Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
8 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое вентельный двигатель

Что такое вентельный двигатель

В зависимости от конструктивных особенностей СДПМ различают два основных вида вентильных двигателей [3, 4]:
1. Бесконтактные (бесщеточные) двигатели постоянного тока (БДПТ), в англоязычной литературе называемые «brushless DC motors», в которых конструкция синхронной машины магнитоэлектрического возбуждения, т.е. геометрическое расположение витков обмотки якоря на статоре и постоянных магнитов на роторе, обуславливает фазные ЭДС вращения трапецеидальной формы (рис. 3).
2. Бесконтактные двигатели переменного тока — «permanent-magnet brushless AC motors», фазные ЭДС, вращения которых имеют синусоидальный характер. Именно такие системы чаще всего называют вентильными двигателями — ВД.

БЕСКОНТАКТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

По принципу действия БДПТ представляет собой обращенную машину постоянного тока с магнитоэлектрическим индуктором на роторе и обмоткой якоря на статоре, функции щеточно-коллекторного узла в которой выполняет полупроводниковый коммутатор, питающий обмотку якоря и переключающийся в функции положения ротора.
Наиболее часто используются БДПТ с трехфазной обмоткой на статоре. Статор трехфазного БДПТ идентичен статору асинхронного двигателя (рис. 4) [5], и его обмотка, как правило, соединена в звезду.

Возможные варианты конструкции ротора двигателя и расположения постоянных магнитов иллюстрируются на рис. 5 [4].


Момент БДПТ образуется вследствие реакции двух магнитных потоков — статора и ротора. Магнитный поток статора всегда стремится так развернуть ротор с постоянными магнитами, чтобы поток последнего совпал с ним по направлению. Так же действует магнитное поле Земли на стрелку компаса. При этом с помощью датчика положения ротора электрический угол между двумя потоками в БДПТ всегда сохраняется в диапазоне 90±30O, что соответствует максимальному вращающему моменту.

Для питания обмотки якоря БДПТ принципиально может применяться любой управляемый полупроводниковый преобразователь, реализующий жесткий алгоритм 120-градусной коммутации токов или напряжений трехфазной нагрузки, как показано на рис. 6 [5]. В качестве примера на рис. 7 приведена функциональная схема силовой части двухзвенного преобразователя напряжений электропривода «Триол ВТ04» (производство корп. «Триол», г. Москва), построенной на базе транзисторного IGBTинвертора с амплитудно-импульсной модуляцией выходных напряжений, которая осуществляется посредством широтно-импульсного регулирования напряжения в звене постоянного тока преобразователя. Здесь: ВП — полууправляемый выпрямитель (вентильный преобразователь), предназначенный для обеспечения плавного предзаряда емкости входного фильтра преобразователя Ф1; КРН — ключ регулятора напряжения на емкости выходного фильтра Ф2; РК — разрядный ключ, предназначенный для реализации режимов генераторного торможения двигателя; АИН — транзисторный автономный инвертор напряжения; ДТ — датчик тока двигателя. Могут использоваться и другие двухзвенные преобразователи частоты (ПЧ) трехфазного электропривода переменного тока:
— тиристорный ПЧ с автономным инвертором тока или напряжения и управляемым вентильным преобразователем на стороне питающей сети;
— транзисторный ПЧ с автономным инвертором напряжения, работающим в режиме широтно-импульсной модуляции или прямого разрывного (релейного) регулирования выходного тока (см. ниже силовую схему ВД).

Механические и электромеханические (скоростные) характеристики БДПТ полностью аналогичны характеристикам классической машины постоянного тока с независимым или магнитоэлектрическим возбуждением.

Поэтому и системы автоматического управления скоростью БДПТ обычно строятся по классическому принципу подчиненного регулирования координат электропривода постоянного тока с контурами тока якоря и частоты вращения.

В качестве датчика собственных нужд, необходимого для реализации алгоритма переключения коммутатора БДПТ, могут использоваться согласованные с двигателем по числу пар полюсов индуктивные или емкостные дискретные датчики положения, а также системы на базе датчиков Холла и постоянных магнитов.

