Высокоскоростной синхронный привод с импульсным регулированием возбуждения для сканеров

Высокоскоростной синхронный привод с импульсным регулированием возбуждения для сканеров

В.Б. Никаноров,

к.т.н., доцент

Синхронный привод на базе гистерезисных электродвигателей может найти применение для привода вращающихся сканеров.

Гистерезисный электропривод получил широкое распространение в приборных инерционных системах, в качестве группового привода в атомной и текстильной промышленности [1, 2]. Гистерезисные двигатели обладают одновременно асинхронными и синхронными свойствами, имеют пусковой момент в отличие от двигателей с постоянными магнитами, могут вращаться синхронно с высокой стабильностью (до 0,01%), определяемой только точностью поддержания частоты источника питания. Синхронный гистерезисный привод обладает и рядом других полезных свойств: бесконтактностью, простотой и прочностью конструкции ротора, малой инерционностью, малой кратностью (1,11,5) изменения тока при пуске. Малый коэффициент мощности этого привода удается повысить при использовании хорошо разработанных [1] методов регулировании возбуждения.

Принципиальной особенностью гистерезисного двигателя [1, 2], связанной непосредственно с физикой его работы, является единый по природе электромагнитный момент в асинхронном и синхронном режимах. Гистерезисный привод имеет избыточный момент при любой частоте вращения, в том числе и при подсинхронной, что позволяет вводить в синхронизм рабочий механизм с любым моментом инерции, что трудно обеспечить в других типах синхронных приводов. Поэтому предпочтительная область применения синхронного гистерезисного привода - инерционный привод.

69

Величина электромагнитного момента М и тока I (по отношению к пусковым) в асинхронном режиме мало зависят от частоты вращения. Поэтому при аварийном останове ротора гистерезисный двигатель, в отличие от асинхронного, не сгорит. В синхронном режиме с изменением нагрузки на валу частота вращения в определенном диапазоне изменения момента остается постоянной. Коэффициент полезного действия -л и коэффициент мощности (cosp) в синхронном режиме существенно зависят от степени возбуждения (степени намагниченности ротора), которая характеризуется отношением эдс холостого хода Ео (пропорциональная намагниченности ротора) к напряжению питания U : s = Ео/и

При регулировании возбуждения в синхронном гистерезисном приводе удается обеспечить высокие энергетические показатели, не уступающие показателям асинхронного привода и синхронного привода с постоянными магнитами.

При управлении степени возбуждения синхронного гистерезисного привода решаются следующие задачи [1, 2]:

- улучшения энергетических характеристик и их стабилизация, что наиболее важно для привода средней мощности;

- регулирования частоты вращения в заданном диапазоне.

При решении этих задач регулирование осуществляется путем изменения уровня и фазы намагниченности ротора. Наибольшее применение нашел импульсный способ регулирования [1].

Импульсное регулирование возбуждения состоит в создании (по цепям статора) импульсов намагничивающего тока. Формируются импульсы намагничивания с амплитудой U, составляющей 1-2,5 амплитуды основного напряжения питания, длительностью f, равной 5-20% периода основной частоты, частотой следования - 2-10% основной частоты, обычно не более 30 Гц [1, 2]. Мощность, затрачиваемая на периодическое импульсное подмагничивание ротора, не велика и не превышает 5% полезной мощности привода.

Импульсное регулирование возбуждения позволяет существенно повысить динамические параметры синхронного привода: уменьшить малые качания ротора, снизить фазовые погрешности привода, что делает этот привод конкурентоспособным для высокоточных вращающихся сканеров.

Наиболее просты в реализации схемы широтно-импульсного намагничивания, не имеющие регуляторов напряжения и коммутирующих элементов в силовых цепях инверторов. В качестве импульсного источника используют обычно зарядно-разрядные конденсаторные устройства [1].

Частотное регулирование синхронного гистерезисного привода используется для расширения диапазона регулирования частоты

70

вращения. В отличие от асинхронного привода и синхронного привода с постоянными магнитами гистерезисный привод позволяет обеспечить высокий уровень энергетических характеристик при изменении момента нагрузки в широких пределах. Это достигается путем регулирования уровня возбуждения.

Все элементы управления реализуются в виде аналоговых или цифровых плат сбора, обработки информации и управления, сопрягаемых с ЭВМ. Система автоматизированных испытаний может быть создана с использованием промышленных контроллеров, построенных на открытых стандартах.

Система комплектуется, например, из серийно выпускаемых аппаратно-программных компонентов ThinklO фирмы Kontron [3].

Библиографический список

1. ДелекторскийБ.А. Управляемый гистерезисный привод / Б.А. Делекторский, В.Н. Тарасов. - М. : Энергоатомиздат, 1983. - 128 с.

2. Делекторский Б.А. Высокоскоростной вращающийся сканер / Б.А. Делекторский, В.Б. Никаноров // Вестник МГУП. - 2010. -№ 8. - С. 56-76.

3. Курт Бланш. Система стандартизации на рынке встраиваемых систем / Курт Бланш // Мир компьютерной автоматизации встраиваемых компьютерных технологий. - 2009. - № 3.

71