Ovládanie usmerňovača

Slovo „ventil“ v ​​názve motora pochádza zo slova „ventil“, čo znamená polovodičový spínač. Pohon teda v princípe možno nazvať ventilovým pohonom, ak je jeho režim činnosti riadený špeciálnym meničom riadených polovodičových spínačov.

Samotný pohon ventilu je elektromechanický systém pozostávajúci zo synchrónneho stroja s permanentnými magnetmi na rotore a elektronického komutátora (ktorý napája vinutia statora) s automatickým riadiacim systémom na báze senzorov.

V mnohých oblastiach techniky, kde sa tradične inštalujú asynchrónne motory alebo jednosmerné stroje, dnes často nájdeme práve ventilové motory, pretože magnetické materiály sú lacnejšie a základ polovodičovej elektroniky a riadiacich systémov sa vyvíja veľmi rýchlo.

Synchrónne motory rotora s permanentným magnetom majú množstvo výhod:

• neexistuje žiadne zariadenie na zber kief, preto je zdroj motora dlhší a jeho spoľahlivosť je vyššia ako u strojov s posuvnými kontaktmi, navyše je rozsah prevádzkových otáčok vyšší;

• široký rozsah napájacích napätí vinutí; je povolené výrazné preťaženie krútiaceho momentu - viac ako 5-krát;

• vysoká dynamika momentu;

• je možné regulovať otáčky so zachovaním krútiaceho momentu pri nízkych otáčkach alebo so zachovaním výkonu pri vysokých otáčkach;

• Účinnosť nad 90%;

• minimálne straty pri nečinnosti;

• malé vlastnosti hmotnosti a veľkosti.

Neodym-železo-bórové magnety sú plne schopné vytvárať indukciu v medzere rádovo 0,8 T, teda na úrovni asynchrónnych strojov, pričom v takomto rotore chýbajú hlavné elektromagnetické straty. To znamená, že zaťaženie rotora sa môže zvýšiť bez zvýšenia celkových strát.

To je dôvod vyššej elektromechanickej účinnosti. ventilové motory v porovnaní s inými bezkomutátorovými strojmi, ako sú indukčné motory. Z rovnakého dôvodu ventilové motory teraz zaujímajú dôstojné miesto v katalógoch popredných zahraničných a domácich výrobcov.

Ovládanie spínačov meniča na motore s permanentným magnetom sa tradične vykonáva v závislosti od polohy jeho rotora. Takto dosiahnuté vysoké výkonové charakteristiky robia ovládanie ventilu veľmi sľubným v oblasti malých a stredných výkonov pre automatizačné systémy, obrábacie stroje, roboty, manipulátory, súradnicové zariadenia, spracovateľské a montážne linky, navádzacie a sledovacie systémy, pre letectvo, medicínu, dopravu atď. . napr.

Pre mestskú elektrickú dopravu sa vyrábajú najmä trakčné kotúčové ventilové motory s výkonom nad 100 kW. Tu sa používajú neodýmovo-železo-bórové magnety s legovacími prísadami, ktoré zvyšujú koercitívnu silu a zvyšujú prevádzkovú teplotu magnetov na 170°C, takže motor bez problémov vydrží krátkodobé päťnásobné prúdové a momentové preťaženie.

Riadiace pohony pre ponorky, pevninu a lietadlá, motory kolies, práčky – motory ventilov dnes nachádzajú užitočné uplatnenie na mnohých miestach.

Ventilové motory sú dvoch typov: jednosmerný prúd (BLDC – bezkomutátorový jednosmerný prúd) a striedavý prúd (PMAC – striedavý prúd s permanentným magnetom). V jednosmerných motoroch je lichobežníkový EMF otáčania vo vinutiach spôsobený usporiadaním magnetov rotora a vinutia statora.V striedavých motoroch je elektromotorická sila otáčania sínusová. V tomto článku si povieme niečo o riadení veľmi bežného typu bezkomutátorového motora – BLDC (jednosmerný prúd).

Motor jednosmerného ventilu a princíp jeho riadenia Motory BLDC sa vyznačujú prítomnosťou polovodičového spínača, ktorý funguje namiesto bloku zberača kief, ktorý je charakteristický pre DC stroje so statorovým vinutím a magnetickým rotorom.

