого СД, зависит от частоты напряжения питания статорной обмотки и от числа пар полюсов. Величина напряжения питания непосредственно на частоту вращения не влияет. При питании СД с постоянными магнитами от источника регулируемого напряжения имеется возможность изменять величину фазных напряжений статора и устанавливать оптимальное, т. е. наилучшее по выбранному критерию, напряжение. В качестве критерия оптимальности можно выбрать, например, коэффициент полезного действия СД (КПД). В стационарном режиме при постоянном моменте нагрузки МН максимум КПД соответствует минимуму потребляемой мощности и, следовательно, минимуму потерь в СД. Представляет интерес для практики и зависимость коэффициента мощности СД — cosφ, потребляемого тока и габаритной мощности от величины фазного напряжения.

Описание стационарного режима

Стационарный режим СД при постоянном моменте нагрузки описывается (при известных допущениях) системой нелинейных уравнений [1, 2]:

где r и L — активное сопротивление и суммарная индуктивность фазы статора; Im, Um и Еm — амплитуды фазных тока, напряжения и ЭДС вращения, Em = Ceω, Се, СМ — машинные постоянные, ω — частота сети, δ — угол сдвига между осями N-полюса вращающегося поля статора и S-полюса поля ротора СД, отсчитываемого в направлении вращения поля, φ — сдвиг по фазе между фазными токами и напряжениями.

Анализ стационарных режимов показывает, что каждому значению момента нагрузки, меньшему максимального, то есть при

Читать еще:  Холодный запуск дизельного двигателя увеличение износа

соответствуют два стационарных режима [1–4] при двух разных значениях угла отставания поля ротора от поля статора: δ1 и δ21 2 )/(СМ 2 sin 2 δ) — мощность потерь в активном сопротивлении обмоток статора, зависящая от фазного напряжения Um; Pm = 3/2 × (EmМН)/СМ — отдаваемая двигателем механическая мощность, не зависящая от фазного напряжения Um.

Таким образом, КПД СД, при известных допущениях [1], имеет выражение

Из последней формулы очевидно, что наибольшее значение КПД СД имеет при sinδ = 1, то есть при минимуме фазного тока

Полученный вывод при учете только потерь в активном сопротивлении статора с очевидностью следует и из элементарных физических соображений.

Таким образом, оптимальным с точки зрения КПД СД является фазное напряжение, определяемое выражением (15). Согласно (15), наибольший КПД и минимальный ток имеет СД при Um>Em, то есть недовозбужденный двигатель.

Зависимость коэффициента мощности cosφ от амплитуды фазного напряжения Um можно представить в явном виде:

где α = arcsin[Q(Um)/V(Um)], β = arcsin[G(Um)/V(Um)].

Если cosφ принимает максимальное значение внутри интервала допустимых значений Um: (Um>(Um)min), то оптимальное по cosφ значение Um можно найти известным образом, исследуя (20) на экстремум. Однако получить удобное для анализа аналитическое выражение для оптимального значения Um вряд ли возможно. Учитывая это, а также возможность нахождения оптимального по cosφ значения Um на границе области допустимых значений и простоту построения графика зависимости, например, в системе MATLAB [5], проще определять искомое значение Um из графика зависимости cosφ = f(Um) или находить известными численными методами.

Построение зависимостей в относительных величинах

За базовое значение Um удобно выбрать Em, а за базовые значения момента нагрузки МH и амплитуды фазного тока Im принять максимальный момент СД при Um = Em

и соответствующую ему амплитуду фазного тока

При обозначении х = Um/Em, m = MH/(M1)m интересующие зависимости в относительных величинах имеют вид:

Относительная величина минимальной амплитуды фазного напряжения (8) определяется выражением

а значение угла δ, соответствующее при данном Um максимальному моменту СД, — выражением

Нижняя граница возрастающего участка кривой Мэм(δ) перевозбужденного СД (Um 0,5 (рис. 3) указанный интервал не существует, поскольку наибольшее значение mmin равно 0,5.

Рис. 2. Зависимости основных характеристик синхронного двигателя от относительной амплитуды фазного напряжения при постоянной величине относительного момента m = 0,3

Рис. 3. Зависимости основных характеристик синхронного двигателя от относительной амплитуды фазного напряжения при постоянной величине относительного момента m = 0,6

Рассмотрение графиков на рис. 1–5 показывает, что максимумы КПД и коэффициента мощности не совпадают. Максимум КПД имеет место при большем напряжении, чем максимум коэффициента мощности.

