Krmiljenje usmernika

Beseda "ventil" v imenu motorja izhaja iz besede "ventil", kar pomeni polprevodniško stikalo. Tako lahko pogon načeloma imenujemo ventilski, če njegov način delovanja krmili poseben pretvornik krmiljenih polprevodniških stikal.

Sam pogon ventila je elektromehanski sistem, sestavljen iz sinhronskega stroja s trajnimi magneti na rotorju in elektronskega komutatorja (ki napaja navitja statorja) s samodejnim senzorskim nadzornim sistemom.

Na teh številnih področjih tehnologije, kjer so bili tradicionalno nameščeni asinhroni motorji ali enosmerni stroji, je danes pogosto mogoče najti prav ventilske motorje, saj magnetni materiali postajajo cenejši in se osnova polprevodniške elektronike in krmilnih sistemov razvija zelo hitro.

Sinhroni motorji s trajnim magnetnim rotorjem imajo številne prednosti:

• ni naprave za zbiranje ščetk, zato je vir motorja daljši in njegova zanesljivost višja kot pri strojih z drsnimi kontakti, poleg tega je obseg obratovalnih vrtljajev višji;

• širok razpon napajalnih napetosti navitij; dovoljena je znatna preobremenitev navora - več kot 5-krat;

• visoka dinamika trenutka;

• možno je prilagoditi hitrost z ohranjanjem navora pri nizkih vrtljajih ali z ohranjanjem moči pri visokih vrtljajih;

• Učinkovitost nad 90%;

• minimalne izgube v prostem teku;

• majhne značilnosti teže in velikosti.

Magneti neodim-železo-bor so popolnoma sposobni ustvariti indukcijo v reži reda 0,8 T, to je na ravni asinhronih strojev, glavne elektromagnetne izgube v takem rotorju pa so odsotne. To pomeni, da je mogoče povečati obremenitev rotorja brez povečanja skupnih izgub.

To je razlog za večjo elektromehansko učinkovitost. ventilski motorji v primerjavi z drugimi brezkrtačnimi stroji, kot so indukcijski motorji. Iz istega razloga so ventilski motorji zdaj zasedli vredno mesto v katalogih vodilnih tujih in domačih proizvajalcev.

Krmiljenje pretvorniških stikal na motorju s trajnimi magneti se tradicionalno izvaja v odvisnosti od položaja rotorja. Zaradi tako doseženih visokih zmogljivosti je aktiviranje ventilov zelo obetavno v območju majhnih in srednjih moči za sisteme avtomatizacije, strojna orodja, robote, manipulatorje, koordinatne naprave, obdelovalne in montažne linije, sisteme za vodenje in sledenje, za letalstvo, medicino, transport itd. . .g.

Zlasti za mestni električni promet se proizvajajo motorji vlečnih diskov z močjo nad 100 kW. Tu se uporabljajo magneti neodim-železo-bor z legirnimi dodatki, ki povečajo prisilno silo in povečajo delovno temperaturo magnetov na 170 ° C, tako da lahko motor zlahka prenese kratkotrajne petkratne preobremenitve toka in navora.

Krmilni pogoni za podmornice, kopno in letala, kolesni motorji, pralni stroji – ventilski motorji danes najdejo uporabno uporabo marsikje.

Ventilski motorji so dveh vrst: enosmerni tok (BLDC — brezkrtačni DC) in izmenični tok (PMAC — permanentni magnet AC). V motorjih z enosmernim tokom je trapezni EMF vrtenja v navitjih posledica razporeditve magnetov rotorja in navitij statorja.V motorjih z izmeničnim tokom je elektromotorna sila vrtenja sinusna. V tem članku bomo govorili o krmiljenju zelo pogostega tipa brezkrtačnega motorja - BLDC (enosmerni tok).

Motor z enosmernim ventilom in njegov princip krmiljenja Motorji BLDC se odlikujejo po prisotnosti polprevodniškega stikala, ki deluje namesto bloka za zbiranje ščetk, ki je značilen za DC stroji s statorskim navitjem in magnetnim rotorjem.

