Лужнев А.И.,Мнускин Ю.В.
Современное состояние электромеханики характеризуется постепенным переходом от нерегулируемого электропривода к регулируемому. Перспективным в этом направлении является бесколлекторный электропривод постоянного тока с вентильными реактивными двигателями (ВРД), которые обладают повышенной надежностью электромеханического преобразователя (ЭМП) при более высоких или не уступающих технико-экономических характеристиках по сравнению с другими типами электрических машин.
Принцип действия ВРД основан на использовании реактивного вращающего момента, а коммутация фаз статора обеспечивается управляемыми полупроводниковыми ключами (вентилями).
Принцип действия ВРД основан на использовании реактивного вращающего момента, а коммутация фаз статора обеспечивается управляемыми полупроводниковыми ключами (вентилями).
ВРД состоит из ЭМП, силового полупроводникового преобразователя (СПП), интеллектуального устройства управления (УУ) и датчика положения ротора (ДПР) (рисунок 1). Питание ВРД обеспечивается от источника постоянного напряжения. Но двигатель имеет перспективу применения при различных условиях питания. В данной работе поставлена задача разработки схемы питания ВРД от сети переменного тока и исследования особенностей его работы при таком питании. В качестве такой предложена схема питания ВРД от трехфазного выпрямителя (В). По сути мы получаем схему преобразователя частоты, в которой напряжение сети выпрямляется, а затем инвертируется управляемым СПП ВРД.
Отличием такой схемы является применение емкостного буфера энергии, создающего емкостный характер нагрузки выпрямителя. С учетом условий питания необходимо исследование особенностей работы ВРД и определение управляющих воздействий для формирования требуемых характеристик двигателя.
Для исследования создана математическая модель неуправляемого трехфазного выпрямителя и модель ВРД в среде MathCad. Обязательным условием моделирования интеллектуального ВРД является комплексное рассмотрение всех узлов двигателя как единого целого устройства, со всей совокупностью взаимосвязей между его составляющими. Это свойство обусловлено неразрывностью и функциональным единством, достаточно сложным взаимным влиянием процессов в различных частях интеллектуального ВРД друг на друга.
В модели выпрямителя питающая сеть представлена тремя источниками фазного синусоидального напряжения и тремя активными сопротивлениями фаз. Реальная ВАХ диодов заменена кусочно-линейной аппроксимацией. В открытом состоянии диод представлен линейным сопротивлением, участок снижения потенциального барьера учитывается введением дополнительной ЭДС. Не учитывается разброс характеристик диодов. В закрытом состоянии диод представлен обратным сопротивлением. Буфер энергии представлен параллельно подключенным активным сопротивлением и ёмкостью. ЭМП ВРД является наиболее сложным для математического моделирования узлом, в котором происходит преобразование энергии из электромагнитной в механическую, при этом адекватность полученной модели существенно зависит от принятых допущений. В модели ВРД уравнение электрической цепи, описывающее взаимодействие фаз обмотки двигателя и элементов СПП, составлено с учетом дифференциальной индуктивности. Такая математическая модель обеспечивает лучшее приближение к описанию реальных процессов в ВРД. При последовательной коммутации фаз, а также в случае одновременного возбуждения двух фаз принимается допущение, что моменты этих фаз суммируются, т.е. действует принцип наложения. При рассмотрении реального взаимодействия двух фаз необходимо учитывать наличие межфазных магнитных связей, что существенно усложняет математическую модель. Поэтому будем считать, что фазы ВРД не оказывают магнитного влияния друг на друга. При определении мгновенного момента принимается допущение, что этот момент равен статическому моменту фазы при тех же условиях. Современный СПП выполнен на IGBT-транзисторах, которые используются с достаточным запасом по динамическим свойствам. Поэтому, несмотря на сложность принципиальной схемы, преобразователь может рассматриваться упрощенно, без учета переходных процессов переключения полупроводниковых ключей. Моделирование СПП связано с численным решением дифференциального уравнения электрической цепи, образованной фазами обмотки ВРД и цепями СПП и выпрямителя с учетом режима коммутации.