Рис. 4. Зависимости основных характеристик синхронного двигателя от относительной амплитуды фазного напряжения при постоянной величине относительного момента m = 0,9

Рис. 5. Зависимости основных характеристик синхронного двигателя от относительной амплитуды фазного напряжения при постоянной величине относительного момента m = 1,2

Максимум коэффициента мощности практически совпадает с минимумом произведения фазного напряжения и фазного тока. Последнее утверждение тем точнее, чем меньше активное сопротивление статорной обмотки r и ее ток. Легко показать, что при r = 0 максимум cosφ точно совпадает с минимумом произведения фазного напряжения и фазного тока. Действительно, из уравнения баланса мощностей для этого идеализированного случая

с учетом постоянства механической мощности, развиваемой СД, следует совпадение максимума cosφ с минимумом произведения амплитуд фазного напряжения и фазного тока UmIm. Из уравнения баланса мощностей, записанного с учетом конечного значения r,

следует, что максимум cosφ и минимум UmIm тем ближе друг к другу на оси Um, чем меньше r и Im.

Изложенное выше позволяет сделать следующие выводы, справедливые в рамках принятых в статье допущений [1]:

  1. При одинаковом соотношении активного и индуктивного сопротивлений фазы статора (то есть при одинаковых значениях cosφa) характеристики стационарных режимов синхронных двигателей, построенные для относительных величин, совпадают.
  2. С увеличением момента нагрузки снижается максимальное значение КПД и коэффициента мощности.
  3. Максимум КПД СД совпадает с минимумом величины фазного тока, имеющим место при перпендикулярности полей статора и ротора, и сдвинут относительно максимума коэффициента мощности в сторону больших напряжений тем сильнее, чем больше момент нагрузки.
  4. Максимум коэффициента мощности СД практически совпадает с минимумом произведения фазного тока и фазного напряжения в реальных условиях малого активного сопротивления статорной обмотки.
  5. При моментах нагрузки, меньших половины максимального момента СД, при равенстве ЭДС и фазного напряжения существует интервал, при попадании в который амплитуды фазного напряжения оба возможных стационарных режима оказываются наверняка статически неустойчивыми в силу соответствия их падающему участку зависимости электромагнитного момента от сдвига полей статора и ротора.

АДАПТИВНЫЙ НАБЛЮДАТЕЛЬ МАГНИТНОГО ПОТОКА ДЛЯ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ

Читать статью полностью

Язык статьи — русский

Ссылка для цитирования: Бобцов А.А., Пыркин А.А., Ортега Р. Адаптивный наблюдатель магнитного потока для синхронного двигателя с постоянными магнитами // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Том 15. № 1. С. 40–45

Рассматривается задача синтеза адаптивного наблюдателя магнитного потока для синхронного двигателя с постоянными магнитами. Допускается, что некоторые электрические параметры, такие как сопротивление и индуктивность, являются известными постоянными числами, но сам магнитный поток, скорость вращения ротора и угол его положения не измеряются. Предлагается новый робастный подход к синтезу адаптивного наблюдателя магнитного потока, обеспечивающий глобальную ограниченность всех сигналов, а также экспоненциальную сходимость к нулю ошибки между потоком и его оценкой, вырабатываемой адаптивным наблюдателем. Задача синтеза адаптивного наблюдателя потока была решена с использованием тригонометрических свойств и линейной фильтрации, обеспечивающей парирование неизвестных членов, полученных в результате математических преобразований. Ключевая идея заключается в новом способе параметризации динамической модели магнитного потока. На первом шаге сформирована математическая модель, содержащая неизвестные параметры и зависящая от измеряемых сигналов силы тока и напряжения в обмотках двигателя. С использованием основного тригонометрического тождества найдено линейное уравнение, из которого исключены функции, зависящие от неизмеряемых величин угла и угловой скорости вращения ротора. Применяя динамические фильтры первого порядка, получена стандартная регрессионная модель, состоящая из измеряемых функций времени и неизвестных параметров. Далее построен градиентный алгоритм оценивания неизвестных параметров, гарантирующий ограниченность всех сигналов в системе. Доказано утверждение о том, что при выполнении условия неисчезающего возбуждения, означающего наличие достаточного количества гармоник в регрессоре, гарантирована экспоненциальная сходимость к нулю всех ошибок оценивания неизвестных параметров. Показано, что ошибка наблюдения за магнитным потоком явно зависит от ошибок оценивания неизвестных параметров. Экспоненциальная сходимость к нулю ошибок оценивания обеспечивает экспоненциальную сходимость к нулю ошибки наблюдения за потоком. Приведен пример численного моделирования.