Preklapljanje komutatorja motorja ventila poteka glede na trenutni položaj rotorja (odvisno od položaja rotorja). Najpogosteje je navitje statorja trifazno, enako kot pri zvezdasto vezanem indukcijskem motorju, konstrukcija rotorja s trajnimi magneti pa je lahko različna.

Pogonski moment v BLDC nastane kot posledica interakcije magnetnih tokov statorja in rotorja: magnetni tok statorja ves čas teži k vrtenju rotorja v tak položaj, da magnetni tok trajnih magnetov nameščen na njem sovpada v smeri z magnetnim tokom statorja.

Na enak način zemeljsko magnetno polje orientira iglo kompasa – jo razgrne »vzdolž polja«. Senzor položaja rotorja vam omogoča, da ohranjate kot med tokovi konstanten na ravni 90 ± 30 °, v tem položaju je navor največji.

Polprevodniško stikalo za napajanje statorskega navitja BLDC je krmiljen polprevodniški pretvornik s trdim 120 ° algoritmom za preklapljanje napetosti ali tokov treh delovnih faz.

Primer funkcionalne sheme močnostnega dela pretvornika z možnostjo regenerativnega zaviranja je prikazan na zgornji sliki. Tu je vključen pretvornik z amplitudno-pulzno modulacijo izhoda IGBT tranzistorji, amplituda pa se prilagaja zahvaljujoč širinsko modulacijo impulza na vmesni enosmerni tokokrog.

V osnovi se za ta namen uporabljajo tiristorski frekvenčni pretvorniki z avtonomnim napetostnim ali tokovnim pretvornikom z regulacijo moči in tranzistorski frekvenčni pretvorniki z avtonomnim napetostnim pretvornikom, krmiljenim v načinu PWM ali z relejno regulacijo izhodnega toka.

Zaradi tega so elektromehanske lastnosti motorja podobne tradicionalnim enosmernim strojem z magnetoelektričnim ali neodvisnim vzbujanjem, zato so krmilni sistemi BLDC zgrajeni po klasičnem principu podrejenega koordinatnega krmiljenja enosmernega pogona z vrtljaji rotorja in tokovnimi zankami stator.

Za pravilno delovanje komutatorja se lahko kot senzor ali sistem uporabi kapacitivni ali induktivni diskretni senzor, povezan s polovnim motorjem na osnovi Hallovih senzorjev s trajnimi magneti.

Vendar pa prisotnost senzorja pogosto zaplete zasnovo stroja kot celote in v nekaterih aplikacijah senzorja položaja rotorja sploh ni mogoče namestiti. Zato se v praksi pogosto zatekajo k uporabi "brezsenzorskih" krmilnih sistemov. Algoritem brezsenzorskega krmiljenja temelji na analizi podatkov neposredno iz sponk pretvornika in trenutne frekvence rotorja ali napajanja.

Najbolj priljubljen algoritem brez senzorja temelji na izračunu EMF za eno od faz motorja, ki je trenutno odklopljen od napajanja. Prehod EMF faze izklopa skozi nič je fiksiran, določen je premik za 90 °, izračunan je trenutek, v katerem naj pade sredina naslednjega tokovnega impulza. Prednost te metode je njena preprostost, vendar obstajajo tudi slabosti: pri nizkih hitrostih je precej težko določiti trenutek prehoda skozi ničlo; pojemek bo natančen samo pri konstantni hitrosti vrtenja.

Medtem se za natančnejši nadzor uporabljajo kompleksne metode za oceno položaja rotorja: glede na povezavo faznega toka, glede na tretji harmonik EMF navitij, glede na spremembe induktivnosti fazna navitja.

Razmislite o primeru spremljanja pretočnih povezav. Znano je, da valovanje navora BLDC, ko se motor napaja s pravokotnimi impulzi napetosti, doseže 25 %, kar ima za posledico neenakomerno vrtenje, kar ustvarja mejo nadzora hitrosti spodaj. Zato se v statorskih fazah s pomočjo zaprtih regulacijskih zank oblikujejo tokovi blizu kvadratne oblike.