Ventil motor

DC-maskiner har som regel højere tekniske og økonomiske indikatorer (linearitet af karakteristika, høj effektivitet, små dimensioner osv.) end vekselstrømsmaskiner. En væsentlig ulempe er tilstedeværelsen af ​​et børsteapparat, som reducerer pålideligheden, øger inertimomentet, skaber radiointerferens, eksplosionsfare osv. Derfor naturligvis opgaven med at skabe en kontaktløs (børsteløs) jævnstrømsmotor.

Løsningen på dette problem blev mulig med fremkomsten af ​​halvlederenheder. I en kontaktløs jævnstrømsmotor, kaldet en konstant ventilstrømmotor, er børstesættet erstattet af en halvlederkontakt, ankeret er stationært, rotoren er permanent magnet.

Princippet om drift af ventilmotoren

Ventilmotoren forstås som et variabelt elektrisk drivsystem, der består af en vekselstrømselektrisk motor, der strukturelt ligner en synkronmaskine, en ventilkonverter og styreenheder, der sørger for kommutering af motorviklingskredsløbene afhængigt af motorrotorens position.I denne forstand ligner en ventilmotor en jævnstrømsmotor, hvor den drejning af ankerviklingen, som er placeret under feltpolerne, er forbundet ved hjælp af en kommuteringsafbryder.

En jævnstrømsmotor er en kompleks elektromekanisk enhed, der kombinerer den enkleste elektriske maskine og et elektronisk styresystem.

Jævnstrømsmotorer har alvorlige ulemper, hovedsageligt på grund af tilstedeværelsen af ​​en børsteopsamler:

1. Utilstrækkelig pålidelighed af samleapparatet, behovet for dets periodiske vedligeholdelse.

2. Begrænsede værdier af ankerspænding og følgelig effekten af ​​jævnstrømsmotorer, hvilket begrænser deres brug til højhastighedsdrev med høj effekt.

3. Begrænset overbelastningskapacitet af DC-motorer, hvilket begrænser hastigheden af ​​ændring af ankerstrøm, hvilket er afgørende for højdynamiske elektriske drev.

I en ventilmotor viser disse ulemper sig ikke, da børstesamlerkontakten her erstattes af en kontaktfri kontakt lavet på tyristorer (til højeffektdrev) eller transistorer (til drev med en effekt på op til 200 kW ). Ud fra dette kaldes en ventilmotor, der strukturelt er baseret på en synkronmaskine, ofte for en kontaktløs jævnstrømsmotor.

Med hensyn til kontrollerbarhed ligner en børsteløs motor også en DC-motor - dens hastighed justeres ved at variere størrelsen af ​​den påførte DC-spænding. På grund af deres gode regulerende egenskaber er ventilmotorer meget brugt til at drive forskellige robotter, metalskæremaskiner, industrielle maskiner og mekanismer.

Permanent magnet transistor kommutator med elektrisk drev

Ventilmotoren af ​​denne type er lavet på basis af en trefaset synkronmaskine med permanente magneter på rotoren. Trefasede statorviklinger forsynes med jævnstrøm leveret i serie til to serieforbundne faseviklinger. Omkoblingen af ​​viklingerne udføres af en transistorafbryder lavet efter et trefaset brokredsløb.Transistorkontakterne åbnes og lukkes afhængigt af motorrotorens position. Ventilmotordiagrammet er vist i fig.

Fig. 1. Diagram over en ventilmotor med transistorkontakt

Drejningsmomentet skabt af motoren bestemmes af samspillet mellem to gevind:

• statoren skabt af strømmen i statorviklingerne,

• rotor lavet af højenergi permanente magneter (baseret på samarium-koboltlegeringer og andre).

hvor: θ er rumvinklen mellem stator- og rotorfluxvektorerne; pn er antallet af polpar.

Statorens magnetiske flux har en tendens til at rotere permanentmagnetrotoren, så rotorfluxen passer i retning med statorfluxen (glem ikke magnetnålen, kompas).

