Likeretterkontroll

Ordet «ventil» i motornavnet kommer fra ordet «ventil», som betyr en halvlederbryter. Dermed kan stasjonen i prinsippet kalles en ventildrift hvis driftsmodusen styres av en spesiell omformer av kontrollerte halvlederbrytere.

Selve ventildrevet er et elektromekanisk system som består av en synkronmaskin med permanente magneter på rotoren og en elektronisk kommutator (som driver statorviklingene) med et automatisk sensorbasert kontrollsystem.

I de mange teknologiområdene hvor asynkronmotorer eller likestrømsmaskiner tradisjonelt har blitt installert, kan man i dag ofte finne nettopp ventilmotorer ettersom magnetiske materialer blir billigere og grunnlaget for halvlederelektronikk og kontrollsystemer utvikler seg veldig raskt.

Permanentmagnetrotorsynkronmotorer har en rekke fordeler:

• det er ingen enhet for å samle børster, derfor er motorressursen lengre og dens pålitelighet er høyere enn for maskiner med glidende kontakter, i tillegg er rekkevidden av driftsomdreininger høyere;

• et bredt spekter av forsyningsspenninger til viklingene; betydelig dreiemomentoverbelastning er tillatt - mer enn 5 ganger;

• høy dynamikk i øyeblikket;

• det er mulig å justere hastigheten med bevaring av dreiemomentet ved lave omdreininger eller med bevaring av kraften ved høye omdreininger;

• Effektivitet over 90 %;

• minimalt tomgangstap;

• små trekk ved vekt og størrelse.

Neodym-jern-bor-magneter er fullt i stand til å skape en induksjon i gapet i størrelsesorden 0,8 T, det vil si på nivået av asynkrone maskiner, og de viktigste elektromagnetiske tapene i en slik rotor er fraværende. Dette betyr at ledningsbelastningen på rotoren kan økes uten å øke de totale tapene.

Dette er grunnen til den høyere elektromekaniske effektiviteten. ventilmotorer sammenlignet med andre børsteløse maskiner som induksjonsmotorer. Av samme grunn inntar nå ventilmotorer en verdig plass i katalogene til ledende utenlandske og innenlandske produsenter.

Kontroll av inverterbryterne på en permanentmagnetmotor utføres tradisjonelt som en funksjon av rotorposisjonen. De høye ytelsesegenskapene som dermed oppnås, gjør ventilaktivering svært lovende i små og mellomstore effektområder for automasjonssystemer, verktøymaskiner, roboter, manipulatorer, koordinatenheter, prosess- og monteringslinjer, veilednings- og sporingssystemer for luftfart, medisin, transport, etc. . .f.eks.

Spesielt produseres trekkskiveventilmotorer med en effekt på mer enn 100 kW for urban elektrisk transport. Her brukes neodym-jern-bor-magneter med legeringsadditiver som øker tvangskraften og øker driftstemperaturen til magnetene til 170 ° C, slik at motoren enkelt tåler kortvarige femdoble strøm- og momentoverbelastninger.

Styredrev for ubåter, land og fly, hjulmotorer, vaskemaskiner – ventilmotorer finner nyttige bruksområder mange steder i dag.

Ventilmotorer er av to typer: likestrøm (BLDC - børsteløs DC) og vekselstrøm (PMAC - permanent magnet AC). I DC-motorer skyldes den trapesformede EMF-rotasjonen i viklingene arrangementet av rotormagnetene og statorviklingene.I AC-motorer er den elektromotoriske rotasjonskraften sinusformet. I denne artikkelen vil vi snakke om kontrollen av en veldig vanlig type børsteløs motor - BLDC (likestrøm).

DC-ventilmotor og dens kontrollprinsipp BLDC-motorer utmerker seg ved tilstedeværelsen av en halvlederbryter som virker i stedet for børstesamlingsblokken som er karakteristisk for DC-maskiner med statorvikling og magnetrotor.

