Motor ventila

Stroji z enosmernim tokom imajo praviloma višje tehnične in ekonomske kazalnike (linearnost karakteristik, visoka učinkovitost, majhne dimenzije itd.) Kot stroji z izmeničnim tokom. Pomembna pomanjkljivost je prisotnost krtačnega aparata, ki zmanjšuje zanesljivost, povečuje vztrajnostni moment, ustvarja radijske motnje, nevarnost eksplozije itd. Zato je seveda naloga ustvariti brezkontaktni (brezkrtačni) enosmerni motor.

Rešitev tega problema je postala mogoča s prihodom polprevodniških naprav. V brezkontaktnem enosmernem motorju, imenovanem motor s konstantnim tokom ventila, je komplet ščetk nadomeščen s polprevodniškim stikalom, armatura miruje, rotor je trajni magnet.

Načelo delovanja ventilskega motorja

Ventilski motor se razume kot spremenljivi električni pogonski sistem, sestavljen iz elektromotorja na izmenični tok, strukturno podobnega sinhronemu stroju, ventilskega pretvornika in krmilnih naprav, ki zagotavljajo komutacijo tokokrogov navitja motorja glede na položaj rotorja motorja.V tem smislu je ventilski motor podoben enosmernemu motorju, pri katerem je s pomočjo komutacijskega stikala povezan tisti zavoj armaturnega navitja, ki se nahaja pod poli polja.

DC motor je kompleksna elektromehanska naprava, ki združuje najpreprostejši električni stroj in elektronski krmilni sistem.

Motorji z enosmernim tokom imajo resne pomanjkljivosti, predvsem zaradi prisotnosti zbiralnika ščetk:

1. Nezadostna zanesljivost kolektorskega aparata, potreba po njegovem rednem vzdrževanju.

2. Omejene vrednosti armaturne napetosti in s tem moči enosmernih motorjev, kar omejuje njihovo uporabo za hitre pogone z visoko močjo.

3. Omejena preobremenitvena zmogljivost enosmernih motorjev, ki omejuje hitrost spremembe armaturnega toka, kar je bistveno za visoko dinamične električne pogone.

V ventilskem motorju se te pomanjkljivosti ne manifestirajo, saj je tukaj stikalo krtačnega kolektorja nadomeščeno z brezkontaktnim stikalom na tiristorjih (za močne pogone) ali tranzistorjih (za pogone z močjo do 200 kW). ). Na podlagi tega se ventilski motor, ki strukturno temelji na sinhronem stroju, pogosto imenuje brezkontaktni enosmerni motor.

V smislu krmiljenja je brezkrtačni motor podoben enosmernemu motorju - njegova hitrost se prilagaja s spreminjanjem velikosti uporabljene enosmerne napetosti. Ventilni motorji se zaradi svojih dobrih regulacijskih lastnosti pogosto uporabljajo za pogon različnih robotov, strojev za rezanje kovin, industrijskih strojev in mehanizmov.

Tranzistorski komutator s trajnimi magneti z električnim pogonom

Ventilni motor tega tipa je izdelan na osnovi trifaznega sinhronskega stroja s trajnimi magneti na rotorju. Trifazna statorska navitja se napajajo z enosmernim tokom, ki se zaporedno napaja na dve zaporedno povezani fazni navitji. Preklapljanje navitij se izvaja s tranzistorskim stikalom, izdelanim po trifaznem mostičnem vezju.Tranzistorska stikala se odpirajo in zapirajo glede na položaj rotorja motorja. Diagram motorja ventila je prikazan na sl.

sl. 1. Diagram motorja ventila s tranzistorskim stikalom

Navor, ki ga ustvari motor, je določen z interakcijo dveh niti:

• stator, ki ga ustvari tok v statorskih navitjih,

• rotor iz visokoenergijskih permanentnih magnetov (na osnovi samarijevo-kobaltovih zlitin in drugih).

kjer je: θ prostorski kot med vektorjem toka statorja in rotorja; pn je število parov polov.

Magnetni pretok statorja teži k vrtenju rotorja s trajnim magnetom, tako da se tok rotorja ujema v smeri s pretokom statorja (ne pozabite na magnetno iglo, kompas).

