2tom214

5. MASZYNY ELEKTRYCZNE 430

Rys. 5.159. Sposób połączenia uzwojenia w dwa pasma

Komutacja, przy której w kolejnych taktach jest włączona taka sama liczba cewek (pasm) uzwojenia nosi nazwę komutacji symetrycznej; a komutacja z różną w każdym takcie liczbą włączonych cewek — niesymetrycznej.

Ze względu na wykorzystanie materiałów czynnych, a przede wszystkim miedzi uzwojenia, najlepsza jest komutacja przy zasilaniu obu pasm uzwojenia napięciem o biegunowości przemiennej (100% wykorzystania uzwojenia), najgorsza zaś — komutacja czterotaktowa przy zasilaniu kolejnych cewek napięciem o biegunowości stałej (25% wykorzystania uzwojenia); natomiast z prostotą układu sterującego jest odwrotnie.

Dalsze zmniejszenie skoku drogą elektryczną jest możliwe przy stosowaniu zasilania uzwojeń w kolejnych skokach napięciem o więcej niż jednym poziomie. Jest to tzw. sterowanie miniskokowe [5.20], Zmniejszenie skoku przez zmianę konstrukcji polega na zwiększaniu liczby par biegunów' p w silnikach z wirnikiem spolaryzowanym magnetycznie (czynnym — najczęściej magnetoclcktrycznym), liczby zębów Z_r wirnika ferromagnetycznego reluktancyjnego oraz liczby m niezależnych cewek lub pasm uzwojenia stojana.

Jak to wynika z dotychczasowych rozważań, kąt skoku w mierze elektrycznej może być wyrażony wzorem

(5.190)

(5.191)

przy czym k — liczba taktów komutacji w cyklu wg zależności k = mn_in₂

gdzie przy czterocewkowym (czteropasmowym) uzwojeniu współczynniki:

1 — przy

2 — przy 1 — przy .2 — przy

»i

komutacji symetrycznej komutacji niesymetrycznej komutacji stałobiegunowej komutacji przemiennobiegunowej

Kąt skoku natomiast w mierze geometrycznej określa się na podstawie wzoru

2it

--dla silników z wirnikiem czynnym magnetoelektrycznym

(5.192)

a =

— dla silników z wirnikiem biernym reluktancyjnym

Warunkiem wykonania przez silnik skoku w kierunku ruchu pola spowodowanego komutacją uzwojenia jest to, aby jego położenie wyjściowe (przed skokiem) mieściło się w granicach strefy stabilności nowej charakterystyki kątowej momentu przesuniętej ,_{6 MłS}/V>V KI.EKTRYCZNE MALEJ MOCY

vznledem wyjściowej o oc_e = 2n/k. Na rysunku 5.160 przedstawiono statyczne charakterystyki kątowe momentu (przyjęto, że charakterystyki mają przebiegi sinusoidalne) dla dwóch kolejnych taktów komutacji silnika z rys. 5.158, przy którym a_e = 2n/k — -= 2«/4 = tt/2.

Strefą stabilności statycznej silnika skokowego nazywa się taki przedział położeń jego wirnika, w którym po zaniknięciu działających na silnik sił zewnętrznych wraca on do wyjściowego punktu równowagi stabilnej. W przypadku szczególnym silnika nieobciążo-neao trwale przedział tych położeń jest symetryczny względem punktu 0 (zera stabilnego) i wvnosi — natomiast, gdy bezwzględne odchylenie wirnika przekroczy

półókres momentu, to po zaniknięciu siły wymuszającej wirnik nie powróci do położenia 3=0, lecz do bliższego zera stabilnego, tzn. do punktu |3J = 2k. W przypadku silnika nieobciążonego jego położenie wyjściowe S_e = 0 mieści się nawet z pewnym zapasem, jak to widać na rysunku, w granicach strefy stabilności wyznaczonej przebiegiem charakterystyki kątowej dla drugiego taktu komutacji, czyli że wirnik silnika przesunie się w nowe położenie stabilne 3,. = 0'.

W miarę zwiększania się momentu obciążenia do wartości M, zapas stabilności przy sekwencji komutacji wywołującej ruch w prawo, kurczy się aż do zera. Silnik skokowy wykona skok w pożądanym kierunku tylko wtedy, gdy M_obc < M,.

Rys. 5.160. Sposób wyznaczania zapasu stabilności i momentu rozruchowego silnika skokowego u komutacji czterotaktowej

Z przedstawionych rozważań wynika, że warunek wykonania skoku można sprowadzić do istnienia minimalnego choćby zapasu stabilności. Według rysunku 5.160 zapas stabilności statycznej, dla stanu jałowego i sekwencji komutacji dającej ruch w prawo, można wyrazić jako A3_CS = — tt + 3_e, a dla sekwencji dającej ruch w lewo (patrząc od strony kątów dodatnich) jako Aćł^ = -fn—3t_e. Można to zapisać łącznic w postaci

(5.193)

wencje:

Z powyższych zależności i pośrednio z rys. 5.160 wynikają następujące ważne konsek-

przy k = 2 zapas stabilności statycznej równa się zeru. Dla silników o zębach lub biegunach symetrycznych najmniejsza liczba taktów komutacji musi wynosić przynajmniej k = 3, co odpowiada trzem cewkom lub pasmom niezależnym uzwojenia przy komutacji napięciem stalobicgunowym lub dwom — przy komutacji przcmicn-nobiegunowej. Mniejszą liczbę taktów mogą mieć tylko silniki o niesymetrycznym obwodzie magnetycznym, tzn. o niesymetrycznej względem środka i względem osi odciętych charakterystyce kątowej momentu;

ze wzrostem k zwiększa się stabilność statyczna (przy k -» oo, A3„ -> ±7t), co oznacza,