Omkobling av ventilmotorkommutatoren skjer avhengig av rotorens aktuelle posisjon (avhengig av rotorens posisjon). Oftest er statorviklingen trefaset, det samme som for en stjernekoblet induksjonsmotor, og konstruksjonen av permanentmagnetrotoren kan være annerledes.

Drivmomentet i BLDC dannes som et resultat av samspillet mellom de magnetiske fluksene til statoren og rotoren: statorens magnetiske fluks har hele tiden en tendens til å rotere rotoren i en slik posisjon at den magnetiske fluksen til permanentmagnetene installert på den faller sammen i retning med den magnetiske fluksen til statoren.

På samme måte orienterer jordens magnetfelt kompassnålen – den folder den ut «langs feltet». Rotorposisjonssensoren lar deg holde vinkelen mellom strømmene konstant på nivået 90 ± 30 °, i denne posisjonen er dreiemomentet maksimalt.

BLDC statorviklingens strømforsyningshalvlederbryter er en kontrollert halvlederomformer med en hard 120 ° algoritme for å bytte spenninger eller strømmer i tre driftsfaser.

Et eksempel på et funksjonsdiagram av kraftdelen til en omformer med mulighet for regenerativ bremsing er vist i figuren ovenfor. Her er omformeren med amplitude-pulsmodulering av utgangen inkludert IGBT transistorer, og amplituden justeres takket være pulsbreddemodulasjon på en mellomliggende DC-link.

I utgangspunktet, for dette formålet, brukes tyristorfrekvensomformere med en autonom spennings- eller strømomformer med effektkontroll og transistorfrekvensomformere med en autonom spenningsomformer styrt i PWM-modus eller med reléregulering av utgangsstrømmen.

Som et resultat er de elektromekaniske egenskapene til motoren lik tradisjonelle DC-maskiner med magnetoelektrisk eller uavhengig eksitasjon, og det er derfor BLDC-kontrollsystemer er bygget i henhold til det klassiske prinsippet om slavekoordinatkontroll av en DC-drivenhet med rotoromdreininger og strømsløyfer av statoren.

For korrekt drift av kommutatoren kan en kapasitiv eller induktiv diskret sensor koblet med polmotoren brukes som sensor eller system basert på Hall-effektsensorer med permanentmagneter.

Imidlertid kompliserer tilstedeværelsen av en sensor ofte utformingen av maskinen som helhet, og i noen applikasjoner kan ikke rotorposisjonssensoren installeres i det hele tatt. Derfor tyr de i praksis ofte til bruken av "sensorløse" kontrollsystemer. Den sensorløse kontrollalgoritmen er basert på analyse av data direkte fra vekselretterterminalene og gjeldende frekvens til rotoren eller strømforsyningen.

Den mest populære sensorløse algoritmen er basert på å beregne EMF for en av fasene til motoren, koblet fra strømforsyningen for øyeblikket. EMF-overgangen til av-fasen til null er fast, et skift på 90 ° bestemmes, tidspunktet for når midten av neste strømpuls skal falle beregnes. Fordelen med denne metoden er dens enkelhet, men det er også ulemper: ved lave hastigheter er det ganske vanskelig å bestemme øyeblikket med null kryssing; retardasjonen vil kun være nøyaktig ved konstant rotasjonshastighet.

I mellomtiden, for mer nøyaktig kontroll, brukes komplekse metoder for å estimere rotorens posisjon: i henhold til tilkoblingen av fluksen til fasene, i henhold til den tredje harmoniske av EMF til viklingene, i henhold til endringer i induktansen til faseviklinger.

Tenk på et eksempel på overvåking av strømmeforbindelser. BLDC dreiemomentrippel når motoren forsynes med rektangulære spenningspulser er kjent for å nå 25 %, noe som resulterer i ujevn rotasjon, og skaper en hastighetskontrollgrense under. Derfor dannes strømmer nær kvadratisk form i statorfasene ved hjelp av lukkede reguleringssløyfer.