Электромеханические и мехатронные системы. Часть 1. Полупроводниковые устройства в цепях электрических машин. Коллекторные и бесконтактные двигатели постоянного тока. Динамика разомкнутых систем.

Описание

АННОТАЦИЯ:

В предлагаемой 1-й части учебного пособия с общих позиций электромеханики изучаются вопросы генерации электромагнитных моментов и сил электрических двигателей вращательного и поступательного движения, используемых в различных системах современного регулируемого электропривода или электромехатронных системах. Рассматриваются разнообразные силовые полупроводниковые устройства, используемые в цепях современных электрических машин, определяются выражения для их характеристик и даются примеры расчета параметров и режимов.

Изучаются характеристики и дается обзор конструкций коллекторных и бесщеточных двигателей постоянного тока вращательного и поступательного движения, рассматриваются вопросы управления и регулирования двигателей, а также их динамика в составе разомкнутых систем.

Пособие предназначено для студентов и аспирантов, изучающих области электромеханики, связанные с применением регулируемых электрических машин вращательного и линейного движения, работающих в синтезе с силовыми полупроводниковыми устройствами.

ПРЕДИСЛОВИЕ:

Современные сложные электромеханические системы представляют собой совокупность разного рода электромеханических преобразователей, силового и информационного типа, полупроводниковых устройств и приводимых в движение механизмов. Такую совокупность устройств сокращенно называют электромехатронной системой. Составляющие, входящие в эту систему, зачастую оказывают друг на друга достаточно глубокое влияние, в силу чего изучение свойств и характеристик как всей системы, так и отдельных ее элементов следует вести с учетом этого обстоятельства, которое проявляется, например, в специфических коммутационных процессах, осуществляемых полупроводниковыми устройствами, входящими в состав системы. Как следствие, токи, питающие электромеханические преобразователи, утрачивают синусоидальную форму — для систем переменного тока или имеют неравномерный, пульсирующий характер — для систем постоянного тока. Неравномерность моментов и усилий, развиваемых электрическими двигателями, питаемыми или управляемыми с помощью полупроводниковых устройств иногда совершенно «безвредна» с точки зрения функционирования систем на относительно высоких скоростях, когда пульсации моментов и сил практически не влияют на равномерность движения. Здесь следует обращать внимание только на появление дополнительных потерь в электромеханических преобразователях, связанных с несинусоидальностью токов или их пульсирующим характером. Однако картина меняется, когда речь идет о глубоко регулируемых системах. При низких скоростях перемещения пульсации момента или усилия приводят к заметным пульсациям скоростей и неравномерности движения рабочего органа в целом. Все это резко снижает качество управления и качество всего «механического процесса» в широком понимании этого термина.

Принимаемые меры для нейтрализации особенностей влияния полупроводниковых систем позволяют, как правило, обеспечить степень равномерности моментов и сил электромеханических преобразователей, достаточную для решения большинства механических задач.

Применение синтеза полупроводниковых устройств и электромеханических преобразователей открыло совершенно новые, недоступные ранее возможности для управления и регулирования скорости, момента и усилия электрических машин, в частности, электрических двигателей постоянного и переменного тока. На этой основе были созданы новые типы электрических машин, такие как бесколлекторные двигатели постоянного тока (вентильные двигатели), являющиеся аналогом двигателей постоянного тока с механическим коллектором или бесколлекторные реверсивные тахогенераторы постоянного тока. Были реализованы новые способы регулирования синхронными, и в особенности асинхронными двигателями, такие как векторное управление и т. д.

Предлагаемое вниманию читателей пособие «Электромеханические и мехатронные системы» предназначено для студентов и аспирантов специальности «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов» и специальности «Мехатроника», а также для специалистов, занимающихся исследованиями и разработкой устройств современной электромеханики.

Пособие будет состоять из двух частей, первая из которых охватывает вопросы полупроводниковых устройств и систем электромеханики на постоянном токе, а вторая будет относиться к аналогичным системам на переменном токе.

Предлагаемая книга является первой частью и состоит из разделов, в которых освещаются вопросы, связанные с силовыми полупроводниковыми устройствами в цепях электрических машин всех типов (постоянного и переменного тока), коллекторными и бесколлекторными двигателями постоянного тока вращательного и поступательного движения, их конструкций, характеристиками, регулированием и динамикой разомкнутых систем. Изложение теоретического материала сопровождается примерами, иллюстрирующими возможности конкретного применения.

В основу книги положен материал, обобщающий опыт работы автора в промышленности в области регулируемых электрических машин в синтезе с полупроводниковыми устройствами, а также материал курсов лекций, прочитанных автором для студентов Ленинградского института авиационного приборостроения (ныне Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения) и Санкт-Петербургского университета информационных технологий, механики и оптики (ИТМО).

Автор приносит благодарность сотрудникам и студентам кафедры «Электротехники и прецизионных электромеханических систем» ИТМО за помощь и содействие при подготовке издания данной работы.


СОДЕРЖАНИЕ: