Likriktarstyrning

Ordet «ventil» i motornamnet kommer från ordet «ventil», som betyder en halvledaromkopplare. Således kan frekvensomriktaren i princip kallas en ventildrift om dess driftsätt styrs av en speciell omvandlare av styrda halvledaromkopplare.

Själva ventildriften är ett elektromekaniskt system som består av en synkronmaskin med permanentmagneter på rotorn och en elektronisk kommutator (som driver statorlindningarna) med ett automatiskt sensorbaserat styrsystem.

Inom de många teknikområden där asynkronmotorer eller likströmsmaskiner traditionellt har installerats, kan man idag ofta hitta just ventilmotorer då magnetiska material blir billigare och basen för halvledarelektronik och styrsystem utvecklas mycket snabbt.

Permanentmagnetrotorsynkronmotorer har ett antal fördelar:

• det finns ingen anordning för att samla borstar, därför är motorresursen längre och dess tillförlitlighet är högre än för maskiner med glidkontakter, dessutom är intervallet för driftvarv högre;

• ett brett utbud av matningsspänningar för lindningarna; betydande vridmomentöverbelastning tillåts — mer än 5 gånger;

• hög dynamik för ögonblicket;

• det är möjligt att justera hastigheten med bibehållande av vridmomentet vid låga varv eller med bevarande av kraften vid höga varv;

• Effektivitet över 90 %;

• minimala tomgångsförluster;

• små egenskaper av vikt och storlek.

Neodym-järn-bor-magneter är fullt kapabla att skapa en induktion i gapet i storleksordningen 0,8 T, det vill säga på nivån för asynkrona maskiner, och de viktigaste elektromagnetiska förlusterna i en sådan rötor är frånvarande. Detta innebär att ledningsbelastningen på rotorn kan ökas utan att de totala förlusterna ökar.

Detta är anledningen till den högre elektromekaniska effektiviteten. ventilmotorer jämfört med andra borstlösa maskiner såsom induktionsmotorer. Av samma anledning upptar ventilmotorer nu en värdig plats i katalogerna för ledande utländska och inhemska tillverkare.

Styrning av växelriktarens omkopplare på en permanentmagnetmotor görs traditionellt som en funktion av dess rotorposition. De höga prestandaegenskaperna som sålunda uppnås gör ventilmanövrering mycket lovande i det lilla och medelstora effektområdet för automationssystem, verktygsmaskiner, robotar, manipulatorer, koordinatanordningar, process- och monteringslinjer, styr- och spårningssystem, för flyg, medicin, transport, etc. . t.ex.

Speciellt produceras dragskivventilmotorer med en effekt på mer än 100 kW för elektriska stadstransporter. Här används neodym-järn-bor-magneter med legeringstillsatser som ökar koercitivkraften och ökar magneternas driftstemperatur till 170 ° C, så att motorn enkelt klarar kortvariga femfaldiga ström- och vridmomentöverbelastningar.

Styrenheter för ubåtar, land och flygplan, hjulmotorer, tvättmaskiner – ventilmotorer har användbara tillämpningar på många ställen idag.

Ventilmotorer är av två typer: likström (BLDC — borstlös likström) och växelström (PMAC — permanentmagnet AC). I DC-motorer beror den trapetsformade EMF-rotationen i lindningarna på arrangemanget av rotormagneterna och statorlindningarna.I AC-motorer är den elektromotoriska rotationskraften sinusformad. I den här artikeln kommer vi att prata om styrningen av en mycket vanlig typ av borstlös motor - BLDC (likström).

DC-ventilmotor och dess styrprincip BLDC-motorer kännetecknas av närvaron av en halvledaromkopplare som verkar istället för borstuppsamlingsblocket som är karakteristiskt för DC-maskiner med statorlindning och magnetrotor.

Omkoppling av ventilmotorkommutatorn sker beroende på rotorns aktuella position (beroende på rotorns position). Oftast är statorlindningen trefas, samma som för en stjärnansluten induktionsmotor, och konstruktionen av permanentmagnetrotorn kan vara annorlunda.

Drivmomentet i BLDC bildas som ett resultat av interaktionen mellan statorns och rotorns magnetiska flöden: statorns magnetiska flöde tenderar hela tiden att rotera rotorn i ett sådant läge att permanentmagneternas magnetiska flöde installerad på den sammanfaller i riktning med statorns magnetiska flöde.

På samma sätt orienterar jordens magnetfält kompassnålen – den vecklar ut den "längs fältet". Rotorpositionssensorn låter dig hålla vinkeln mellan flödena konstant på nivån 90 ± 30 °, i detta läge är vridmomentet maximalt.

BLDC-statorlindningens strömförsörjningshalvledaromkopplare är en kontrollerad halvledaromvandlare med en hård 120°-algoritm för omkoppling av spänningar eller strömmar i tre driftsfaser.

Ett exempel på ett funktionsdiagram över effektdelen av en omvandlare med möjlighet till regenerativ bromsning visas i figuren ovan. Här ingår växelriktaren med amplitud-pulsmodulering av utgången IGBT transistorer, och amplituden justeras tack vare pulsbreddsmodulering på en mellanliggande DC-länk.

I grund och botten används för detta ändamål tyristorfrekvensomriktare med en autonom spännings- eller strömväxelriktare med effektstyrning och transistorfrekvensomvandlare med en autonom spänningsomriktare styrd i PWM-läge eller med reläreglering av utströmmen.

Som ett resultat liknar motorns elektromekaniska egenskaper de traditionella DC-maskiner med magnetoelektrisk eller oberoende magnetisering, vilket är anledningen till att BLDC-styrsystem är byggda enligt den klassiska principen om slavkoordinatstyrning av en DC-drivenhet med rotorvarv och strömslingor av statorn.

För korrekt funktion av kommutatorn kan en kapacitiv eller induktiv diskret sensor kopplad med polmotorn användas som sensor eller system baserad på Halleffektsensorer med permanentmagneter.

Närvaron av en sensor komplicerar dock ofta maskinens design som helhet, och i vissa applikationer kan rotorpositionssensorn inte installeras alls. Därför tillgriper de i praktiken ofta användningen av "sensorlösa" styrsystem. Den sensorlösa styralgoritmen är baserad på analys av data direkt från växelriktarterminalerna och den aktuella frekvensen för rotorn eller strömförsörjningen.

Den mest populära sensorlösa algoritmen är baserad på att beräkna EMF för en av motorns faser, bortkopplad från strömförsörjningen för tillfället. EMF-övergången för avstängningsfasen till noll är fixerad, en förskjutning på 90 ° bestäms, det ögonblick då mitten av nästa nuvarande puls ska falla beräknas. Fördelen med denna metod är dess enkelhet, men det finns också nackdelar: vid låga hastigheter är det ganska svårt att bestämma ögonblicket för nollkorsning; retardationen kommer endast att vara exakt vid en konstant rotationshastighet.

Under tiden, för mer exakt kontroll, används komplexa metoder för att uppskatta rotorns position: enligt anslutningen av fasernas flöde, enligt den tredje övertonen av lindningarnas EMF, enligt förändringar i induktansen för faslindningar.

Tänk på ett exempel på övervakning av streaminganslutningar. BLDC vridmomentrippel när motorn matas med rektangulära spänningspulser är känt för att nå 25 %, vilket resulterar i ojämn rotation, vilket skapar en hastighetskontrollgräns under. Därför bildas strömmar nära kvadratisk form i statorfaserna med hjälp av slutna styrslingor.