Читать еще:  Хлопок при запуске двигателя змз 405

Ключевые слова: синхронный двигатель, магнитный поток, адаптивный наблюдатель, робастность

Благодарности. Работа выполнена при государственной финансовой поддержке ведущих университетов Российской Федерации (субсидия 074-U01, Проект 14.Z50.31.0031).

Список литературы

1. Acarnley P.P., Watson J.F. Review of position-sensorless operation of brushless permanent-magnet machines // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2006. V. 53. N

2. P. 352–362. doi: 10.1109/TIE.2006.870868 2. Shah D., Espinosa-Perez G., Ortega R., Hilairet M. An asymptotically stable sensorless speed controller for non-salient permanent magnet synchronous motors // International Journal on Robust and Nonlinear Control. 2014. V. 24. P. 644–668. doi: 10.1002/rnc.2910

3. Dib W., Ortega R., Malaize J., Sensorless control of permanent-magnet synchronous motor in automotive applications: estimation of the angular position // IECON Proceedings (Industrial Electronics Conference). 2011. Art. 6119400. P. 728–733. doi: 10.1109/IECON.2011.6119400

4. Ortega R., Nam K., Praly L., Astolfi A., Hong J., Lee J. Sensorless control method and system for SPMSM using nonlinear observer. Korean Patent N 10-1091970. 2009.

5. Lee J., Hong J., Nam K., Ortega R., Praly L., Astolfi A. Sensorless control of surface-mount permanentmagnet synchronous motors based on a nonlinear observer // IEEE Transaction on Power Electronics. 2010. V. 25. N 2. P. 290–297. doi: 10.1109/TPEL.2009.2025276

6. Nam K.H. AC Motor Control and Electric Vehicle Applications. CRC Press, 2010. 449 p.

7. Ortega R., Praly L., Astolfi A., Lee J., Nam K Estimation of rotor position and speed of permanent magnet synchronous motors with guaranteed stability // IEEE Transaction on Control Systems Technology. 2011. V. 19. N 3. P. 601–614.

8. Pillai H., Ortega R., Hernandez M., Devos T., Malrait F. Robustness analysis of a position observer for surface-mount permanent magnet synchronous motors vis-a-vis rotor saliency // Proc. 9th IFAC Symposium on Nonlinear Control Systems (NOLCOS 2013). Toulouse, France, 2013. V.

9. Part 1. P. 353–358. doi: 10.3182/20130904-3-FR-2041.00074 9. Malaize J., Praly L., Henwood N. Globally convergent nonlinear observer for the sensorless control of surface-mount permanent magnet synchronous machines // Proc. 51st IEEE Conference on Decision and Control (CDC 2012). Maui, USA, 2012. P. 5900–5905. doi: 10.1109/CDC.2012.6426415

10. Tomei P., Verrelli C. Observer-based speed tracking control for sensorless permanent magnet synchronous motors with unknown torque // IEEE Transactions on Automatic Control. 2011. V. 56. N 6. P. 1484–1488. doi: 10.1109/TAC.2011.2121330

11. Middleton R.H., Goodwin G.C. Adaptive computed torque control for rigid link manipulations // Systems and Control Letters. 1988. V. 10. N 1. P. 9–16. doi: 10.1016/0167-6911(88)90033-3

12. Мирошник И.В., Никифоров В.О., Фрадков А.Л. Нелинейное и адаптивное управление сложными динамическими системами. СПб.: Наука, 2000. 549 с.

13. Ioannou P.A., Sun J. Robust Adaptive Control. Upper Saddle River: Prentice Hall, 1996. 825 p.

14. Khalil H. Nonlinear Systems. 3rd ed. Upper Saddle River: Prentice Hall, 2002. 750 p.

15. Ichikawa S., Tomita M., Doki S., Okuma S. Sensorless control of permanent magnet synchronous motors using online parameter identification based on system identification theory // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2006. V. 53. N 2. P. 363–372. doi: 10.1109/TIE.2006.870875

16. Piippo A., Hinkkanen M., Luomi J. Adaptation of motor parameters in sensorless PMSM drives // IEEE Transactions on Industry Applications. 2009. V. 45. N 1. P. 203–212. doi: 10.1109/TIA.2008.2009614

17. Hinkkanen M., Tuovinen T., Harnefors L., Luomi J. A combined position and stator-resistance observer for salient PMSM drives: design and stability analysis // IEEE Transactions on Power Electronics. 2012. V. 27. N 2. P. 601–609. doi: 10.1109/TPEL.2011.2118232