Однако любой из вышеперечисленных видов датчиков существенно усложняет конструкцию электрической машины и снижает надежность электропривода в целом. Кроме того, существует широкий круг технологи ческих механизмов, где в силу удаленности двигателя от коммутатора использование датчиков положения практически невозможно. В этой связи часто применяются так называемые «бездатчиковые» (sensorless) алгоритмы управления БДПТ, основанные на анализе поведения электромагнитных переменных СДПМ, которые могут быть измерены непосредственно на выходных клеммах полупроводникового преобразователя, и текущей частоты вращения (питания) двигателя.


Наиболее распространенный алгоритм «бездатчикового» управления БДПТ основан на косвенном измерении (вычислении оценки) ЭДС одной из фаз двигателя, на данном интервале времени отключенной от источника питания. Коммутация токов двигателя осуществляется путем фиксации момента перехода через ноль ЭДС отключенной фазы, который со сдвигом на 90 электрических градусов определяет середину соответствующего импульса тока [4] (рис.8). К преимуществам данного способа управления следует отнести его простоту, но очевидны и следующие недостатки:
— сложность определения момента перехода ЭДС через ноль на малых скоростях;
— задержку на включение очередного состояния коммутатора удается точно сформировать лишь при постоянной частоте вращения ротора.
Дабы избежать работы с малыми сигналами и не формировать программное запаздывание, можно использовать более сложные методы косвенного оценивания положения ротора [4]:
— по третьей гармонике ЭДС вращения;
— по изменениям индуктивностей фаз двигателя;
— по оценкам потокосцеплений фаз.
Причем алгоритмы оценивания потокосцеплений, в свою очередь, базируются на наблюдателях Люенбергера, расширенных фильтрах Калмана или нейросетевых моделях электромагнитных процессов в БДПТ. Один из вариантов построения наблюдателей потокосцеплений ВД рассмотрен ниже.
Известно (см. рис.6), что при прямоугольных напряжениях на фазах статора электромагнитный момент БДПТ существенно пульсирует (амплитуда пульсаций может достигать до 25% от номинального момента двигателя [6]), что вызывает неравномерность вращения, ограничивающую диапазон регулирования скорости снизу. Поэтому целесообразно формировать в фазах статора близкие к прямоугольным токи, для чего используются замкнутые контуры регулирования.

ВЕНТИЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Синхронные двигатели с синусоидальной формой ЭДС вращения и, соответственно, с синусоидально распределенными по расточке статора трехфазными обмотками якоря сложнее в изготовлении, имеют значительные лобовые части обмоток и требуют, таким образом, большего расхода меди. Однако они превосходят БДПТ по массогабаритным показателям, обеспечивают минимальные пульсации вращающего момента и поэтому используются в глубоко регулируемых и прецизионных системах электропривода, приводах подач металлорежущих станков и измерительных установках. В отличие от БДПТ, питание обмотки якоря ВД переменного тока осуществляется трехфазно-симметричной системой токов (напряжений), при этом используется ставшая уже стандартной силовая схема преобразователя электрической энергии на базе транзисторного IGBT-инвертора напряжения (рис.9). Благодаря управлению транзисторами инвертора в режиме модифицированной синусоидальной или пространственно-векторной широтно-импульсной модуляции (ШИМ) с относительно высокими частотами (для двигателей малой и средней мощности с номинальной частотой питания 50 Гц частоты ШИМ могут составлять от 1 до 20 кГц) обеспечивается близкая к синусоидальной форма токов ВД.

Вентильные реактивные электродвигатели / генераторы (Switched Reluctance Motors / Generators)

Современный уровень развития регулируемых электроприводов в значительной степени определяется достижениями в области силовой полупроводниковой техники: созданием IGBT и MOSFET транзисторов для коммутации силовых электрических цепей. Это позволило специально для систем электропривода создать электрическую машину нового типа c электронной коммутацией фазных обмоток якоря и получившую название SRM (ближайший перевод на русский язык — машина с модуляцией магнитной проводимости). В качестве рабочего термина нами используется вентильный реактивный электродвигатель (ВРД) / генератор (ВРГ) или вентильный реактивный индукторный электродвигатель / генератор.

ВРД следует отличать от синхронного реактивного электродвигателя (СРД), который работает при синусоидально изменяющихся напряжениях, подаваемых на фазы его обмотки якоря без обратной связи по положению ротора, при этом СРД обладает низким КПД.

