CC BY
49
УДК 621.313.175.32
Е.Е. Зинченко, В.Б. Финкельшгейн
Рис. 1. Схема коммутатора Миллера
СРАВНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ВЕНТИЛЬНОГО РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ЕГО ПИТАНИИ ОТ КОММУТАТОРОВ ПО СХЕМАМ МИЛЛЕРА И АСИММЕТРИЧНОГО МОСТА
Найширше застосовуються у вентильних реактивних двигунах комутатори по схемах Міллера і асиметричного моста. Приведені порівняльні характеристики вентильногореактивного двигуна що живиться від вказаних комутаторів
Наиболее широко применяются в вентильныхреактивных двигателях коммутаторы по схемам Миллера и асимметричного моста. Приведены сравнительные характеристики вентильного реактивного двигателя питающегося от указанных коммутаторов.
Постановка задачи. В настоящее время все чаще в различных машинах и механизмах применяются вентильные реактивные двигатели. При проектировании этих двигателей осуществляется выбор схемы коммутатора, который зависит от условий работы и требований технического задания. Наиболее часто применяются коммутаторы по схемам Миллера и асимметричного моста. Для принятия решения в части того, какую из указанных схем применить, необходимо иметь сравнительные характеристики вентильного реактивного двигателя при питании его от коммутаторов по указанным схемам.
Анализ последних достижений и публикаций.
Существующие схемы коммутаторов рассмотрены Миллером [1], но при этом не приводятся характеристики двигателя при его питании от каждого из описанных коммутаторов.
Цель работы. Целью работы является сравнительный анализ характеристик вентильного реактивного двигателя при его питании от коммутаторов по схемам Миллера и асимметричного моста для возможности осуществления правильного выбора коммутатора при проектировании в зависимости от требований технического задания.
Изложение материала исследования. Питание ВРД от коммутатора по схеме Миллера. При включении транзисторов УТ1 и УТ2 напряжение подводится к фазе 1 (рис. 1). При наличии ограничения по току, в случае если ток превышает граничное значение, с микропроцессора поступает сигнал на отключение транзистора УТ1. После отключения транзистора УТ1 обмотка закорачивается транзистором УТ2 и диодом У02. Ток в закороченной обмотке начинает медленно уменьшаться. Как только значение тока становится меньше граничного, заранее установленного микропроцессор выдает сигнал на включение транзистора УТ1 и обмотка снова подключается к источнику питания. Этим самым осуществляется модуляция импульсами переменной ширины.
Характер изменения напряжения на обмотке представлен на осциллограмме (рис. 2.). Когда угол поворота ротора С, достигнет значения угла отключения оба транзистора УТ1 и УТ2 отключатся, прак-
тически одновременно и обмотка окажется в проти-вовключении через диоды УЭ1 и УЭ2. Но, к сожалению, в противовключенном состоянии обмотка пребывает не долго.
Рис. 2. Осциллограмма напряжения на обмотке двигателя питающегося от коммутатора Миллера с ограничением по току (один межстрочный интервал - 76 В) при величине угла отключения у0щ, превышающем 90 эл. град
В коммутаторе Миллера транзистор УТ1 является общим для двух фаз первой и третей. Последняя включается через 180 (у0Пз) электрических градусов с момента включения первой фазы. Предполагается, что за время поворота ротора на указанный угол ток в первой фазе будет равен нулю. Из того, что на естественной характеристике зависимость потока от угла поворота ротора представляет собой равнобедренный треугольник можно заключить, что ток при повороте ротора на 180 электрических градусов достигнет нулевого значения только в том случае, если угол отключения (противовключения) будет не более 90 электрических градусов. Но при длительности включения превышающей 90 электрических градусов при повороте ротора на угол равный 180 электрическим градусам ток не достигает нулевого значения. Но в этот момент для включения третей фазы включаются транзисторы УТ1 и УТ3, в результате чего первая фа-
за оказывается закороченной через транзистор УТ1 и диод "У01 и напряжение на ней становится равным нулю (рис. 2). Это приводит к замедленному спаданию тока, ранее не затухшего до нуля (рис. 5), практически неизменной величине потокосцепления (рис. 3, рис. 4,6), созданию тормозного момента (рис. 4, а) и ухудшению энергетических показателей, относительно показателей при питании двигателя от коммутатора по схеме асимметричного моста.
Рис. 3. Осциллограмма потокосцепления, снятая с дополнительного витка на зубце статора через интегрирующую ЯС цепочку, у0Й1 = 120 эл. град.
(1 межстрочный интервал - 0,04 Вб)
Когда третья фаза по истечении времени её прямого включения переходит в режим противовключе-ния и транзисторы УТ1, УТ2 и УТ3 заперты, в режиме противовключения также оказывается и первая фаза (рис. 2, отрицательное напряжение перед включением первой фазы).