Информация 2001-2021 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Характеристики синхронного двигателя с постоянными магнитами

Характерной особенностью синхронных микродвигателей (СМД)является постоянство частоты вращения при неизменной частоте питающейсети и колебаниях момента нагрузки на валу и напряжения сети вопределенных пределах, поскольку

Статор СМД по конструкции очень похож на статор обычной машины переменного тока, т.е. состоит из сердечника и трех- или двухфазной обмотки, создающей вращающееся магнитное поле. Однако в отличие от машин средней и большой мощности СМД практически никогда не выполняются с обмоткой возбуждения на роторе. В зависимости от конструкции ротора они бывают: с постоянными магнитами, реактивные, гистерезисные.

§ 3.1. Синхронные микродвигатели с постоянными магнитами

По способу пуска эти двигатели делятся: 1) на самозапускающиеся двигатели; 2) двигатели с асинхронным пуском.

Самозапускающиеся двигатели выполняются на небольшие мощности (обычно доли ватта) и низкие частоты вращения (не более 400 об/мин). Они рассчитываются на работу от однофазной сети переменного тока. Их магнитное поле либо пульсирует, либо имеет резко выраженный эллиптический характер. Пуск этих двигателей происходит за полпериода изменения тока за счет всегда существующего в синхронных двигателях пульсирующего момента. Нагрузка должна быть малоинерционной. В противном случае они пускаются в холостую а затем нагружаются. Для пуска используются различные устройства, обеспечивающие вращение двигателя в заданном направлении.

Обычно они выполняются плоскими – имеющими сравнительно большой диаметр и малую длину. Их обмотка возбуждения имеет вид кольца, а магнитная цепь статора — клювообразные полюса. КПД таких двигателей невелик – 3÷5 % и менее.

Синхронные микродвигатели с асинхронным пуском имеют на роторе короткозамкнутую обмотку типа «беличьей клетки», которая выполняется в полюсных наконечниках. Эта обмотка во время пуска участвует в создании асинхронного момента и разгоняет двигатель до скорости, близкой к синхронной. В синхронном режиме она демпфирует колебания ротора при резких изменениях нагрузки.

Читать еще:  Что повышает мощность двигателя четырехтактного

СМД с постоянными магнитами и асинхронным пуском изготавливаются в двух исполнениях: с радиальным расположением постоянных магнитов (рис. 3.1,а); с аксиальным расположением постоянных магнитов (рис. 3.1,б).

В электромагнитном отношении более совершенны двигатели первого исполнения. Второе применяется в тех случаях, когда есть ограничения по внешнему диаметру.

Уравнение ЭДС и момент двигателя в синхронном режиме. Из общего курса электрических машин известно несколько форм уравнения напряжения синхронного двигателя с явновыраженными возбужденными полюсами, например такая:

(3.1)

Рис. 3.1. Синхронные микродвигатели с постоянными магнитами на роторе с радиальным (а) и аксиальным (б) расположением магнитов. 1 – постоянный магнит; 2 – сердечник из электротехнической стали; 3 – стержни пусковой обмотки; 4 – короткозамыкающие кольца.

где: — ЭДС, индуцированная в статоре полем ротора; d , q — ток статора по осям d и q; xd, xq — синхронные индуктивные сопротивления статора по продольной и поперечной осям; r1 — активное сопротивление статора.

Уравнению (3.1) соответствует векторная диаграмма нарис. 3.2. Из диаграммы можно вывести выражения токов Idи Iq

Рис. 3.2. Векторная диаграмма СМД.

где — степень возбужденности ротора.

Полный ток статора

Если пренебречь активным сопротивлением статора (r1 = 0), формула момента

(3.2)

Вращающий момент двигателя является суммой двух моментов: электромагнитного М1, обусловленного взаимодействием полей статора и ротора и реактивного момента М2 , обусловленного неодинаковой проводимостью по продольной и поперечной осям.

Не учет активного сопротивления статора в микромашинах приводит к значительным количественным ошибкам. Вместе с тем его учет сильно усложняет математический анализ процессов, происходящих в машине /см. [1], формула(4.24)/. Однако и в этом случае формула момента похожа на (3.2)

(3.2′)

где: AЭ — амплитуда электромагнитного момента с учетом r1; Adq — амплитуда реактивного момента с учетом r1; αЭ, αdq — углы сдвига первой и второй составляющих момента; MТ — тормозной момент.

