Mio-tech-service.ru

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

Что такое вентельный двигатель

Принцип действия двигателя вентильного типа

Работа прецизионных систем требует серьёзного контроля. Для выполнения контролирующих функций в таких системах принято использовать вентильный двигатель (ВД), позволяющий повысить вычислительные возможности микроэлектронного оборудования. Он же улучшает свойства электродвигателей постоянного тока, обеспечивая высокую плотность длительного момента.

  • Конструктивные особенности
  • Принцип действия
  • Преимущества и недостатки
  • Количество фаз

Читайте также

Электродвигатели переменного тока

Электродвигатели переменного тока Вопрос. Что входит в объем испытаний электродвигателей переменного тока?Ответ. В объем испытаний входит:определение возможности включения без сушки;измерение сопротивления изоляции;испытание повышенным напряжением промышленной

Вентильные разрядники и ограничители перенапряжений

Вентильные разрядники и ограничители перенапряжений Вопрос. Что входит в объем испытаний вентильных разрядников и ограничителей перенапряжения?Ответ. В объем испытаний входит:измерение сопротивления разрядников и ограничителей перенапряжения;измерение тока

Глава 5.3. ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ И ИХ КОММУТАЦИОННЫЕ АППАРАТЫ

Глава 5.3. ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ И ИХ КОММУТАЦИОННЫЕ АППАРАТЫ Область применения Вопрос. На какие электродвигатели и коммутационные аппараты распространяется настоящая глава Правил?Ответ. Распространяется на электродвигатели и их коммутационные аппараты, размещаемые в

Электродвигатели, коммутационные аппараты

Электродвигатели, коммутационные аппараты Вопрос. Какую блокировку должны иметь коммутационные устройства электродвигателей напряжением выше 1 кВ?Ответ. Должны иметь блокировку, не допускающую: отключение разъединителя под нагрузкой; включение разъединителя при

1.8.15. Электродвигатели переменного тока

1.8.15. Электродвигатели переменного тока Вопрос 46. В каком случае электродвигатели напряжением выше 1 кВ включаются без сушки?Ответ. Включаются без сушки, если значение сопротивления изоляции и коэффициента абсорбции не ниже указанных в табл. 1.8.9 (п. 1).Таблица 1.8.9Допустимые

1.8.31. Вентильные разрядники и ограничители перенапряжений[2]

1.8.31. Вентильные разрядники и ограничители перенапряжений[2] Вопрос 133. На каких разрядниках и ОПН и какими измерительными приборами проводится измерение сопротивления?Ответ. Измерение проводится:на разрядниках и ОПН с номинальным напряжением менее 3 кВ – мегаомметром на

3.6. ТРЕХФАЗНЫЕ СИСТЕМЫ И АСИНХРОННЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ

3.6. ТРЕХФАЗНЫЕ СИСТЕМЫ И АСИНХРОННЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ В то время как Н. Тесла и его сотрудники пытались усовершенствовать двухфазную систему, в Европе была разработана более совершенная электрическая система — трехфазная. Изучение документальных материалов

Вентильные двигатели призваны объединить в себе лучшие качества двигателей переменного тока и двигателей постоянного тока. Это обусловливает их достоинства.

  • Широкий диапазон изменения частоты вращения
  • Бесконтактность и отсутствие узлов, требующих частого обслуживания (коллектора)
  • Возможность использования во взрывоопасной и агрессивной среде
  • Большая перегрузочная способность по моменту
  • Высокие энергетические показатели (КПД выше 90 %)
  • Большой срок службы и высокая надёжность за счёт отсутствия скользящих электрических контактов.

Вентильные двигатели характеризуются и некоторыми недостатками, главный из которых — высокая стоимость. Однако, говоря о высокой стоимости, следует учитывать и тот факт, что вентильные двигатели обычно используются в дорогостоящих системах с повышенными требованиями по точности и надёжности.

  • Высокая стоимость двигателя, обусловленная частым использованием дорогостоящих постоянных магнитов в конструкции ротора. Стоимость электропривода с ВД, однако, сопоставима со стоимостью аналогичного электропривода на основе ДПТ с независимым возбуждением (регулировочные характеристики такого двигателя и ВД сопоставимы). Вообще говоря, в вентильном двигателе может быть использован и ротор с электромагнитным возбуждением, однако это сопряжено с комплексом практических неудобств. В ряде случаев предпочтительным оказывается применение асинхронного двигателя с преобразователем частоты.
  • Относительно сложная структура двигателя и управление им.

Конструкция [ править ]

Конструктивно современные ВД состоят из электромеханической части (синхронной машины и датчика положения ротора) и из управляющей части (микроконтроллер и силовой мост). Упоминая о конструкции ВД, полезно иметь в виду и неконструктивный элемент системы — программу (логику) управления.

Синхронная машина, используемая в ВД, состоит из шихтованного (собранного из отдельных электрически изолированных листов электротехнической стали — для снижения вихревых токов) статора, в котором расположена многофазная (обычно двух- или трёхфазная) обмотка и ротора (обычно на постоянных магнитах).

В качестве датчиков положения ротора в БДПТ применяются датчики Холла, а в ВД — вращающиеся трансформаторы и накапливающие датчики. В т. н. «бездатчиковых» системах информация о положении определяется системой управления по мгновенным значениям фазных токов.

