Двигател на клапана

DC машините, като правило, имат по -високи технически и икономически показатели (линейност на характеристиките, висока Ефективност, малки размери и т.н.) от машините с променлив ток. Съществен недостатък е наличието на четка апарат, който намалява надеждност, увеличава момента на инерция, създава радиосмущения, опасност от експлозия и др. Следователно, естествено, задачата за създаване безконтактен (безчетков) DC двигател.

Решението на този проблем стана възможно с появата на полупроводникови устройства. В безконтактен DC двигател, Наречен двигател с постоянен вентил текущ, комплектът четки се заменя с полупроводников превключвател, котвата е неподвижна, роторът е постоянен магнит.

Принципът на работа на вентилния двигател

Клапанният двигател се разбира като система с променливо електрическо задвижване, състояща се от електродвигател с променлив ток, структурно подобен на синхронна машина, вентилен преобразувател и устройства за управление, които осигуряват комутация на веригите на намотката на двигателя в зависимост от положението на ротора на двигателя. В този смисъл вентилен двигател е подобен на DC двигател, в който посредством комутационен превключвател е свързан този завой на намотката на котвата, която се намира под полюсите на полето.

Двигателят с постоянен ток е сложен електромеханично устройство, което съчетава най -простия електрически машина и електронна система за управление.

Двигателите с постоянен ток имат сериозни недостатъци, главно поради наличието на апарат за събиране на четки:

1. Недостатъчна надеждност на колекторния апарат, необходимостта от периодичната му поддръжка.

2. Ограничени стойности на напрежението на котвата и съответно мощността на двигателите с постоянен ток, което ограничава използването им за високоскоростни задвижвания с висока мощност.

3. Ограничен капацитет на претоварване на двигатели с постоянен ток, ограничаващ скоростта на промяна на тока на котвата, което е от съществено значение за силно динамичните електрически задвижвания.

При вентилен двигател тези недостатъци не се проявяват, тъй като тук превключвателят на четко-колектор се заменя с безконтактен превключвател, направен на тиристори (за задвижвания с висока мощност) или транзистори (за задвижвания с мощност до 200 kW). Въз основа на това вентилен двигател, който е конструктивно базиран на синхронна машина, често се нарича безконтактен DC двигател.

По отношение на управляемостта, безчетков двигател също е подобен на двигател с постоянен ток — скоростта му се регулира чрез промяна на величината на подаденото DC напрежение. Поради добрите си регулиращи качества, вентилните двигатели се използват широко за задвижване на различни роботи, металорежещи машини, промишлени машини и механизми.

Транзисторен комутатор с постоянен магнит с електрическо задвижване

Клапанният двигател от този тип е направен на базата на трифазна синхронна машина с постоянни магнити на ротора. Трифазните статорни намотки се захранват с постоянен ток, подаван последователно към две последователно свързани фазови намотки. Превключването на намотките се осъществява чрез транзисторен превключвател, направен съгласно трифазна мостова верига.Транзисторните превключватели се отварят и затварят в зависимост от положението на ротора на двигателя. Диаграмата на двигателя на клапана е показана на фиг.

Фиг. 1. Схема на вентилен двигател с транзисторен превключвател

Моментът, създаден от двигателя, се определя от взаимодействието на две нишки:

• статора, създаден от тока в намотките на статора,

• ротор, създаден от високоенергийни постоянни магнити (на базата на сплави от самарий-кобалт и други).

където: θ е пространственият ъгъл между векторите на потока на статора и ротора; pn е броят полюсни двойки.

Магнитният поток на статора има тенденция да завърта ротора с постоянни магнити, така че потокът на ротора съвпада по посока с потока на статора (не забравяйте магнитната игла, компас).

Най -големият момент, създаден на вала на ротора, ще бъде под ъгъл между векторите на потока, равен на π / 2 и ще намалее до нула с приближаването на потоците на потока. Тази зависимост е показана на фиг. 2.

Нека разгледаме пространствената диаграма на потоците вектори, съответстващи на режима на двигателя (с броя на полюсните двойки pn = 1). Да предположим, че в момента транзисторите VT3 и VT2 са включени (вижте диаграмата на фиг. 1). Тогава токът преминава през намотката на фаза В и в обратна посока през намотката на фаза А. Полученият вектор ppm. статорът ще заема позиция F3 в пространството (виж фигура 3).

Ако роторът в този момент заема позицията, показана на фиг. 4, тогава двигателят ще развие в съответствие с 1 максималния въртящ момент, при който роторът ще се завърти по часовниковата стрелка. С намаляването на ъгъла θ въртящият момент ще намалява. Когато роторът се завърти на 30 °, е необходимо в съответствие с графиката на фиг. 2. превключете тока във фазите на двигателя, така че полученият ppm вектор статорът е в позиция F4 (виж фиг. 3). За да направите това, изключете транзистора VT3 и включете транзистора VT5.

Фазовото превключване се осъществява от транзисторен превключвател VT1-VT6, управляван от датчика за положение на ротора DR; в този случай ъгълът θ се поддържа в рамките на 90 ° ± 30 °, което съответства на максималната стойност на въртящия момент с най -малките пулсации. При рn = 1 трябва да се извършат шест превключвания на един оборот на ротора, поради което ppm. статорът ще направи пълен оборот (виж фиг. 3). Когато броят на полюсните двойки е по -голям от единица, въртенето на ppm вектора статорът и следователно роторът ще бъде 360/ pn градуса.

Фиг. 2. Зависимост на въртящия момент на двигателя от ъгъла между векторите на потока на статора и ротора (при pn = 1)

Фиг. 3. Пространствена диаграма на ppm статор при превключване на фазите на вентилния двигател

Фиг. 4. Пространствена диаграма в двигателен режим

Регулирането на стойността на въртящия момент се извършва чрез промяна на стойността на ppm. статор, т.е. промяна в средната стойност на тока в намотките на статора

където: R1 е съпротивлението на намотката на статора.

Тъй като потокът на двигателя е постоянен, ЕРС Той индуциран в две последователно свързани намотки на статора ще бъде пропорционален на скоростта на ротора. Уравнението на електрическото равновесие за статорните вериги ще бъде

Когато ключовете са изключени, токът в намотките на статора не изчезва незабавно, а се затваря през обратните диоди и филтърния кондензатор C.

Следователно, чрез регулиране на захранващото напрежение на двигателя U1, е възможно да се регулира величината на тока на статора и въртящия момент на двигателя

Лесно е да се види, че получените изрази са подобни на аналогични изрази за DC двигател, в резултат на което механичните характеристики на вентилен двигател в тази верига са подобни на характеристиките на DC двигател с независимо възбуждане при Ф = const .

Направена е промяна в захранващото напрежение на безчетковия двигател в разглежданата верига по метода на регулиране на ширината на импулса… Чрез промяна на работния цикъл на импулсите на транзистори VT1-VT6 през периодите на тяхното включване е възможно да се регулира средната стойност на напрежението, подавано към намотките на статора на двигателя.

За да се приложи режимът на спиране, алгоритъмът на работа на транзисторния превключвател трябва да се промени по такъв начин, че ppm вектора статор изостава от вектора на потока на ротора. Тогава въртящият момент на двигателя ще стане отрицателен. Тъй като на входа на преобразувателя е инсталиран неконтролиран токоизправител, регенерирането на спирачната енергия в тази верига е невъзможно.

По време на спиране се презарежда кондензаторът на филтъра С. Ограничението на напрежението върху кондензаторите се осъществява чрез свързване на съпротивлението на разреждане през транзистора VT7. По този начин спирачната енергия се разсейва в съпротивлението на натоварване.