Характеристики двигателя SR
Двигатель Switched Reluctance (SR) сильно отличается от других многофазных машин, описанных, поскольку и статор, и ротор имеют выступающие полюса. Двигатель может использоваться только в сочетании с его конкретным преобразователем питания и управлением, и, следовательно, важны только общие характеристики.
Характеристики и принципы работы двигателя с включенным сопротивлением (SR) (фото: machinedesign.com)
Двигатель SR производит крутящий момент через магнитное притяжение, которое возникает между электромагнитами статора и соответствующим набором выступающих полюсов, сформированных на простом роторе, выполненном только из ферромагнитного материала.
Интуитивно прямолинейный принцип производства крутящего момента легко визуализируется в очень простом двигателе сопротивления, показанном в поперечном сечении на рисунке 1.
Рисунок 1 - Простой двигатель сопротивления
Если ток подается на обмотку, ротор будет поворачиваться до тех пор, пока он не достигнет положения, где он будет выровнен с катушками, и в этом случае индуктивность магнитной цепи будет минимальной. Характерное изменение индуктивности электродвигателя SR показано на рисунке 2.
Рисунок 2 - Изменение индуктивности с углом ротора
Если машина слегка магнитно загружена и создается умеренный крутящий момент, то сталь, из которой изготовлены ротор и статор, будет вести себя магнитно приблизительно линейно.
То есть при заданном числе витков на обмотках магнитный поток фазы изменяется примерно пропорционально фазовому току. Если предположить линейность, то можно показать, что вращающий момент, возникающий в зависимости от угла θ, равен:
T = (i 2 (dL / dθ)) / 2
Уравнение выше показывает, что крутящий момент не зависит от направления тока, но зависит от того, применяется ли ток, когда индуктивность L поднимается или падает с угловым положением.
Фазные токи всегда переключаются синхронно с механическим положением ротора. На низких скоростях фазы возбуждаются во всей области повышения индуктивности, и от контроллера требуется ограничение активного тока. Крутящий момент регулируется путем регулировки величины фазного тока.
Двигатель SR - Покомпонентное изображение
По мере увеличения скорости времена нарастания и спада (особенно последние) фазного тока занимают значительный угол ротора, и обычно необходимо продвигать углы включения и выключения относительно положения ротора. Крутящий момент теперь контролируется как предельным уровнем тока, так и углами переключения, хотя ток обычно используется в качестве основной управляющей переменной. На высоких скоростях время нарастания и спада занимает еще большие углы ротора.
Текущий естественный самоограничивается, и обычно контролировать крутящий момент, используя только углы переключения. На форму формы волны в значительной степени влияет высокая скорость изменения индуктивности по времени.
Выбирая подходящие углы переключения и уровни тока вместе с соответствующей электромагнитной конструкцией, характеристика крутящего момента для переключаемого двигателя с сопротивлением может быть адаптирована в соответствии с приложением. Кроме того, просто путем изменения выбора параметров управления с крутящим моментом и скоростью, данная конструкция машины может быть сделана, чтобы предлагать различные характеристики.
Рисунок 3 - Сечение трехфазного двигателя 6-4 SR
Простая однофазная машина на рисунке 1 способна производить крутящий момент только в половине своего электрического цикла. Более требовательные приложения используют более высокие номера полюсов на роторе и статоре, при этом полюса статора наматываются и соединяются на несколько одинаковых фаз. На рисунке 3 показано поперечное сечение трехфазной машины 6-4, диаметрально противоположные катушки соединены вместе для формирования трехфазных схем, обозначенных A, B и C.
Возбуждение фаз чередуется одинаково на протяжении всего электрического периода машины. Это означает, что крутящий момент требуемой полярности может производиться непрерывно. Теоретически число фаз может быть неограничено увеличено, но для коммерческих и промышленных применений наиболее распространены от одной до четырех фаз.
Возможны много разных комбинаций полюсов. Иногда полезно использовать более одной пары полюсов статора на фазу, так что, например, 12-8-полюсная структура обычно используется для трехфазных применений. Каждая фазовая цепь затем включает четыре катушки статора, соединенные и соединенные друг с другом. Увеличение номера фазы дает преимущество более плавного крутящего момента.
Самозапуск в любом направлении требует не менее трех фаз.
Применение и преимущества
Эти переключаемые электродвигатели с сопротивлением обнаруживают применение в высокопроизводительных приборах и некоторых промышленных приложениях, которые могут хорошо использовать их характеристики, особенно высокий пусковой момент и где меньшее значение придается плавности вращения.
Значительные успехи были достигнуты в улучшении шумовых характеристик этого привода, но это все еще может быть ограничивающим фактором, когда требуется широкий диапазон рабочих скоростей.
Применяемое приложение для двигателя с сопротивлением (фото кредит: engineering.zhaw.ch)
Переключаемый люк с двигателем спереди (фото кредит: engineering.zhaw.ch)
Ссылка: Справочник инженера по электротехнике Newnes - DF Warne (Купить бумажную копию из Amazon)