Ventilmotor

DC-maskiner har som regel høyere tekniske og økonomiske indikatorer (linearitet av egenskaper, høy effektivitet, små dimensjoner, etc.) enn vekselstrømsmaskiner. En betydelig ulempe er tilstedeværelsen av et børsteapparat, som reduserer påliteligheten, øker treghetsmomentet, skaper radiointerferens, eksplosjonsfare, etc. Derfor, naturligvis, oppgaven med å lage en kontaktløs (børsteløs) DC-motor.

Løsningen på dette problemet ble mulig med fremkomsten av halvlederenheter. I en kontaktløs likestrømsmotor, kalt en konstant ventilstrømmotor, erstattes børstesettet med en halvlederbryter, ankeret er stasjonært, rotoren er permanent magnet.

Prinsippet for drift av ventilmotoren

Ventilmotoren forstås som et variabelt elektrisk drivsystem som består av en elektrisk vekselstrømsmotor som strukturelt ligner på en synkronmaskin, en ventilomformer og kontrollenheter som gir kommutering av motorviklingskretsene avhengig av motorrotorens posisjon.I denne forstand ligner en ventilmotor på en likestrømsmotor der, ved hjelp av en kommuteringsbryter, den svingen på ankerviklingen, som er plassert under feltpolene, er koblet til.

En DC-motor er en kompleks elektromekanisk enhet som kombinerer den enkleste elektriske maskinen og et elektronisk kontrollsystem.

Likestrømsmotorer har alvorlige ulemper, hovedsakelig på grunn av tilstedeværelsen av en børstesamler:

1. Utilstrekkelig pålitelighet av samleapparatet, behovet for dets periodiske vedlikehold.

2. Begrensede verdier av armaturspenning og følgelig kraften til DC-motorer, noe som begrenser deres bruk for høyhastighets, høyeffekts stasjoner.

3. Begrenset overbelastningskapasitet for DC-motorer, begrenser endringshastigheten for ankerstrøm, noe som er avgjørende for svært dynamiske elektriske stasjoner.

I en ventilmotor manifesterer disse ulempene seg ikke, siden børstesamlerbryteren her erstattes av en kontaktfri bryter laget på tyristorer (for høyeffektsdrifter) eller transistorer (for stasjoner med en effekt på opptil 200 kW ). På bakgrunn av dette kalles en ventilmotor som er strukturelt basert på en synkronmaskin ofte en kontaktløs DC-motor.

Når det gjelder kontrollerbarhet, ligner en børsteløs motor også på en DC-motor - hastigheten justeres ved å variere størrelsen på likespenningen som påføres. På grunn av deres gode regulerende egenskaper er ventilmotorer mye brukt til å drive ulike roboter, metallskjæremaskiner, industrimaskiner og mekanismer.

Permanent magnet transistor kommutator med elektrisk drift

Ventilmotoren av denne typen er laget på grunnlag av en trefaset synkronmaskin med permanente magneter på rotoren. Trefase statorviklinger leveres med likestrøm levert i serie til to seriekoblede faseviklinger. Omkoblingen av viklingene utføres av en transistorbryter laget i henhold til en trefaset brokrets.Transistorbryterne åpnes og lukkes avhengig av motorrotorens posisjon. Ventilmotordiagrammet er vist i fig.

Fig. 1. Diagram over en ventilmotor med transistorbryter

Dreiemomentet skapt av motoren bestemmes av samspillet mellom to gjenger:

• statoren skapt av strømmen i statorviklingene,

• rotor laget av høyenergi permanente magneter (basert på samarium-koboltlegeringer og andre).

hvor: θ er romvinkelen mellom statoren og rotorens fluksvektor; pn er antall polpar.

Statorens magnetiske fluks har en tendens til å rotere permanentmagnetrotoren slik at rotorfluksen stemmer overens med statorfluksen (ikke glem magnetnålen, kompasset).

