Классификация электромеханических систем

Разделение всей совокупности ЭМС на некоторые подмножества производится на основе определенных классификационных признаков. По функциональному признаку ЭМС были разделены на три группы:

· электроэнергетические установки — источники электроэнергии;

· системы электропривода;

· двигатель-генераторные системы.

По типу основного системообразующего элемента, в качестве которого естественно рассматривать ЭМП, различаются ЭМС, выполненные на базе электрических машин постоянного тока, синхронных и асинхронных электрических машин переменного тока, электрических машин двойного питания и пр.

В свою очередь, по способу управления ЭМП можно разделить на одноканальные и двухканальные.

К одноканальным ЭМП относятся электрические машины постоянного и переменного тока, магнитный поток возбуждения которых создается с помощью постоянных магнитов. Эти машины называются магнитоэлектрическими. К этому же классу относятся асинхронные электрические машины с короткозамкнутой обмоткой на роторе или не имеющие обмотки на роторе и гистерезисные машины. Регулирование магнитного потока в перечисленных ЭМП производится по основному (и единственному) каналу передачи энергии, что и определило их название.

К двухканальным ЭМП относятся электрические машины, магнитный поток возбуждения которых можно регулировать посредством дополнительной подсистемы электромагнитного или смешанного типа, а также машины двойного питания, в которых поток возбуждения создается многофазной обмоткой, расположенной на статоре или роторе.

По конструктивному признаку электрические машины разделяются на бесконтактные машины и машины с щеточными контактами. Одноканальные электрические машины, кроме машин постоянного тока, являются бесконтактными, а двухканальные могут быть выполнены как контактными, так и бесконтактными. Однако, бесконтактность в данном случае достигается за счет усложнения конструкции и ухудшения массогабаритных и функциональных показателей в динамических режимах работы.

По роду тока ЭМС делятся на системы постоянного и переменного тока, а также системы смешанного типа. Системы переменного тока могут быть как однофазными, так и многофазными, в частности, трехфазными. К системам смешанного типа относятся электромеханические источники вторичного электропитания, преобразующие электрическую энергию тока одного рода в другой.

Вентильные электромеханические системы характеризуются наличием и участием в процессе преобразования энергии как электромеханических, так и полупроводниковых (вентильных) преобразователей, использование которых обеспечивает ЭМС не только бесконтактность при более простой конструкции электрической машины, но и управляемость, т. е. возможность формирования заданных статических и динамических характеристик в различных режимах работы.

Типичными представителями вентильных ЭМС являются вентильные генераторы и вентильные двигатели.

Вентильным генератором (ВГ) называют электромеханическую систему, предназначенную для питания потребителей постоянным током, в котором переменное напряжение синхронного генератора преобразуется в постоянное с помощью полупроводникового выпрямителя. Вентильный генератор является аналогом коллекторного генератора постоянного тока, в котором преобразование напряжения происходит с помощью щеточно-коллекторного узла. Полупроводниковый выпрямитель ВГ таким образом обеспечивает бесконтактность, а при использовании управляемого выпрямителя появляется еще возможность и регулирования выходного напряжения (малоэкономичный способ).

Вентильным двигателем (ВД) в самом общем случае можно назвать любой электропривод, в котором регулирование режима работы электродвигателя производится с помощью управляемых вентильных (полупроводниковых) преобразователей электроэнергии: выпрямителя, импульсного регулятора постоянного тока, преобразователя частоты. В более узком, общепринятом, смысле ВД называют ЭМС, включающую в себя ЭМП и инвертор, переключение ключей которого происходит в момент времени, согласованный с определенным положением ротора. В данном пособии под ВД будет пониматься ЭМС, отвечающая именно этому определению.

Аналогом ВД является коллекторный двигатель постоянного тока. Функции отсутствующего механического коллектора в ВД выполняет полупроводниковый коммутатор (инвертор), а функцию щеток — датчик положения ротора. Инвертор в ВД обеспечивает бесконтактность, а при использовании широтно-импульсной коммутации ключей инвертора — еще и возможность управления преобразованием энергии.

В источниках электроснабжения переменного тока при переменной частоте вращения первичного двигателя и необходимости стабилизировать частоту выходного напряжения возможно применять циклоконверторы, осуществляющие непосредственное преобразование электроэнергии переменного тока нестабильной частоты f₁ = var в электроэнергию переменного тока стабильной частоты f_вых = const.

В источниках электроснабжения и электроприводах используются также комбинированные вентильные преобразователи, имеющие в своем составе управляемый или неуправляемый выпрямитель (звено постоянного тока) и инвертор. Для возврата энергии в источник питания комбинированный вентильный преобразователь должен состоять из реверсивного выпрямителя и реверсивного инвертора.

По режиму работы ЭМС можно разделить на ЭМС длительного, кратковременного и повторно-кратковременного режима. Разделение на эти режимы производят исходя из теплового состояния ЭМС. Если система за время работы достигает установившейся температуры, то такой режим работы называется длительным; если за время работы установившаяся температура не достигается, а за время останова система успевает остыть до температуры окружающей среды, то такой режим называется кратковременным; и наконец, если за время работы температура не достигла установившегося значения, а за время останова не успела достигнуть температуры окружающей среды, то такой режим называется повторно-кратковременным.

Также можно выделить нереверсивные и реверсивные ЭМС. В последнем случае имеется в виду не столько изменение направления вращения, характерное для ряда электроприводов, сколько реверс потока энергии во всех функционально различных ЭМС.

По характеру нагрузки ЭМС подразделяются на ЭМС с постоянной, изменяющейся, импульсной и знакопеременной нагрузкой. При этом под нагрузкой источников электроснабжения и двигатель-генераторных систем, работающих в генераторном режиме, следует понимать суммарную мощность потребителей электрической энергии, а для электроприводов — момент нагрузки на выходном валу механизма или механическую мощность, потребляемую нагрузкой.

Регулируемыми (стабилизируемыми) в процессе функционирования параметрами источников и двигатель-генераторных систем постоянного тока являются выходное напряжение U_вых, в системах переменного тока — выходное напряжение U_вых и его частота f_вых, а в многофазных системах к этим параметрам добавляется и фазовый сдвиг Δφ между напряжениями. В электроприводах обычно регулированию подвергаются выходной момент, развиваемый электромеханизмом, угловая скорость Ω или положение выходного органа системы.

Классификация ЭМС с использованием вращающихся ЭМП

Известно, что информационно-управляющая система и исполнительные механизмы ЭМС обладают инерционностью, поэтому если нагрузка изменяется медленно по сравнению со временем запаздывания процесса регулирования, то такую нагрузку называют - изменяющейся. Если же время, в течение которого происходит изменение нагрузки, оказывается существенно меньше времени запаздывания, то такую нагрузку называют импульсной. Если в процессе функционирования ЭМС изменяется направление потока энергии между системой и нагрузкой, то такую нагрузку называют знакопеременной или реверсивной.

Особенности взаимодействия ЭМС с нагрузкой необходимо учитывать при создании ТС более высокого уровня иерархии — электротехнических или электроэнергетических комплексов.

Рассмотренная выше классификация схематично представлена на рисунке выше. Она приведена для вращающихся электромеханических преобразователей. Аналогичную классификацию можно представить и для ЭМП других типов (линейных, вибрационных и т.п.)

Дата добавления: 2014-07-19; просмотров: 633; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!