Электрическая машина типа ВРД устроена проще, чем традиционные машины переменного тока — синхронная и асинхронная, она более технологична и менее материалоемка, что создает предпосылки для достижения высоких показателей надежности, экономичности, низкой стоимости и стойкости ее к воздействиям окружающей среды. Впервые в системе управляемого электропривода удается сбалансировать показатели эффективности электронной управляющей части и электромеханического преобразователя машины.

Читать еще:  Глухой звук при запуске двигателя

Появление и развитие электроприводов нового типа означает конец эры коллекторных электрических машин, применение которых в разрабатываемых системах электропривода становится анахронизмом. Даже асинхронная машина, повсеместное распространение которой было обусловлено простотой конструкции и надежностью, уступает по этим параметрам ВРД.

Рис. 1. Структурная схема управлением

Конструктивно электропривод состоит из микропроцессорного блока управления, электронного коммутатора и электромеханического преобразователя (ЭМП). Электромеханический преобразователь обеспечивает преобразование электрической энергии, поступающей от электронного коммутатора, в механическую или осуществляет обратное преобразование механической энергии в электрическую. Микропроцессорный блок управления формирует сигналы коммутатора, который генерирует импульсное напряжение питания ЭМП в зависимости от сигналов, поступающих от датчика положения ротора ЭМП. Возможен вариант без датчика положения ротора, в этом случае положение ротора определяется по величине индуктивности обмоток статора.

Отличительную основу ЭМП составляют магнитопроводы статора и ротора с явно выраженными полюсами, выполненные в виде пакетов из листового магнитомягкого материала. Катушки обмотки якоря расположены на полюсах магнитопровода статора. Катушки, находящиеся на противоположных полюсах, соединены попарно последовательно и образуют фазные секции обмотки якоря. На рис. 2 в качестве примеров показаны ЭМП с шестью (рис. 2а) и восемью (рис. 2б) полюсами на статоре и четырьмя и шестью полюсами на роторе соответственно.

В зависимости от назначения электродвигателя / генератора и предъявляемых к нему в связи с этим требований, количество полюсов на статоре и на роторе может изменяться. В некоторых случаях на полюсах магнитопровода статора могут быть сделаны дополнительные зубцы. Обмотка якоря, в приведенных на рисунке примерах ЭМП, трехфазная (рис.2а) и четырехфазная (рис.2б). Количество полюсов статора и ротора, число фаз обмотки якоря может изменяться в зависимости от назначения электродвигателя / генератора. Подбором чисел полюсов статора и ротора может быть получен вращающий момент существенно больший по сравнению с электрическими машинами других типов.

Рис. 2а
Рис. 2б
Рис. 2. Обмотка якоря трехфазная и четырехфазная

Очевидная конструктивная простота является основным достоинством электромеханического преобразователя ВРД, что позволяет существенно снизить затраты при его изготовлении и обеспечить очень высокую надежность работы электродвигателя / генератора. В качестве примера на рисунках 3, 4, 5 показаны основные части нескольких вариантов ЭМП вентильных реактивных электродвигателей и генераторов.

Рис. 3
Рис. 4
Рис. 5
Основные части нескольких вариантов ЭМП вентильных реактивных электродвигателей и генераторов

На рис.6 приведена механическая характеристика ЭМП в режиме с ограничением тока. Естественная механическая характеристика ЭМП при постоянном питающем напряжении аналогична такой же характеристике коллекторного электродвигателя постоянного тока с последовательным возбуждением.

Рис. 6. Механическая характеристика ЭМП в режиме с ограничением тока

Особенности электромеханического преобразования энергии в вентильном электродвигателе с переключаемой магнитной проводимостью заключаются в несинусоидальности токов и магнитных потоков в ЭМП и нелинейной зависимости между ними. Эти особенности не позволяют использовать методы, широко применяемые для анализа и синтеза электрических машин переменного тока традиционного конструктивного исполнения. Анализ и синтез ЭМП необходимо осуществлять с непременным учетом дискретности цикла электромеханического преобразования энергии и существенной нелинейной зависимости между токами в фазах и создаваемыми ими магнитными потоками в комплексе «электронный коммутатор — ЭМП».

Для проектирования ЭМП используется современный подход, включающий расчет магнитного поля в нелинейной постановке задачи. При этом учитываются реальные параметры материалов и особенности геометрии устройства. На рис. 7 показаны результаты расчета магнитного поля, представляющие зависимость потокосцепления фазной обмотки от угла поворота ротора и протекающего в ней тока.

