Проектування безколекторних спеціальних машин змінного струму.

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

З предмету “Проектування спеціальних ЕМ”Частина 1.

Проектування безколекторних спеціальних машин змінного струму.

Принципова схема вентильного двигуна

Вентильний електродвигун - це синхронний двигун, заснований на принципі частотного регулювання з самосинхронізації, суть якого полягає в управлінні вектором магнітного поля статора залежно від положення ротора. Вентильні двигуни (в англомовній літературі BLDC або PMSM) ще називають безколекторними двигунами постійного струму (БДПС), тому що колектор такого двигуна зазвичай харчується від постійної напруги. Характерною особливістю ВД є те, що вони мають надзвичайно широку різноманітність конструкцій і схем, що дозволяє використовувати їх для різних систем електроприводу, режимів експлуатації та умов роботи.

Даний тип двигуна створений з метою поліпшення властивостей електродвигунів постійного струму. Високі вимоги до виконавчих механізмів (зокрема, високооборотних мікро приводів точного позиціонування) зумовили застосування специфічних двигунів постійного струму: безконтактних трифазних двигунів постійного струму. На відміну від щіткового електродвигуна постійного струму, комутація в ВД здійснюється і контролюється за допомогою електроніки. Принцип роботи ВД заснований на тому, що контролер ВД комутує обмотки статора так, щоб вектор магнітного поля статора завжди був відповідний вектору магнітного поля ротора. За допомогою широтно-імпульсної модуляції (ШІМ) контролер управляє струмом, що протікає через обмотки ВД, тобто вектором магнітного поля статора, і таким чином регулюється момент, діючий на ротор ВД. Знак у кута між векторами визначає напрямок моменту діючого на ротор. Комутація виконується так, що потік порушення ротора - підтримується постійним відносно потоку якоря. В результаті взаємодії потоку якоря і збудження створюється обертаючий момент M, який прагне розвернути ротор так, щоб потоки якоря і збудження збіглися, але при повороті ротора під дією ДПР відбувається перемикання обмоток і потік якоря повертається на наступний крок. У цьому випадку і результуючий вектор струму буде зрушений і нерухомий відносно потоку ротора, що і створює момент на валу двигуна. У руховому режимі роботи МДС статора випереджає МДС ротора на кут 90 , який підтримується за допомогою ДПР. В гальмівному режимі МДС статора відстає від МДС ротора, кут 90 так само підтримується за допомогою ДПР.

Перевагами конструкції вентильного реактивного двигуна є простота статора, технологічність виконання статорної обмотки, низька вартість виготовлення, низька вартість матеріалів, а також можливість створення великих рушійних моментів, що й дозволяє використовувати її для безпосереднього приводу, наприклад, мотор-колеса транспортного засобу, барабана автоматичної пральної машини тощо.

Донедавна в електроприводах вентильні реактивні двигуни застосовувались рідко, бо використовувались із загальновідомими електронними перетворювачами, і тому їхні енергетичні показники були невисокими. Проте, нещодавно запропоновано схеми електронних перетворювачів з ємнісними накопичувачами, застосування яких вирішує три проблеми:

1) утилізується енергія, яка запасена в електромагнітному полі якоря ЕМП;

2) обмежується наростання напруги на колектор-емітерному переході транзисторного ключа комутатора до допустимого рівня;

3) значно зменшуються динамічні втрати на перемикання транзистора електронного перетворювача, за рахунок майже миттєвого перехоплення струму вимикання транзистора колом заряду конденсатора.

Вентильні двигуни являють собою самостійний клас ЕМТП, що вимагають розроблення нових методів теоретичного дослідження, розрахунку та проектування, а також виявлення можливостей використання в системах, що передбачають регулювання швидкості виконавчих механізмів, точного позиціювання тощо.