Рассматривая выражение (3.2′), приходим к выводу, что вращающий момент синхронного микродвигателя с учетом r1 , так же как и без учета r1, является суммой двух синусоид, только смещенных влево на углы αЭ и αdq и вниз на величину тормозного момента МТ.

Смещение синусоид влево (в сторону меньших углов) можно пояснить с помощью векторной диаграммы рис. 3.2, на которой пунктиром показан вектор напряжения, замыкающий диаграмму, и угол q при r1 = 0. Из диаграммы видно, что учет активного сопротивления приводит к уменьшению угла между векторами ЭДС и напряжения сети. Это дает основание утверждать, что момент наступает при меньшем угле. Смещение синусоид вниз объясняется потерями в обмотке статора, которые бы не учитывались при r1 = 0, следовательно, меньшей полезной мощностью, а значит и меньшим моментом двигателя.

Двигатели с радиальным расположением магнитов. Роль обмотки возбуждения здесь выполняет блок постоянных магнитов типа звездочки, на который напрессован кольцевой пакет из электротехнической стали. В пазах кольца располагается пусковая короткозамкнутая обмотка и имеются прорези, размеры которых выбираются из условия хорошего пуска и максимального использования энергии постоянных магнитов в синхронном режиме.

Свойства двигателя во многом зависят от того, насколько удачно выбраны размеры этих прорезей. В целях предохранения магнитов от размагничивания и увеличения асинхронного пускового момента прорези должны быть минимальными. Однако не следует забывать о том, что это приводит к росту потоков рассеяния и ухудшению свойств двигателя в синхронном режиме.

Особенностью двигателей радиальной конструкции является большое магнитное сопротивление по продольной оси по сравнению с сопротивлением по поперечной оси. Объясняется это низкой проводимостью постоянного магнита, по которому проходит поток продольной реакции якоря (проводимость магнита лишь раз в 10 больше проводимости воздуха, тогда как проводимость электротехнической стали в тысячи раз превышает ее).

Поток поперечной реакции якоря проходит по полюсным наконечникам из электротехнической стали и, естественно, встречает малое магнитное сопротивление. Поэтому в данных двигателях ld xq (б).

Положительными свойствами синхронных двигателей с постоянными магнитами являются: высокая стабильность скорости вращения в синхронном режиме, сравнительно высокие энергетические показатели (КПД и cosj), повышенная перегрузочная способность, большая удельная мощность (мощность на единицу массы), хорошая синфазность вращения, что часто требуется в групповых приводах. Недостатки – более высокая стоимость, меньший пусковой момент и больший пусковой ток по сравнению с аналогичными реактивными двигателями.

§ 3.2. Особенности пуска двигателей с постоянными магнитами

Подавляющее большинство синхронных микродвигателей пускается как асинхронные, для чего они снабжаются пусковой обмоткой. Однако в отличие от двигателей с электромагнитным возбуждением постоянные магниты на время пуска невозможно «отключить». Поэтому в процессе разгона поток постоянных магнитов индуцирует в обмотке статора ЭДС, под действием которой по обмотке через источник протекает ток (рис. 3.4). Этот ток, взаимодействуя с полем постоянного магнита, создает момент по своей природе аналогичный асинхронному моменту, развиваемому пусковой обмоткой. Однако этот момент является не движущим, а тормозящим.

Частота тока в пусковой обмотке пропорциональна скольжению (f2 = f1s), поэтому максимум асинхронного момента лежит в области малыхскольжений. Частота тока в обмотке статора от поля постоянных магнитов пропорциональна скорости ротора [n2 = n1(1-s)], поэтому максимум тормозного момента лежит в области малых значений n ,т.е. больших скольжений.

Тормозной момент образует провал в пусковой характеристике двигателя, тем самым создает опасность застревания его на малой скорости вращения (рис. 3.5). Понятно, что с этой точки зрения надо бы иметь небольшой поток постоянного магнита, т.е. небольшую ЭДС Е, хотя винтересах работы в синхронном режиме должно быть наоборот. Оптимальноеотношение Е/U для двигателей мощностью 10 -120 Вт при f = 50 Гц,p = 2лежит в пределах 0,5 — 0,8.

Задача 3.1. Построить угловую характеристику синхронного микродвигателя радиальной конструкции при r1 = 0, m = 2, U=220 В, Е = 185 В, n = 3000 об/мин, xd = 35 Ом, xq = 46 Ом и аксиальной конструкции при r1 = 0, тех же значениях m, U, E, n1 , но xd = xq = 37 Ом.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector