Характеристики бесщеточных микродвигателей постоянного тока с мостовым коммутатором при соединении обмоток в звезду и треугольник

Том 212

1971

ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕСЩЕТОЧНЫХ МИКРОДВИГАТЕЛЕЙ

ПОСТОЯННОГО ТОКА С МОСТОВЫМ КОММУТАТОРОМ ПРИ СОЕДИНЕНИИ ОБМОТОК В ЗВЕЗДУ И ТРЕУГОЛЬНИК

Е. Т. Дикий, Г. А. Пархоменко

(Представлена научным семинаром кафедр электрических машин

и общей электротехники)

Бурное развитие полупроводниковой техники и автоматики позволяет в настоящее время заменить в микродвигателях постоянного тока ще-точно-коллекторный узел бесконтактным полупроводниковым коммутатором. Указанная замена позволяет не только сохранить все преимущества микродвигателей постоянного тока по сравнению с микродвигателями переменного тока, но и придать им главное преимущество двигателей переменного тока — бесконтактность, которая является одним из основных факторов в определении надежности и ресурса микродвигателей, увеличение веса и габаритов бесщеточных микродвигателей по сравнению с коллекторными машинами постоянного тока имеет временный характер. Быстрое развитие микроэлектроники — достижения в микромодульной технике и пленочной электронике, создание твердых схем и, наконец, функциональных твердых схем—позволит в недалеком будущем выполнять коммутаторы, размеры которых будут приближаться к размерам щеточно-коллекторного аппарата.

В настоящее время разрабатываются и исследуются различные варианты бесщеточных микродвигателей постоянного тока, отличающиеся схемным решением полупроводникового коммутатора, конструктивным выполнением датчика положения ротора и самого микродвигателя.

Бесконтактный микродвигатель рассматривается как конструктивное объединение синхронного двигателя с инвертором, у которого частота выходного напряжения определяется скоростью вращения ротора двигателя. Этим методом наиболее удобно провести анализ работы трехфазного микродвигателя постоянного тока с мостовым коммутатором при соединении обмоток двигателя в звезду и треугольник, как показано на рис. 1.

В настоящей статье проводится сравнение характеристик трехфазных бесщеточных микродвигателей постоянного тока с соединением обмоток в треугольник и звезду. Это вызвано тем, что в последнее времч при разработке бесщеточных микродвигателей указанного типа имеются расхождения по этому вопросу.

Рис. 1 .

Рассматриваемый бесщеточный трехфазный микродвигатель постоянного тока имеет три обмотки, размещенные в пазах статора, оси которых смещены в пространстве на 120 электрических градусов. Обмотки коммутируются полупроводниковым коммутатором по сигналам датчика положения ротора трансформаторного типа [1]. Магнит ротора выполнен из сплава ЮНДК-35Т5 в виде четырехполюсной звездочки. Формы фазного напряжения, подводимого к обмоткам двигателя для случая соединения в треугольник и звезду, показаны на рис. 2 [2].

Рис. 2

Разложение б гармонический ряд Фурье кривых напряжения показывает, что они не содержат высших гармонических, кратных трем [3]. При соединении фаз микродвигателя в треугольник гармонические, кратные трем, совпадают по фазе и образуют замкнутую систему токов, которые создают дополнительные потери. Таким образом, если предположить, что магнитное поле в зазоре машины, создаваемое магнитом ротора, имеет синусоидальную форму, то схемы соединения фаз в треугольник и звезду для рассматриваемого двигателя равноценны. То есть, если к фазам двигателя, соединенным в треугольник или звезду, будет подведено одинаковое фазное напряжение первой гармонической, то механические и энергетические характеристики двигателя должны быть одинаковыми. Из сказанного следует, механические и энергетические характеристики бесщеточного микродвигателя не должны изменяться при пересоединении схемы обмотки с треугольника на звезду, и наоборот, если одновременно с эгим увеличить или уменьшить, соответственно, напряжение питания двигателя в УЗ раз. Однако на практике магнитное поле в зазоре машины имеет не синусоидальную форму, а уплощенную.

Для получения синусоидальной формы поля необходимо выполнять неравномерный зазор под полюсами магнита ротора, что связано с технологическими трудностями при обработке магнитов.