Рис. 7. Результаты расчета магнитного поля

Электронный блок управления электродвигателя / генератора представляет собой цифровую систему управления на базе нового поколения 16-разрядных микроконтроллеров производительностью до 40 млн. операций в секунду. Цифровая система управления позволяет резко сократить количество используемых компонентов, увеличить надежность и функциональность системы, уменьшить габаритные размеры электронного блока и его стоимость.

На рис. 8 показан блок электроники для электродвигателей / генераторов мощностью до 8 кВт. (Габариты 170х125х30 мм.)

Рис. 8. Блок электроники для электродвигателей / генераторов мощностью до 8 кВт

Цифровой синтез сигналов, поступающих с электронного коммутатора на ЭМП, осуществляется программно с помощью микропроцессорного блока управления. Программный синтез сигналов позволяет оперативно изменять частоту, форму и амплитуду выходных импульсов в зависимости от состояния датчиков электропривода / генератора, а также обеспечивает оперативное управление режимами его работы.

Микроконтроллер формирует основные управляющие сигналы, которые поступают на 3- или 4-фазный драйвер, обеспечивающий управление силовыми транзисторами электронного коммутатора. Конфигурация блока питания может быть изменена в зависимости от типа и величины напряжения питания, что позволяет на базе одного блока создавать электроприводы и генераторы различного назначения. При низковольтном напряжении питания (5 — 200 В) в блоке коммутатора используются MOSFET-транзисторы, а при высоковольтном (200 В и более) — IGBT-транзисторы. Применение современных мощных IGBT-транзисторов позволяет создавать электронные коммутаторы мощностью 5000 кВт и более, обеспечивая высокие энергетические и весогабаритные характеристики вентильным реактивным электроприводам / генераторам.

Основная управляющая программа контроллера хранится во Flash-памяти объемом до 256 Кбайт и может быть легко изменена через последовательный интерфейс RS232, что позволяет оперативно изменять основные характеристики и алгоритм работы стартера / генератора в процессе настройки или во время его эксплуатации.

Наличие микропроцессора в системе управления ВРД обеспечивает следующие режимы его работы:

  • регулирование оборотов в широких пределах и стабилизацию их на заданном уровне;
  • коррекцию естественно падающей механической характеристики ВРД для оптимизации параметров электропривода с тяговой, вентиляторной, крановой, экскаваторной и другими типами нагрузок;
  • разгон и торможение с необходимым ускорением;
  • пуск электропривода без превышения пусковых токов над номинальными, с предварительным выбором люфта редуктора;
  • рекуперацию энергии при торможении;
  • реверсирование;
  • самоторможение для исключения вращения нагруженного электропривода;
  • шаговый режим работы;
  • питание от сетей постоянного и переменного (однофазного и 3 фазного) напряжения; для генератора — стабилизацию и формирование выходного напряжения;
  • выдачу на дисплей текущих параметров электродвигателя / генератора и любой информации, поступающей с периферийных датчиков;
  • прием и выдачу команд и информации как в аналоговом, так и в цифровом виде;
  • дистанционное изменение параметров электропривода / генератора и алгоритма его работы;

Для связи с внешними компьютерными системами, активными пультами управления или для обеспечения параллельной работы и синхронизации нескольких электроприводов / генераторов в блоке управления может использоваться сетевой CAN-интерфейс (международный стандарт CAN 2.0 CiA-301). CAN (Controller Area Network) — сетевой интерфейс разработан фирмами «BOSСH» и «INTEL» для построения распределенных встраиваемых мультипроцессорных систем реального времени бортового и промышленного назначения. CAN обеспечивает надежную работу системы даже в условиях сильных электромагнитных помех. На рисунке 9 показано подключение нескольких электродвигателей к CAN-сети.

Рис. 9. Подключение нескольких электродвигателей к CAN-сети

CAN сеть обеспечивает эффективный обмен информацией между электронными блоками электродвигателей, а также обмен между пультом или несколькими пультами и каждым электродвигателем. Высокая скорость передачи (до 1Мбит/сек), гибкая система задания приоритетов CAN устройств позволяет передавать по сети синхросигналы или команды с критическим временем выполнения. На рис. 10 приведен пример организации следящей системы с использованием CAN-сети.

Вентильный двигатель

В обычном коллекторном двигателе постоянного тока якорь является ротором, а постоянные магниты расположены на статоре. Такую конструкцию очень трудно реализовать в вентильном двигателе постоянного тока.

Конструкция современного вентильного двигателя близка к конструкции двигателя переменного тока. Однако общепринятой и наиболее эффективной конструкцией является трёхфазная конструкция двигателя, работающая при двухполупериодном управлении. Вентильные двигатели постоянного тока отличаются от СД примерно тем, что содержат некоторые технические средства определения положения ротора с целью выработки сигналов управления полупроводниковыми ключами.

Читать еще:  124 двигатель стук на холодную

Наиболее распространённым датчиком положения является элемент Холла. Иногда используют оптические датчики положения.

Трёх фазный вентильный двигатель постоянного тока с однополупериодной схемой управления.

Схема показана на рисунке 8.1

Фототранзисторы расположены под 120 градусов на перефирии плат и при вращении последовательно освещаются с помощью вращающегося затвора установленного на валу двигателя.

На рисунке южный полюс ротора расположен напротив неподвижного полюса Р2 статора.

Осветление ФТ1 включает VT1, на полюсе Р1 создаётся южный полюс за счёт протекания тока по обмотке. Северный полюс ротора притягивается, ротор поворачивается против часовой стрелки.

При повороте ротора его южный полюс оказывается против неподвижного полюса. Затвор, установленный на низ ротора затемняет PT1 и освещает PT2 , включается VT2. Ток, протекающий по обмотке W2 создаёт южный полюс на неподвижном полюсе Р2, северный полюс ротора повернётся по стрелке и расположиться напротив неподвижного полюса P2.

В этот момент затемняется РТ2 и освещается РТ3, что обесточивает обмотку W2 и включает обмотку W3.

Поэтому неподвижный полюс Р3 намагничивается и становиться южным полюсом. В современных микроприводах к двигателям предъявляются всё более жёсткие требования. С одной стороны они должны обладать высокой надёжностью и простотой конструкции. С другой стороны – должны обладать простотой и большим диапазоном регулирования частоты вращения как двигателей постоянного тока.

Двигатели с электронными схемами управления или вентильные двигатели, в полной мере соответствуют этим требованиям.

Вентильным называется двигатель, в котором коммутации секций (фаз) обмотки статора осуществляется с помощью полупроводников коммутатора управляемого сигналами датчика положения ротора.

Эти двигатели не имеют недостатков, присущих асинхронного двигателя (потребление реактивной мощности, потери в роторе ) и синхронным двигателям ( пульсация частоты вращения, выпадения из синхронизма).

Вентильные двигатели являются бесконтактными машинами постоянного тока. С возбуждением от постоянных магнитов с одно – или многообмоточным статором. Коммутация обмоток статора осуществляется в зависимости от положения ротора. В состав электрической схемы управления входят датчики положения ротора.

Вентильные двигатели используются в высококачественных приборах и аппаратах: магнитолы, видеомагнитофоны, в устройствах обработки информации, в измерительной технике, в электроприводах электробытовых приборов.

Вентильные двигатели используются в тех электроприводах, в которых требуется обеспечить с высокой точностью позиционирование ротора и связанного с ним рабочего органа. В этом случае они успешно конкурируют с шаговыми двигателями.

В бесколлекторном варианте вентильного двигателя на роторе расположены постоянные магниты, создающие магнитный поток возбуждения, а обмотка якоря расположена на статоре.

Питание обмотки статора осуществляется таким образом, что между её МДС и потоком возбуждения сохраняется смещение в 90 градусов.

При вращении ротора такое положение может сохраняться в результате переключения обмоток статора.

При переключении должны выполняться два условия, согласно которым обмотки статора должны переключаться в определённый момент времени и в заданной последовательности.

Положение ротора определяется с помощью датчика положения, например, датчика Холла.

Датчик положения управляет работой электронных ключей (транзисторов).

Электронная схема составляет неотъемлемую часть бес коллекторного вентильного двигателя, поскольку без неё возможна её нормальная работа.

При увеличении количества обмоток на статоре резко повышается сложность электронной схемы управления.

Поэтому в таких двигателях обычно используют не более 4 обмоток.

Дешёвые конструкции двигателей содержат одну обмотку.

Рабочие характеристики вентильного двигателя рисунок 8.2 .

Рисунок 8.2

1- нерегулируемая характеристика,

2- регулируемая характеристика

Так как вентильный электрический двигатель работает с собственной тактовой частотой отсюда частота вращения ротора может быть выбрана любой.

Чем выше частота вращения ротора, тем больше значение имеет ЭДС обмотки, направленная встречно напряжение питания, что приводит к снижении тока в ней. Двигатель будет увеличивать частоту вращения до тех пор, пока момент двигателя не станет равным моменту нагрузки. Двигатель переходит в стационарный режим.

Рабочие характеристики вентильного электродвигателя практически совпадают с характеристиками ДПТ независимого возбуждения. При повышении нагрузки частота вращения ротора снижается. Связь между током и моментом носит линейный характер. Момент двигателя зависит от нагрузки по току и от индукции магнитного поля в воздушном зазоре.

Частота вращения двигателя зависит от количества витков обмотки статора. При понижении количества витков ток двигателя достигает номинального значения при большей частоте вращения.

Однообмоточный двигатель с одним импульсом тока.

На статоре расположена одна обмотка, которая подключается к напряжению питания U с помощью транзистора VT1.

Ротор выполнен из постоянного магнита и имеет одну пару полюсов. Управляющий сигнал на базу транзистора подаётся датчиком Холла. Сигнал на выходе датчика Холла формируется либо с помощью дополнительного постоянного магнита установленного на роторе, либо с помощью постоянного магнита ротора.Если датчик Холла попадёт в магнитное поле, то на его выходе появляется напряжение Uн, которое и используется для включения транзистора.

Датчик Холла включен в цепь базы транзистора таким образом, что при появлении напряжения Uн транзистор открывается. Через обмотку статора начинает протекать ток, и он создаёт МДС F, направленную от правого к левому полюсу статора.

К началу коммутации магнитный поток Фротора направлен в противоположную сторону (сплошная стрелка) К моменту отключения обмотки ротор займёт новое положение (штриховая стрелка) среднее значение угла между F1и Фсоставляет 90 градусов.

По обмотке статора протекает импульсный ток, который также можно разложить на постоянную и переменную составляющую. Для определения вращающего момента достаточно учесть постоянную составляющую и первую гармонику переменной составляющей.

Предполагается, что линейная нагрузка по току синусоидальная.

Индукция В магнитного поля распространяется также синусоидально

выражение для вращающего момента имеет вид

Момент двигателя включает в себя три составляющие: вращающаяся вместе с ротором волна линейной нагрузки по току создаёт не изменяющийся его времени полезный момент; вращающаяся в обратном направлении волна линейной нагрузки по току создаёт пульсирующий момент удвоенной частоты и постоянную составляющую этого момента, меняющуюся с частотой напряжения питания.

Двух обмоточный двигатель с двумя импульсами тока.

На статоре двигателя расположены две обмотки 1 и 2 , по которым либо протекают токи противоположных знаков, либо они имеют различные направления намотки. Обмотки коммутируются с помощью транзисторов Т1 и Т2. Коммутация обмотки 1 была описана ранее. Коммутация обмотки 2 осуществляется с помощью импульса напряжения обратной полярности.

При закрытом в этот момент времени транзисторе Т1 открывается транзистор Т2 и по обмотке 2 протекает ток. Обмотка 2 имеет направления намотки противоположное обмотке 1, отсюда обмотка 2 создаёт намагничивающую силу, направленную в противоположную сторону.

Вектор МДС Q1 направлен слева направо (смотри рисунок 8.6).

В момент включения обмотки 2 магнитный поток ротора Ф2 направлен в сторону, обозначенную сплошной стрелкой, к моменту отключения.

Обмотки 2 ротор занимает положение, обозначенное штриховой стрелкой.

Так обмотки статора не содержат теперь постоянной составляющей отсюда имеется только пульсирующая с частотой w переменная составляющая момента двигателя.

Полный момент на валу электрического двигателя состоит из неизменного по времени полезного момента и пульсирующего момента удвоенной частоты.

Трёхобмоточный двигатель с однополупериодным питанием.

Схема включения трёхобмоточного двигателя с трех импульсным питанием рисунок 8.6 .

На статоре имеются 3 обмотки (1, 2, 3) расположенные под углом 120 градусов, каждая подключается к источнику питания с помощью транзисторного ключа.

Для управления Т1,Т2, Т3. используются три датчика Холла.