Največji moment, ustvarjen na gredi rotorja, bo pod kotom med vektorji fluksa, ki je enak π / 2, in se bo zmanjšal na nič, ko se fluksni tokovi približujejo. Ta odvisnost je prikazana na sl. 2.

Oglejmo si prostorski diagram vektorjev fluksa, ki ustreza načinu motorja (s številom parov polov pn = 1). Recimo, da sta trenutno vklopljena tranzistorja VT3 in VT2 (glej diagram na sliki 1). Nato tok teče skozi navitje faze B in v nasprotni smeri skozi navitje faze A. Nastali vektor ppm. stator bo zasedel položaj F3 v prostoru (glej sliko 3).

Če je rotor zdaj v položaju, prikazanem na sl. 4, potem bo motor razvil glede na 1 največji navor, pri katerem se bo rotor vrtel v smeri urinega kazalca. Ko se kot θ zmanjšuje, se navor zmanjšuje. Ko se rotor zavrti za 30 °, je potrebno glede na graf na sl. 2. preklopite tok v fazah motorja tako, da je dobljeni vektorski stator ppm v položaju F4 (glej sliko 3). Če želite to narediti, izklopite tranzistor VT3 in vklopite tranzistor VT5.

Fazno preklapljanje izvede tranzistorsko stikalo VT1-VT6, ki ga nadzira senzor položaja rotorja DR; v tem primeru se kot θ vzdržuje znotraj 90 ° ± 30 °, kar ustreza največji vrednosti navora z najmanjšimi valovi. Pri ρn = 1 je treba izvesti šest stikal na en obrat rotorja, torej ppm. stator bo naredil polni obrat (glej sliko 3). Ko je število parov polov večje od enote, bo rotacija vektorja ppm statorja in s tem rotorja 360/pn stopinj.

sl. 2. Odvisnost navora motorja od kota med vektorjem pretoka statorja in rotorja (pri pn = 1)

sl. 3. Prostorski diagram statorja ppm pri preklopu faz motorja ventila

sl. 4. Prostorski diagram v motoričnem načinu

Prilagajanje vrednosti navora se izvede s spreminjanjem vrednosti ppm. stator, tj. sprememba povprečne vrednosti toka v statorskih navitjih

kjer je: R1 upor navitja statorja.

Ker je pretok motorja konstanten, bo emf, induciran v dveh zaporedno povezanih statorskih navitjih, sorazmeren s hitrostjo rotorja.Enačba električnega ravnotežja za statorska vezja bo

Ko so stikala izklopljena, tok v statorskih navitjih ne izgine takoj, ampak se zapre skozi povratne diode in filtrirni kondenzator C.

Zato je mogoče s prilagoditvijo napajalne napetosti motorja U1 prilagoditi velikost toka statorja in navor motorja

Lahko vidimo, da so dobljeni izrazi podobni analognim izrazom za enosmerni motor, zaradi česar so mehanske karakteristike ventilskega motorja v tem vezju podobne karakteristikam enosmernega motorja z neodvisnim vzbujanjem pri Φ = const.

V obravnavanem vezju se spremeni napajalna napetost brezkrtačnega motorja z metodo prilagajanja širine impulza… S spreminjanjem delovnega cikla impulzov tranzistorjev VT1-VT6 v obdobjih njihove vključitve je mogoče prilagoditi povprečno vrednost napetosti, ki se napaja na navitja statorja motorja.

Za uporabo zaustavitvenega načina je treba algoritem delovanja tranzistorskega stikala spremeniti tako, da statorski vektor ppm zaostaja za vektorjem pretoka rotorja. Potem bo navor motorja postal negativen. Ker je na vhodu pretvornika nameščen nekrmiljen usmernik, je regeneracija zavorne energije v tem krogu onemogočena.

Med zaustavitvijo se ponovno napolni kondenzator filtra C. Omejitev napetosti na kondenzatorjih se izvede s priključitvijo upora praznjenja skozi tranzistor VT7. Na ta način se zavorna energija razprši v obremenitvenem uporu.