Разложение в гармонический ряд кривой магнитного поля и экспериментальные исследования показывают, что в ней содержатся высшие гармонические, кратные трем. Высшие гармонические магнитного поля, кратные трем, индуктируют в обмотках двигателя соответствующие эдс, которые при соединении в треугольник образуют замкнутую систему токов. Однако в рассматриваемых машинах уровень гармонических, кратных трем, не велик и по сравнению с первой гармонической составляет несколько процентов. Из них заметное влияние оказывает только третья гармоническая магнитного поля. Учитывая вышеизложенное, в рассматриваемых микродвигателях схема соединения обмоток в звезду имеет некоторые преимущества по энергетике по сравнению со схемой соединения в треугольник.

Для практической проверки характеристик бесщеточного микродвигателя постоянного тока был изготовлен макет двигателя мощностью 8 вт и сняты характеристики при схемах соединения фаз в треугольник и звезду при различных напряжениях и одинаковых нагрузках.

Коэффициент полюсного перекрытия магнита ротора в изготовленном образце равен 0,65. Уровень третьей гармонической магнитного поля в зазоре машины по отношению к основной составил 5,2%.

Результаты испытаний макетного образца сведены в табл. 1. В таблице приведены результаты испытаний характеристик микродвигателя с обмоточными данными на напряжения 27 в и 15,6 в, соответственно, для соединения в звезду и треугольник. В таблице приведены результаты испытаний того же двигателя, но с другими обмоточными данными на напряжения 27 и 46,5 в при одинаковом коэффициенте заполнения пазов статора обмоточной медью.

Результаты испытаний макетного образца подтверждают правильность обоснований, изложенных выше, и позволяют сделать следующие выводы:

Характеристики бесщеточных микродвигателей постоянного той& с мостовым при соединении обмоток в звезду и треугольник

Наимен. велич. Соединение обмоток К Соединение обмоток А

и=ь 27 27/^3= 1'5,6

М гсм 0 40 80 160 200 240 2$0 320 0 40 80 -1:20 160 200 240 280 320

I- ма 100 150 200 200 320 365 420 480 532 176 262 360 453 560 642 736 835 935

п об/мин 3900 3750 3&50 3500 3400 3260 3140 3000 2880 3900 3750 3620 3450 3350 3220 3080 2920 2770

>1 1 % — 38 55,6 61,8 64,6 68 68,6 67 65,6 — 37,8 53 60,2 63 66 66,2 64,5 62,

Тот же двигатель, но с измененными обмоточными данными

и-ь

27-"]/3=46,5

27

М гсм 0 40 80 120 160 200 240 280 320 0 40 80 120 160 200 240 280 320

I =ма 60 86 120 152 186 225 254 '285 320 120 170 230 285 340 395 455 515 575

п об ¡мин 3850 3700 3550 3450 3350 3250 3140 3050 2940 3900 3800 3700 3600 3420 3300 3200 3100 3000

Л % —- 38 52,3 60 63,5 65,6 65,7 65 64,7 — 34 49 57,8 61,2 63,6 64 64 63,6

1. В бесщеточных трехфазных микродвигателях постоянного тока с мостовым коммутатором схемы соединений фаз обмотки в звезду и треугольник при отсутствии третьей гармонической кривой поля магнита ротора практически равноценны.

2. Наличие третьей гармонической кривой магнитного поля в зазоре машины несколько ухудшает энергетику микродвигателя при соединении обмоток в треугольник.

ЛИТЕРАТУРА

1. Э. А. Лодочников, В. Г. Шеминов, Г. А. Пархоменко и др. Серия микрозлектроприводов типа МБ. «Электротехника», 1966, № 2,

2. В. В. Цоканов, О. А. Ко с со в. Бесколлекторный электропривод постоянного тока. «Электричество», 1963, № 1.

3. Г. А. Пархоменк о. Токи в бесщеточном микроэлектродвигателе постоянного тока. Сборник трудов института электродинамики АН УССР. «Наукова думка», 1966.

4. И. Е. Овчиников, Н. И. Лебедев. Бесконтактные двигатели постоянного тока автоматических устройств. «Наука», 1966.