Det største momentet som skapes på rotorakselen vil være i en vinkel mellom fluksvektorene lik π / 2 og vil avta til null når fluksstrømmene nærmer seg. Denne avhengigheten er vist i fig. 2.

La oss vurdere romdiagrammet til fluksvektorene som tilsvarer motormodusen (med antall polpar pn = 1). Anta at i øyeblikket er transistorene VT3 og VT2 slått på (se diagrammet i fig. 1). Deretter flyter strømmen gjennom viklingen av fase B og i motsatt retning gjennom viklingen av fase A. Den resulterende vektoren ppm. statoren vil innta posisjon F3 i rommet (se figur 3).

Hvis rotoren nå er i posisjonen vist i fig. 4, vil motoren utvikle i henhold til 1 det maksimale dreiemomentet som rotoren vil dreie med klokken. Når vinkelen θ avtar, vil dreiemomentet avta. Når rotoren roteres 30°, er det nødvendig i henhold til grafen i fig. 2. bytt strømmen i motorfasene slik at den resulterende ppm vektorstatoren er i posisjon F4 (se fig. 3). For å gjøre dette, slå av transistoren VT3 og slå på transistoren VT5.

Faseveksling utføres av en transistorbryter VT1-VT6 kontrollert av rotorposisjonssensoren DR; i dette tilfellet holdes vinkelen θ innenfor 90 ° ± 30 °, som tilsvarer den maksimale dreiemomentverdien med de minste krusningene. Ved ρn = 1 må seks brytere gjøres per en omdreining av rotoren, derfor ppm. statoren vil gjøre en hel omdreining (se fig. 3). Når antallet polpar er større enn enhet, vil rotasjonen av ppm-vektoren statoren og derfor rotoren være 360/pn grader.

Fig. 2. Avhengighet av motormomentet av vinkelen mellom statoren og rotorens fluksvektor (ved pn = 1)

Fig. 3. Romdiagram av ppm-statoren ved veksling av fasene til ventilmotoren

Fig. 4. Romdiagram i motormodus

Justering av dreiemomentverdien gjøres ved å endre ppm-verdien. stator, dvs. endring i gjennomsnittsverdien av strømmen i statorviklingene

hvor: R1 er statorviklingsmotstanden.

Siden motorfluksen er konstant, vil emf indusert i to seriekoblede statorviklinger være proporsjonal med rotorhastigheten.Den elektriske likevektsligningen for statorkretsene vil være

Når bryterne er av, forsvinner ikke strømmen i statorviklingene umiddelbart, men lukkes gjennom reversdiodene og filterkondensatoren C.

Derfor, ved å justere motorens forsyningsspenning U1, er det mulig å justere størrelsen på statorstrømmen og motorens dreiemoment

Det er lett å se at de oppnådde uttrykkene ligner analoge uttrykk for en DC-motor, med det resultat at de mekaniske egenskapene til en ventilmotor i denne kretsen ligner på egenskapene til en DC-motor med uavhengig eksitasjon ved Φ = const .

Det gjøres en endring i forsyningsspenningen til den børsteløse motoren i den aktuelle kretsen ved hjelp av pulsbreddejusteringsmetoden… Ved å endre driftssyklusen til pulsene til transistorene VT1-VT6 i løpet av periodene de er inkludert, er det mulig å justere gjennomsnittsverdien av spenningen som leveres til statorviklingene til motoren.

For å bruke stoppmodusen, må transistorbryterens operasjonsalgoritme endres på en slik måte at stator-ppm-vektoren ligger etter rotorfluksvektoren. Da vil motormomentet bli negativt. Siden en ukontrollert likeretter er installert ved inngangen til omformeren, er regenerering av bremseenergi i denne kretsen umulig.

Ved avstengning lades kondensatoren til filteret C. Spenningsbegrensningen på kondensatorene utføres ved å koble utladningsmotstanden gjennom transistoren VT7. På denne måten spres bremseenergien i belastningsmotstanden.