Ventilový motor

Jednosmerné stroje majú spravidla vyššie technické a ekonomické ukazovatele (linearita charakteristík, vysoká účinnosť, malé rozmery atď.) ako stroje na striedavý prúd. Významnou nevýhodou je prítomnosť kefového prístroja, ktorý znižuje spoľahlivosť, zvyšuje moment zotrvačnosti, vytvára rádiové rušenie, nebezpečenstvo výbuchu atď. Preto je prirodzene úlohou vytvoriť bezkontaktný (bezkefkový) jednosmerný motor.

Riešenie tohto problému bolo možné s príchodom polovodičových zariadení. V bezkontaktnom jednosmernom motore, ktorý sa nazýva motor s konštantným prúdom ventilu, je sada kief nahradená polovodičovým spínačom, kotva je nehybná, rotor je permanentný magnet.

Princíp činnosti ventilového motora

Ventilový motor je chápaný ako variabilný elektrický pohonný systém pozostávajúci zo striedavého elektrického motora konštrukčne podobného synchrónnemu stroju, ventilového meniča a riadiacich zariadení, ktoré zabezpečujú komutáciu obvodov vinutia motora v závislosti od polohy rotora motora.V tomto zmysle je ventilový motor podobný jednosmernému motoru, v ktorom je pomocou komutačného spínača pripojený ten závit vinutia kotvy, ktorý sa nachádza pod pólmi poľa.

Jednosmerný motor je komplexné elektromechanické zariadenie, ktoré kombinuje najjednoduchší elektrický stroj a elektronický riadiaci systém.

Jednosmerné motory majú vážne nevýhody, najmä kvôli prítomnosti zberača kief:

1. Nedostatočná spoľahlivosť kolektorového zariadenia, potreba jeho pravidelnej údržby.

2. Obmedzené hodnoty napätia kotvy a tým aj výkonu jednosmerných motorov, čo obmedzuje ich použitie pre vysokorýchlostné pohony s vysokým výkonom.

3. Obmedzená preťaženosť jednosmerných motorov, obmedzujúca rýchlosť zmeny prúdu kotvy, čo je nevyhnutné pre vysoko dynamické elektrické pohony.

Vo ventilovom motore sa tieto nevýhody neprejavujú, pretože tu je spínač kefa-kolektor nahradený bezkontaktným spínačom vyrobeným na tyristoroch (pre vysokovýkonné pohony) alebo tranzistoroch (pre pohony s výkonom do 200 kW ). Na základe toho sa ventilový motor, ktorý je konštrukčne založený na synchrónnom stroji, často nazýva bezkontaktný jednosmerný motor.

Z hľadiska ovládateľnosti je bezkomutátorový motor podobný jednosmernému motoru – jeho rýchlosť sa nastavuje zmenou veľkosti použitého jednosmerného napätia. Ventilové motory sú vďaka svojim dobrým regulačným vlastnostiam široko používané na pohon rôznych robotov, obrábacích strojov, priemyselných strojov a mechanizmov.

Tranzistorový komutátor s permanentným magnetom s elektrickým pohonom

Ventilový motor tohto typu je vyrobený na báze trojfázového synchrónneho stroja s permanentnými magnetmi na rotore. Trojfázové statorové vinutia sú napájané jednosmerným prúdom napájaným sériovo do dvoch sériovo zapojených fázových vinutí. Spínanie vinutí je realizované tranzistorovým spínačom vyhotoveným podľa trojfázového mostíkového zapojenia.Tranzistorové spínače sú otvárané a zatvárané v závislosti od polohy rotora motora. Schéma motora ventilu je znázornená na obr.

Obr. 1. Schéma ventilového motora s tranzistorovým spínačom

Krútiaci moment vytvorený motorom je určený interakciou dvoch závitov:

• stator vytvorený prúdom vo vinutiach statora,

• rotor vytvorený z vysokoenergetických permanentných magnetov (na báze zliatin samárium-kobalt a iných).

kde: 0 je priestorový uhol medzi vektormi toku statora a rotora; pn je počet pólových párov.

Magnetický tok statora má tendenciu otáčať rotor s permanentným magnetom tak, aby sa tok rotora zhodoval v smere s tokom statora (nezabudnite na magnetickú strelku, kompas).