360 эл.град б
Рис. 4. Расчетные зависимости изменения момента (а) и потокосцеплений (б) 1-ой (сплошная линия) и 3-ей (пунктирная линия) фаз двигателя при питании его от коммутатора по схеме Миллера с ограничением по току с углом отключения 120 эл. град
Рис. 5. Осциллограмма тока в обмотке фазы двигателя при питании его от коммутатора по схеме Миллера с ограничением по току
При питании вентильного реактивного двигателя от коммутатора по схеме асимметричного моста (рис. 6) коммутация каждой фазы не связана с остальными фазами. Благодаря этому в противовключении обмотка находится до тех пор, пока не достигается нулевое значение тока (рис. 7).
Рис. 6. Коммутатор по схеме асимметричного моста
Рис. 7. Осциллограмма напряжения на обмотке двигателя питающегося от коммутатора по схеме асимметричного моста с ограничением по току (один межстрочный интервал - 76 В)
До нового включения ток в обмотке отсутствует (рис. 8) и тормозной момент не создается.
Указанные факторы обусловливают возможность увеличения мощности и снижения действующего значения тока при питании двигателя от коммутатора по схеме асимметричного моста по сравнению с его мощностью и действующим значением тока при питании от коммутатора по схеме Миллера. Сравнительные данные при частоте вращения 6000 об/мин по мощности при различных величинах угла отключения по указанным двум схемам коммутаторов приведены на рис. 9.
Рис. 8. Осциллограмма тока в обмотке двигателя питающегося от коммутатора по схеме асимметричного моста с ограничением по току
Р. Вт4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200
\
\
\
90
102
1 14 126 138 150 V off ЭЛ.Град
Рис. 9. Зависимость полезной мощности от угла отключения для вентильного реактивного двигателя, питающегося от коммутатора по схеме Миллера (штрихпунктирная кривая) и от коммутатора по схеме асимметричного моста (сплошная кривая)
Максимальная мощность вентильного реактивного двигателя, питающегося от коммутатора Миллера достигается при величине угла отключения 100-105 электрических градусов и составляет 3166 Вт. Максимальная мощность вентильного реактивного двигателя, питающегося от коммутатора по схеме асимметричного моста достигается при величине угла отключения 135 электрических градусов и составляет 3810 Вт, что на 20,3 % больше максимальной мощности достигаемой при питании двигателя от коммутатора Миллера. Отличие в действующих значениях тока при этом составляет 15,6 %.
Увеличение мощности вентильного реактивного двигателя, питающегося от коммутатора по схеме асимметричного моста достигается за счет того, что средняя величина момента в этом случае на указанный процент больше чем величина момента при питании от коммутатора по схеме Миллера (рис. 10). Кроме того, при питании от коммутатора по схеме Миллера в интервале углов поворота ротора 225-300 электрических градусов имеет место тормозной момент. При питании вентильного реактивного двигателя от коммутатора по схеме асимметричного моста тормоз -ной момент практически отсутствует.
М, Нм 1 4 1.2 1
0.8
0.6
0.4
0.2
О
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
-1
-1.2
-1.4
1
\
\ \
" ’"
0 45 90 135 180 225 270 315 ЗбОЭЛ.Град.
Рис. 1Q. Зависимость момента от угла поворота ротора вентильного реактивного двигателя при максимальной достигаемой мощности, питающегося от коммутатора по схеме Миллера (штрихпунктирная кривая) и от коммутатора по схеме асимметричного моста (сплошная кривая)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ При питании вентильного реактивного двигателя от коммутатора по схеме асимметричного моста его мощность на 2Q % больше мощности двигателя при питании его от коммутатора по схеме Миллера.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. TJE. Miller. Switched reluctance motors and their control. I TJE. Miller Magna Physics Publishing and Clarendon Press. Oxford, 1993. - 194 c.
Поступила 24.11.2011
Зинченко Елена Евгеньевна
Украинская государственная академия
железнодорожного транспорта
кафедра электротехники и электрических машин
61Q5Q, Харьков, пл. Фейербаха, 7
тел. (Q57) 73Q1996, e-mail: [email protected]
Финкельштейн Владимир Борисович, д.т.н., проф. Харьковская национальная академия городского хозяйства
кафедра теоретической и общей электротехники
61QQ2, Харьков, ул. Революции, 12
тел. (Q57) 731-95-2S, e-mail: [email protected]
Zinchenko E.E., Finkelshein V.B.
Performance analysis of a switched reluctance motor fed through an asymmetric half-bridge converter and a Millers bridge converter.
The paper investigates performance of switched reluctance motors which employ asymmetric half bridge converters and Millers bridge converters. Comparison characteristics of a switched reluctance motor fed through the mentioned converters are presented.
Key words - switched reluctance motor, converter, design of experiments.