По каждой из обмоток ток протекает в течение 1/3 периода изменения тока. Эти три тока можно разложить на постоянную и переменную составляющие. Основная гармоника, обусловленная токами I1,I2,I3, участвует в создании независимого от времени момента. Кроме того, в кривой момента присутствует пульсирующий момент, созданный высшими гармониками токов I1,I2,I3.

Читать еще:  Давление масла двигателя akq

1. Четырех обмоточный двигатель с однополупериодным питанием. (с четырех импульсным питанием)

|следующая лекция ==>
Основные параметры и характеристики|Режимы работы электрических машин

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Вентильные электродвигатели: принцип действия. Электродвигатель вентильный своими руками

Вентильные электродвигатели во многом являются схожими с электромагнитными аналогами. Однако следует отметить, что устройства способны работать в сети постоянного и переменного тока. На сегодняшний день различают однофазные, двухфазные и трехфазные модификации.

В среднем мощность модели равняется 5 кВт. Рабочая частота двигателя не превышает 60 Гц. У некоторых модификаций применяется датчик положения ротора. Используются вентильные электродвигатели чаще всего для компрессоров и вентиляционных систем.

Схема устройства

Обычный двигатель включает в себя статорную коробку с якорем, а также ротор. Коллектор в маломощных модификациях устанавливается щеточного типа. Если рассматривать однофазные вентильные электродвигатели, то у них предусмотрен полюсный наконечник. За ним располагается специальный вал вращения. У мощных моделей есть сердечник ротора. Для возбуждения цепи применяется бендикс. Вал у двигателей вентильного двигателя вращается со специальным диском.

Принцип работы

Принцип действия двигателя строится на магнитной индукции. Процесс заключается в возбуждении обмотки статора. Происходит это путем подачи напряжения на бендикс. У многих модификаций также применяется датчик положения ротора. Для подключения регуляторов используются клеммные коробки. Для фиксации вала применяются зажимные кольца. У сверхмощных двигателей есть втягивающее реле. Оно необходимо для усиления электромагнитного поля.

Модель своими руками

Сделать электродвигатель (вентильный) своими руками довольно сложно. В первую очередь для сборки потребуется магнитный статор. В некоторых случаях ротор используют со стальным якорем. Далее потребуется заготовить вал с головкой. По диаметру он должен подходить под кольцо. Статор в данном случае обязан быть с первичной обмоткой, которая может выдерживать напряжение в 220 В.

Для подключения двигателя вентильного типа понадобится проводник. Подсоединяться он обязан к клеммной коробке. У некоторых модификаций вал крепится на диске. Таким образом, процесс набора оборотов происходит быстро. Для того чтобы избежать случаев коротких замыканий в цепи, используют уплотнитель.

Реактивная модификация

Сделать вентильный реактивный электродвигатель своими руками можно только на базе щеточного коллектора. В первую очередь потребуется подобрать ротор с обмоткой. Далее под него устанавливается вал. В некоторых случаях его используют с объемной насадкой. Для уменьшения силы трения понадобится небольшое кольцо на роликовых подшипниках.

Далее на вентильный реактивный электродвигатель устанавливается бендикс. В данном случае диск фиксируется на шпонке. Клеммная коробка обязана располагаться в задней части двигателя. Вал при этом должен находиться в центральной части корпуса. Вентиляционные отверстия чаще всего делают над ротором.

Устройства постоянного тока

Вентильный электродвигатель постоянного тока можно сложить на базе щеточного коллектора, который способен выдерживать большое выходное напряжение. После фиксации статора нужно заняться ротором. Для этого подбирается вал и диск небольшого диаметра. Также потребуется мощное втягивающее реле. Некоторые применяют его с высоковольтной обмоткой. На этом этапе особое внимание следует уделить фиксации сердечника для возбуждения обмотки. Используются погружные вентильные электродвигатели постоянного тока, как правило, в самолетостроении. У некоторых моделей предусмотрена сложная схема воздушного охлаждения с каналами.

Модели переменного тока

Сделать модель данного типа довольно просто. Однако для сборки потребуется бендикс. В данном случае его необходимо сразу подбирать со стальным сердечником. Некоторые специалисты рекомендуют применять алюминиевые наконечники. Однако проводимость тока у них невысокая. Непосредственно подача напряжения осуществляется через клеммную коробку.