Najväčší moment vytvorený na hriadeli rotora bude v uhle medzi vektormi toku rovný π / 2 a bude klesať na nulu, keď sa toky toku priblížia. Táto závislosť je znázornená na obr. 2.

Uvažujme priestorový diagram vektorov toku zodpovedajúci režimu motora (s počtom pólových párov pn = 1). Predpokladajme, že momentálne sú tranzistory VT3 a VT2 zapnuté (pozri schému na obr. 1). Potom prúd preteká vinutím fázy B a v opačnom smere vinutím fázy A. Výsledný vektor ppm. stator zaujme pozíciu F3 v priestore (pozri obrázok 3).

Ak je rotor teraz v polohe znázornenej na obr. 4, potom motor vyvinie podľa 1 maximálny krútiaci moment, pri ktorom sa rotor bude otáčať v smere hodinových ručičiek. Keď sa uhol θ zmenšuje, krútiaci moment sa zníži. Pri otočení rotora o 30° je potrebné podľa grafu na obr. 2. prepnite prúd vo fázach motora tak, aby výsledný ppm vektorový stator bol v polohe F4 (pozri obr. 3). Za týmto účelom vypnite tranzistor VT3 a zapnite tranzistor VT5.

Spínanie fáz sa vykonáva tranzistorovým spínačom VT1-VT6 riadeným snímačom polohy rotora DR; v tomto prípade sa uhol θ udržiava v rozmedzí 90 ° ± 30 °, čo zodpovedá maximálnej hodnote krútiaceho momentu s najmenším zvlnením. Pri ρn = 1 je potrebné vykonať šesť prepnutí na jednu otáčku rotora, teda ppm. stator vykoná plnú otáčku (pozri obr. 3). Keď je počet pólových párov väčší ako jedna, rotácia ppm vektora statora a teda rotora bude 360/pn stupňov.

Obr. 2. Závislosť krútiaceho momentu motora od uhla medzi vektormi toku statora a rotora (pri pn = 1)

Obr. 3. Priestorový diagram ppm statora pri spínaní fáz motora ventilu

Obr. 4. Priestorový diagram v motorickom režime

Úprava hodnoty krútiaceho momentu sa vykonáva zmenou hodnoty ppm. stator, t.j. zmena priemernej hodnoty prúdu vo vinutiach statora

kde: R1 je odpor vinutia statora.

Pretože tok motora je konštantný, emf indukovaný v dvoch sériovo zapojených statorových vinutiach bude úmerný rýchlosti rotora.Rovnica elektrickej rovnováhy pre obvody statora bude

Keď sú spínače vypnuté, prúd vo vinutí statora okamžite nezmizne, ale je uzavretý cez spätné diódy a filtračný kondenzátor C.

Úpravou napájacieho napätia motora U1 je preto možné upraviť veľkosť prúdu statora a krútiaceho momentu motora

Je ľahké vidieť, že získané výrazy sú podobné analogickým výrazom pre jednosmerný motor, s tým výsledkom, že mechanické charakteristiky ventilového motora v tomto obvode sú podobné charakteristikám jednosmerného motora s nezávislým budením pri Φ = konšt.

V uvažovanom obvode sa vykoná zmena napájacieho napätia bezkomutátorového motora metódou nastavenia šírky impulzu… Zmenou pracovného cyklu impulzov tranzistorov VT1-VT6 počas období ich zaradenia je možné upraviť priemernú hodnotu napätia privádzaného do statorových vinutí motora.

Ak chcete použiť režim zastavenia, algoritmus činnosti tranzistorového spínača sa musí zmeniť tak, aby vektor ppm statora zaostával za vektorom toku rotora. Potom bude krútiaci moment motora záporný. Keďže na vstupe meniča je inštalovaný neriadený usmerňovač, regenerácia brzdnej energie v tomto okruhu nie je možná.

Počas vypínania sa dobíja kondenzátor filtra C. Obmedzenie napätia na kondenzátoroch sa vykonáva pripojením vybíjacieho odporu cez tranzistor VT7. Týmto spôsobom sa brzdná energia rozptýli v odpore zaťaženia.