Управление на токоизправител

Думата «вентил» в името на двигателя идва от думата «клапан», което означава полупроводников ключ. Така по принцип задвижването може да се нарече вентилно задвижване, ако неговият режим на работа се управлява от специален преобразувател на контролирани полупроводникови превключватели.

Самото вентилно задвижване е електромеханична система, състояща се от синхронна машина с постоянни магнити на ротора и електронен комутатор (с който се захранват статорните намотки) с автоматична система за управление, базирана на сензори.

В онези многобройни области на технологията, където традиционно са били инсталирани асинхронни двигатели или машини с постоянен ток, днес често могат да се намерят точно вентилни двигатели, тъй като магнитните материали стават по -евтини, а основата на полупроводникова електроника и системи за управление се развива много бързо .

Синхронните двигатели с постоянен магнит на ротора имат редица предимства:

• няма устройство за събиране на четки, следователно ресурсът на двигателя е по-дълъг и надеждността му е по-висока от тази на машини с плъзгащи се контакти, освен това диапазонът на работните обороти е по-висок;

• широк диапазон на захранващи напрежения на намотките; допуска се значително претоварване на въртящия момент — повече от 5 пъти;

• висока динамика на момента;

• възможно е регулиране на скоростта с запазване на въртящия момент при ниски обороти или с запазване на мощността при високи обороти;

• Ефективност над 90%;

• минимални загуби на празен ход;

• малки характеристики на теглото и размера.

Магнитите от състава «неодим-желязо-бор» са напълно способни да създават индукция в пролуката от порядъка на 0,8 T, тоест на нивото на асинхронните машини, а основните електромагнитни загуби в такъв ротор липсват. Това означава, че линейното натоварване на ротора може да се увеличи, без да се увеличават общите загуби.

Това е причината за по -високата електромеханична ефективност. клапанни двигатели в сравнение с други безчеткови машини като асинхронни двигатели. По същата причина вентилните двигатели сега заемат достойно място в каталозите на водещи чуждестранни и местни производители.

Управлението на ключовете на инвертора на двигател с постоянен магнит традиционно се извършва като функция от положението на неговия ротор. Постигнатите по този начин високи експлоатационни характеристики правят задвижването на клапаните много обещаващо в диапазона от малки и средни мощности за системи за автоматизация, металорежещи машини, роботи, манипулатори, координатни устройства, линии за обработка и сглобяване, системи за насочване и проследяване, за авиация, медицина , транспорт и др. .г.

По -специално, двигатели на тягови дискови клапани с мощност над 100 kW се произвеждат за градски електрически транспорт. Тук магнитите „неодим-желязо-бор“ се използват с добавки от легиране, които увеличават принудителната сила и повишават работната температура на магнитите до 170 ° C, така че двигателят лесно да издържа на краткосрочни петкратни претоварвания при ток и въртящ момент.

Управляващите задвижвания за подводни, наземни и самолетни, колесни двигатели, перални машини — вентилните двигатели намират полезни приложения на много места днес.

Двигателите на клапаните са два вида: постоянен ток (BLDC — безчетков DC) и променлив ток (PMAC — постоянен магнит AC). При двигатели с постоянен ток трапецовидният ЕРС на въртене в намотките се дължи на подреждането на роторните магнити и намотките на статора.В двигателите с променлив ток електромоторната сила на въртене е синусоидална. В рамките на тази статия ще говорим за управлението на много често срещан тип безчеткови двигатели — BLDC (постоянен ток).

Двигателят с постоянен ток на клапана и принципът на неговото управление BLDC двигателите се отличават с наличието на полупроводников превключвател, който действа вместо четкосъбирателния блок, който е характерен за DC машини със статорна намотка и магнитен ротор.

Превключването на комутатора на вентилния двигател става в зависимост от текущото положение на ротора (в зависимост от положението на ротора). Най-често намотката на статора е трифазна, същата като тази на асинхронен двигател със звездна връзка, а конструкцията на ротора с постоянен магнит може да бъде различна.

Задвижващият момент в BLDC се формира в резултат на взаимодействието на магнитните потоци на статора и ротора: магнитният поток на статора през цялото време се стреми да завърти ротора в такова положение, че магнитният поток на постоянните магнити инсталиран върху него съвпада по посока с магнитния поток на статора.

По същия начин магнитното поле на Земята ориентира иглата на компаса — тя я разгръща „по полето“. Сензорът за положение на ротора ви позволява да поддържате ъгъла между потоците постоянен на ниво 90 ± 30 °, в това положение въртящият момент е максимален.

Полупроводниковият превключвател за захранване на статорните намотки BLDC е контролиран полупроводников преобразувател с твърд 120 ° алгоритъм за превключване на напрежения или токове от три работни фази.

Пример за функционална схема на силова секция на преобразувател с възможност за регенеративно спиране е показан на фигурата по -горе. Тук инверторът с амплитудно-импулсна модулация на изхода е включен IGBT транзистори, а амплитудата се регулира благодарение на широчинно импулсна модулация на междинна DC връзка.

По принцип за тази цел се използват: тиристорни честотни преобразуватели с автономен инвертор на напрежение или ток с управление на мощността и транзисторни честотни преобразуватели с автономен инвертор на напрежение, управляван в режим ШИМ или с релейно регулиране на изходния ток.

В резултат на това електромеханичните характеристики на двигателя са подобни на традиционните машини с постоянен ток с магнитоелектрично или независимо възбуждане, поради което системите за управление на BLDC са изградени според класическия принцип на подчинено управление на координатите на DC задвижване с обороти на ротора и токови контури на статора .

За правилната работа на комутатора, капацитивен или индуктивен дискретен сензор, съчетан с двигателя на полюсите, може да се използва като сензор или система въз основа на сензори за ефект на Хол с постоянни магнити.

Наличието на сензор обаче често усложнява дизайна на машината като цяло и в някои приложения сензорът за положение на ротора изобщо не може да бъде инсталиран. Затова на практика те често прибягват до използването на системи за управление „без сензори“. Алгоритъмът за управление без сензори се основава на анализ на данни директно от терминалите на инвертора и текущата честота на ротора или захранването.

Най -популярният алгоритъм без сензори се основава на изчисляване на ЕМП за една от фазите на двигателя, изключени от захранването в момента. Преходът на ЕРС на изключената фаза през нула е фиксиран, определя се изместване от 90 °, изчислява се моментът във времето, в който средата на следващия токов импулс трябва да падне. Предимството на този метод се състои в неговата простота, но има и недостатъци: при ниски скорости е доста трудно да се определи моментът на преминаване на нулата; забавянето ще бъде точно само при постоянна скорост на въртене.

Междувременно за по -точно управление се използват сложни методи за оценка на положението на ротора: според връзката на потока на фазите, според третата хармоника на ЕМП на намотките, според промените в индуктивността на фазовите намотки .

Помислете за пример за наблюдение на поточните връзки. Известно е, че пулсацията на BLDC въртящия момент, когато двигателят се захранва с правоъгълни импулси на напрежение, достига 25%, което води до неравномерно въртене, създава ограничение за регулиране на скоростта отдолу. Следователно токове, близки до правоъгълна форма, се образуват във фазите на статора с помощта на затворени управляващи контури.