Во многих модификациях щеточный коллектор устанавливается в передней части корпуса. Таким образом, вал можно использовать небольшого диаметра. Контактные кольца крепятся, если делается двигатель большой мощности. Для того чтобы уменьшить силу трения, можно использовать подшипники. Устанавливать их следует вблизи коллектора.

Двигатели однофазного типа

Для приводов небольшой мощности подходит однофазный вентильный электродвигатель. Принцип работы устройств основан на повышении индуктивности магнитного поля. Для этого применяется бесщеточный коллектор. Бендиксы в устройствах отсутствуют. Также важно отметить, что статоры могут использоваться только с большой проводимостью. Однако в первую очередь для сборки потребуется качественный ротор. Устанавливать его следует вблизи вала.

Следующим шагом необходимо наварить кольцо. Диск при этом обязан располагаться на другой стороне вала. Для охлаждения двигателя вентильного типа подойдет вентилятор. У некоторых модификаций для усиления индукции применяются втягивающие реле.

Двухфазные модели

Двухфазные вентильные электродвигатели можно собрать самостоятельно. Для этого специалисты рекомендуют использовать мощные бендиксы. В некоторых случаях применяются статоры с первичной обмоткой. Для фиксации ротора потребуется прочный корпус. В данном случае наконечники следует использовать с хорошей проводимостью.

Для того чтобы электромагнитное поле усиливалось равномерно, применяются катушки различной чувствительности. Втягивающие реле устанавливаются позади статоров. Вал в конструкция обязан находиться на диске. Для его фиксации применяются шпонки.

Трехфазные устройства

Трехфазовым вентильным электродвигателем называют устройство, работающее по принципу возрастания индукции магнитного поля. У моделей бендиксы устанавливаются только с высокой чувствительностью. В данном случае для усиления электромагнитного поля применяются полюсные наконечники. Непосредственно статоры используются с лапами. У некоторых модификаций есть щеткодержатели. Также важно отметить, что трехфазные вентильные электродвигатели часто применяются для работы приводов на 20 кВт. Частотность в данном случае не превышает 60 Гц. Вал у моделей обязан вращаться свободно. Для этого производители оснащают устройства роликовыми подшипниками. У многих моделей есть специальные проводники, которые соединяются с клеммной коробкой. Непосредственно подача напряжения происходит через силовой кабель.

Модель с низкочастотным бендиксом

Низкочастотные бендиксы позволяют стабильно повышать индуктивность в цепи. Многие модели данного типа отличаются своей чувствительностью. Для того чтобы собрать устройство самостоятельно, необходимо подобрать хороший статор. Модификации с якорями не подойдут.

Также важно отметить, что низкочастотные бендиксы не способны работать с втягивающими реле. Все это приводит к быстрому перегреву двигателя. Для того чтобы исправить ситуацию, потребуется мощный вентилятор. Также следует предусмотреть небольшую катушку. За счет этого обмотка сможет выдерживать напряжение в 220 В. Чтобы избежать случаев коротких замыканий, применяют щеткодержатель.

Применение высокочастотных бендиксов

Сделать двигатель с высокочастотным бендиксом довольно просто. Для этого потребуется простой статор. Непосредственно ротор подбирается с первичной обмоткой. Чтобы повысить обороты вала используют специальные заточные диски. У многих конфигураций применяются втягивающие реле. Также важно отметить, что для сборки двигателя данного типа необходим качественный щеткодержатель. Для его фиксации используют контактные кольца. Чтобы уменьшить силу вибрации, применяются уплотнители разной жесткости. Во многих конфигурациях над ротором устанавливается кожух.

Использование тягового реле

Тяговые реле очень часто устанавливаются на примышленный вентильный электродвигатель. Принцип работы устройств строится на умеренном увеличении силы магнитного поля. В данном случае происходит последовательное возбуждение обмотки. Для того чтобы самостоятельно собрать модификацию, следует использовать щеточный коллектор.

Также в этой ситуации не обойтись без катушки главного полюса. Однако в первую очередь нужно зафиксировать ротор с валом. После этого можно будет заняться клеммной коробкой. Первичная обмотка у двигателя вентильного типа обязана выдерживать выходное напряжение в 220 В. Отдельное внимание следует уделить статору. Для уменьшения силы вибрации используются уплотнители большой жесткости. Для фиксации вала понадобится стопорное кольцо.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector