Ventilmotor

DC-maskiner har som regel högre tekniska och ekonomiska indikatorer (linjäritet av egenskaper, hög effektivitet, små dimensioner etc.) än växelströmsmaskiner. En betydande nackdel är närvaron av en borstapparat, vilket minskar tillförlitligheten, ökar tröghetsmomentet, skapar radiostörningar, explosionsrisk, etc. Därför, naturligtvis, uppgiften att skapa en kontaktlös (borstlös) DC-motor.

Lösningen på detta problem blev möjlig med tillkomsten av halvledarenheter. I en beröringslös likströmsmotor, kallad konstantventilströmmotor, ersätts borstsatsen av en halvledarbrytare, ankaret är stationärt, rotorn är permanentmagnet.

Funktionsprincipen för ventilmotorn

Ventilmotorn förstås som ett variabelt elektriskt drivsystem bestående av en elmotor med växelström som strukturellt liknar en synkronmaskin, en ventilomvandlare och styranordningar som tillhandahåller kommutering av motorlindningskretsarna beroende på motorrotorns position.I denna mening liknar en ventilmotor en likströmsmotor i vilken, med hjälp av en kommuteringsbrytare, den varv på ankarlindningen, som är placerad under fältpolerna, är ansluten.

En DC-motor är en komplex elektromekanisk anordning som kombinerar den enklaste elektriska maskinen och ett elektroniskt styrsystem.

Likströmsmotorer har allvarliga nackdelar, främst på grund av närvaron av en borstsamlare:

1. Otillräcklig tillförlitlighet hos samlarapparaten, behovet av dess periodiska underhåll.

2. Begränsade värden för armaturspänning och följaktligen kraften hos DC-motorer, vilket begränsar deras användning för höghastighets- och högeffektdrivningar.

3. Begränsad överbelastningskapacitet för DC-motorer, vilket begränsar förändringshastigheten för ankarströmmen, vilket är väsentligt för högdynamiska elektriska drivningar.

I en ventilmotor uppenbarar sig dessa nackdelar inte, eftersom borstsamlarströmställaren här ersätts av en kontaktfri omkopplare gjord på tyristorer (för högeffektdrivningar) eller transistorer (för drivenheter med en effekt på upp till 200 kW ). Utifrån detta kallas en ventilmotor som är strukturellt baserad på en synkronmaskin ofta för en kontaktlös DC-motor.

När det gäller kontrollerbarhet liknar en borstlös motor också en DC-motor - dess hastighet justeras genom att variera storleken på den applicerade DC-spänningen. På grund av deras goda regleringsegenskaper används ventilmotorer i stor utsträckning för att driva olika robotar, skärmaskiner, industrimaskiner och mekanismer.

Permanent magnet transistor kommutator med elektrisk drivning

Ventilmotorn av denna typ är gjord på basis av en trefas synkronmaskin med permanentmagneter på rotorn. Trefas statorlindningar matas med likström i serie till två seriekopplade faslindningar. Omkopplingen av lindningarna utförs av en transistoromkopplare gjord enligt en trefas bryggkrets.Transistoromkopplarna öppnas och stängs beroende på motorrotorns position. Ventilmotordiagrammet visas i fig.

Fikon. 1. Diagram över en ventilmotor med transistorbrytare

Vridmomentet som skapas av motorn bestäms av samverkan mellan två gängor:

• statorn som skapas av strömmen i statorlindningarna,

• rotor skapad av högenergipermanentmagneter (baserad på samarium-koboltlegeringar och andra).

där: θ är rymdvinkeln mellan stator- och rotorflödesvektorerna; pn är antalet polpar.

Det magnetiska statorflödet tenderar att rotera permanentmagnetrotorn så att rotorflödet matchar i riktning med statorflödet (glöm inte magnetnålen, kompassen).

Det största momentet som skapas på rotoraxeln kommer att vara i en vinkel mellan flödesvektorerna lika med π / 2 och kommer att minska till noll när flödesflödena närmar sig. Detta beroende visas i fig. 2.

Låt oss betrakta det rumsliga diagrammet för flödesvektorerna som motsvarar motorläget (med antalet polpar pn = 1). Antag att för tillfället är transistorerna VT3 och VT2 påslagna (se diagrammet i fig. 1). Sedan flyter strömmen genom lindningen av fas B och i motsatt riktning genom lindningen av fas A. Den resulterande vektorn ppm. statorn kommer att inta position F3 i rymden (se figur 3).

Om rotorn nu är i det läge som visas i fig. 4, kommer motorn att utveckla enligt 1 det maximala vridmoment vid vilket rotorn kommer att vridas medurs. När vinkeln θ minskar kommer vridmomentet att minska. När rotorn roteras 30° är det nödvändigt enligt grafen i fig. 2. växla strömmen i motorfaserna så att den resulterande ppm vektorstatorn är i position F4 (se fig. 3). För att göra detta, stäng av transistorn VT3 och slå på transistorn VT5.

Fasomkoppling utförs av en transistoromkopplare VT1-VT6 som styrs av rotorpositionsgivaren DR; i detta fall hålls vinkeln θ inom 90° ± 30°, vilket motsvarar det maximala vridmomentvärdet med de minsta krusningarna. Vid ρn = 1 måste sex omkopplare göras per ett varv av rotorn, därför ppm. statorn kommer att göra ett helt varv (se fig. 3). När antalet polpar är större än ett, blir rotationen av ppm-vektorn statorn och därför rotorn 360/pn grader.

Fikon. 2. Motorvridmomentets beroende av vinkeln mellan statorns och rotorns flödesvektor (vid pn = 1)

Fikon. 3. Rumsdiagram över ppm-statorn vid omkoppling av ventilmotorns faser

Fikon. 4. Rumsdiagram i motorläge

Justering av vridmomentet görs genom att ändra ppm-värdet. stator, dvs. förändring i medelvärdet av strömmen i statorlindningarna

där: R1 är statorlindningsmotståndet.

Eftersom motorflödet är konstant kommer den emk som induceras i två seriekopplade statorlindningar att vara proportionell mot rotorhastigheten.Den elektriska jämviktsekvationen för statorkretsarna kommer att vara

När omkopplarna är avstängda försvinner inte strömmen i statorlindningarna omedelbart, utan stängs genom backdioderna och filterkondensatorn C.

Därför, genom att justera motorns matningsspänning U1, är det möjligt att justera storleken på statorströmmen och motorns vridmoment

Det är lätt att se att de erhållna uttrycken liknar analoga uttryck för en DC-motor, med resultatet att de mekaniska egenskaperna hos en ventilmotor i denna krets liknar egenskaperna hos en DC-motor med oberoende excitation vid Φ = const .

En förändring görs i matningsspänningen för den borstlösa motorn i den aktuella kretsen med pulsbreddsjusteringsmetoden… Genom att ändra arbetscykeln för pulserna på transistorerna VT1-VT6 under de perioder de ingår, är det möjligt att justera medelvärdet för spänningen som tillförs motorns statorlindningar.

För att tillämpa stoppläget måste transistoromkopplarens operationsalgoritm ändras på ett sådant sätt att statorns ppm-vektor ligger efter rotorflödesvektorn. Då blir motorns vridmoment negativt. Eftersom en okontrollerad likriktare är installerad vid omvandlarens ingång, är regenerering av bromsenergi i denna krets omöjlig.

Vid avstängning laddas kondensatorn till filtret C. Spänningsbegränsningen på kondensatorerna utförs genom att urladdningsmotståndet kopplas genom transistorn VT7. På så sätt försvinner bromsenergin i belastningsmotståndet.