Det største moment skabt på rotorakslen vil være i en vinkel mellem fluxvektorerne lig med π / 2 og vil falde til nul, når fluxstrømmene nærmer sig. Denne afhængighed er vist i fig. 2.

Lad os betragte det rumlige diagram af fluxvektorerne svarende til motortilstanden (med antallet af polpar pn = 1). Antag, at transistorerne VT3 og VT2 i øjeblikket er tændt (se diagrammet i fig. 1). Så løber strømmen gennem viklingen af ​​fase B og i den modsatte retning gennem viklingen af ​​fase A. Den resulterende vektor ppm. statoren vil indtage position F3 i rummet (se figur 3).

Hvis rotoren nu er i positionen vist i fig. 4, så vil motoren ifølge 1 udvikle det maksimale drejningsmoment, ved hvilket rotoren vil dreje med uret. Når vinklen θ falder, vil drejningsmomentet falde. Når rotoren drejes 30°, er det nødvendigt ifølge grafen i fig. 2. skift strømmen i motorfaserne, så den resulterende ppm vektorstator er i position F4 (se fig. 3). For at gøre dette skal du slukke for transistoren VT3 og tænde for transistoren VT5.

Faseskift udføres af en transistorkontakt VT1-VT6 styret af rotorpositionsføleren DR; i dette tilfælde holdes vinklen θ inden for 90 ° ± 30 °, hvilket svarer til den maksimale drejningsmomentværdi med de mindste krusninger. Ved ρn = 1 skal der foretages seks kontakter pr. en omdrejning af rotoren, derfor ppm. statoren vil lave en fuld omdrejning (se fig. 3). Når antallet af polpar er større end én, vil rotationen af ​​ppm vektoren statoren og derfor rotoren være 360/pn grader.

Fig. 2. Motorens drejningsmoment afhængig af vinklen mellem statoren og rotorfluxvektorerne (ved pn = 1)

Fig. 3. Geografisk diagram af ppm-statoren ved skift af ventilmotorens faser

Fig. 4. Geografisk diagram i motordrift

Justering af momentværdien sker ved at ændre ppm-værdien. stator, dvs. ændring i gennemsnitsværdien af ​​strømmen i statorviklingerne

hvor: R1 er statorviklingsmodstanden.

Da motorfluxen er konstant, vil emk induceret i to serieforbundne statorviklinger være proportional med rotorhastigheden.Den elektriske ligevægtsligning for statorkredsløbene vil være

Når kontakterne er slukket, forsvinder strømmen i statorviklingerne ikke med det samme, men lukkes gennem reversdioderne og filterkondensatoren C.

Ved at justere motorforsyningsspændingen U1 er det derfor muligt at justere størrelsen af ​​statorstrømmen og motorens drejningsmoment

Det er let at se, at de opnåede udtryk ligner analoge udtryk for en DC-motor, med det resultat, at de mekaniske egenskaber for en ventilmotor i dette kredsløb ligner karakteristikaene for en DC-motor med uafhængig excitation ved Φ = const .

Der foretages en ændring i forsyningsspændingen for den børsteløse motor i det pågældende kredsløb ved hjælp af pulsbreddejusteringsmetoden… Ved at ændre driftscyklussen af ​​impulserne på transistorerne VT1-VT6 i perioderne for deres inklusion, er det muligt at justere gennemsnitsværdien af ​​spændingen, der leveres til motorens statorviklinger.

For at anvende stoptilstanden skal transistoromskifteroperationsalgoritmen ændres på en sådan måde, at stator-ppm-vektoren ligger efter rotorfluxvektoren. Så bliver motorens drejningsmoment negativt. Da en ukontrolleret ensretter er installeret ved indgangen til konverteren, er regenerering af bremseenergi i dette kredsløb umulig.

Ved nedlukning genoplades kondensatoren til filteret C. Spændingsbegrænsningen på kondensatorerne udføres ved at forbinde afladningsmodstanden gennem transistoren VT7. På denne måde spredes bremseenergien i belastningsmodstanden.