Spínanie komutátora ventilového motora prebieha v závislosti od aktuálnej polohy rotora (v závislosti od polohy rotora). Najčastejšie je vinutie statora trojfázové, rovnaké ako u indukčného motora zapojeného do hviezdy a konštrukcia rotora s permanentným magnetom môže byť odlišná.

Hnací moment v BLDC vzniká ako výsledok interakcie magnetických tokov statora a rotora: magnetický tok statora má neustále tendenciu otáčať rotor do takej polohy, že magnetický tok permanentných magnetov inštalovaný na ňom sa zhoduje v smere s magnetickým tokom statora.

Rovnakým spôsobom magnetické pole Zeme orientuje strelku kompasu – rozvinie ju „pozdĺž poľa“. Snímač polohy rotora umožňuje udržiavať konštantný uhol medzi prietokmi na úrovni 90 ± 30 °, v tejto polohe je krútiaci moment maximálny.

Polovodičový spínač napájacieho vinutia statora BLDC je riadený polovodičový menič s tvrdým 120° algoritmom na spínanie napätí alebo prúdov troch prevádzkových fáz.

Príklad funkčnej schémy výkonovej časti meniča s možnosťou rekuperačného brzdenia je na obrázku vyššie. Tu je zahrnutý menič s amplitúdovo-impulznou moduláciou výstupu IGBT tranzistory, a amplitúda sa nastavuje vďaka pulzná šírková modulácia na medziobvode jednosmerného prúdu.

V zásade sa na tento účel používajú tyristorové frekvenčné meniče s autonómnym napäťovým alebo prúdovým meničom s riadením výkonu a tranzistorové frekvenčné meniče s autonómnym napäťovým meničom riadeným v režime PWM alebo s reléovou reguláciou výstupného prúdu.

Výsledkom je, že elektromechanické charakteristiky motora sú podobné tradičným jednosmerným strojom s magnetoelektrickým alebo nezávislým budením, preto sú riadiace systémy BLDC postavené na klasickom princípe podriadeného súradnicového riadenia jednosmerného pohonu s otáčkami rotora a prúdovými slučkami stator.

Pre správnu činnosť komutátora je možné ako snímač alebo systém použiť kapacitný alebo indukčný diskrétny snímač spojený s pólovým motorom založené na Hallových senzoroch s permanentnými magnetmi.

Prítomnosť snímača však často komplikuje konštrukciu stroja ako celku a v niektorých aplikáciách nie je možné snímač polohy rotora nainštalovať vôbec. Preto sa v praxi často uchyľujú k využívaniu „bezsenzorových“ riadiacich systémov. Algoritmus bezsenzorového riadenia je založený na analýze údajov priamo zo svoriek meniča a aktuálnej frekvencie rotora alebo napájacieho zdroja.

Najpopulárnejší bezsenzorový algoritmus je založený na výpočte EMF pre jednu z fáz motora, ktorý je momentálne odpojený od napájania. Prechod EMF vypnutej fázy cez nulu je pevný, určí sa posun o 90 °, vypočíta sa časový okamih, v ktorom by mal klesnúť stred nasledujúceho prúdového impulzu. Výhodou tejto metódy je jej jednoduchosť, ale existujú aj nevýhody: pri nízkych rýchlostiach je dosť ťažké určiť okamih prechodu nulou; spomalenie bude presné len pri konštantnej rýchlosti otáčania.

Na presnejšie riadenie sa zatiaľ používajú zložité metódy na odhad polohy rotora: podľa zapojenia toku fáz, podľa tretej harmonickej EMF vinutia, podľa zmien v indukčnosti vinutia. fázové vinutia.

Uvažujme o príklade monitorovania streamingových pripojení. Je známe, že zvlnenie krútiaceho momentu BLDC, keď je motor napájaný pravouhlými napäťovými impulzmi, dosahuje 25 %, čo má za následok nerovnomerné otáčanie, čím sa pod hranicou riadenia otáčok vytvára limit. Preto sa vo fázach statora vytvárajú prúdy blízke štvorcovému tvaru pomocou uzavretých regulačných slučiek.