Информация о положении ротора обрабатывается микропроцессором, который, согласно программе управления, вырабатывает управляющие ШИМ-сигналы. Низковольтные ШИМ-сигналы микроконтроллера затем преобразуются усилителем мощности (обычно транзисторным мостом) в силовые напряжения, подаваемые на двигатель.

Совокупность датчика положения ротора и электронного узла в ВД и БДПТ можно с определённой долей достоверности сравнить с щёточно-коллекторным узлом ДПТ. Однако следует помнить, что двигатели редко применяются вне электропривода. Таким образом, электронная аппаратура характерна для ВД почти в той же степени, что и для ДПТ.

Статор [ править ]

Статор имеет традиционную конструкцию. Он состоит из корпуса, сердечника из электротехнической стали и медной обмотки, уложенной в пазы по периметру сердечника. Обмотка разбита на фазы, которые уложены в пазы таким образом, что пространственно сдвинуты друг относительно друга на угол, определяемый числом фаз. Известно, что для равномерного вращения вала двигателя машины переменного тока достаточно двух фаз. Обычно синхронные машины, применяемые в ВД, трёхфазные, однако встречаются также и ВД с четырёх- и шестифазными обмотками.

Ротор [ править ]

Ротор изготавливается с использованием постоянных магнитов и имеет обычно от двух до шестнадцати пар полюсов с чередованием северного и южного полюсов.

Для изготовления ротора раньше использовались ферритовые магниты, что определялось их распространённостью и дешевизной. Однако такие магниты характеризуются низким уровнем магнитной индукции. В настоящее время интенсивно используются магниты из сплавов редкоземельных элементов, поскольку они позволяют получить более высокий уровень магнитной индукции и уменьшить размер ротора.

Датчик положения ротора [ править ]

Датчик положения ротора (ДПР) реализует обратную связь по положению ротора. Его работа может быть основана на разных принципах — фотоэлектрическом, индуктивном, трансформаторном, на эффекте Холла и проч. Наибольшую популярность приобрели датчики Холла и фотоэлектрические датчики, обладающие низкой инерционностью и обеспечивающие малые запаздывания в канале обратной связи по положению ротора.

Читать еще:  Citroen berlingo троит двигатель

Обычно фотоэлектрический датчик, содержит три неподвижных фотоприёмника, между которыми находится вращающаяся маска с рисками, жёстко закреплённая на валу ротора ВД. Упрощённо датчик показан на рис. 1, где маска изображена серым цветом, а светодиоды — жёлтым. Таким образом, ДПР обеспечивает информацию о текущем положении ротора ВД для системы управления.

Система управления [ править ]

Система управления содержит микроконтроллер, контролирующий силовой инвертор согласно заданной программе управления. В качестве силовых ключей инвертора обычно применяют транзисторы MOSFET (ВД малых и средних мощностей) или IGBT (ВД средних и больших мощностей), реже тиристоры.

Основываясь на информации, полученной от ДПР, микроконтроллер формирует ШИМ-сигналы, которые усиливаются инвертором и подаются на обмотку синхронной машины.

Вентильные электродвигатели. Некоторые геометрические и количественные соотношения, относящиеся к ВДПТ. Схемы обмоток и структур ВДПТ

Страницы работы

Содержание работы

Введение

Электрические машины – один из наиболее распространенных типов преобразователей энергии, поэтому их совершенствование является важнейшей задачей современной науки и техники.

Одним из рациональных путей расширения функциональных возможностей, повышения надежности и улучшения характеристик электрических машин является замена контактной коммутации, выполняемой щеточно-коллекторным узлом, на бесконтактную коммутацию, выполняемую полупроводниковыми приборами силовой электроники.

Отличительной чертой вентильных электродвигателей ВД является объединение в единой структуре электромеханического преобразователя энергии, собственно электрической машины, и управляемого полупроводникового коммутатора (преобразователя частоты). Такое объединение обеспечивает бесконтактность при преобразовании энергии и тем самым, позволяет применять ВД в тяжелых эксплуатационных условиях:

— пониженной и повышенной температуры;

— агрессивных сред, когда требуется обеспечить низкий уровень электромагнитных помех.

Из большого количества бесконтактных электрических машин [1] в курсе лекций рассматриваются электрические машины, охваченные классификацией приведенной на рис. 1, которая включает в себя вентильные электродвигатели, содержащие инверторы, выполненные на полупроводниковых приборах.

Рис. 1 Классификация вентильных электродвигателей

Вентильные электродвигатели в классификации охватывают такие двигатели, которые содержат источник постоянного тока или другими словами имеют звено постоянного тока.

Источниками постоянного тока могут быть:

— генераторы постоянного тока,

Особенностью ВД, источником питания которых служат выпрямительные устройства, является то, что эти устройства как правило входят в состав ВД.

1.1 Краткая история развития вентильных электродвигателей

Первую схему вентильного двигателя предложил в 1933 году Керн в качестве тягового электродвигателя электропровода. В России в 1934-1935 годах Д.А. Заволишин и О.Г. Вегнер, а затем Ф.И. Бутаев и Е.Л. Эттингер предложили и исследовали наиболее рациональные схемы вентильных преобразователей, дали методики расчета и рассчитали тяговые электродвигатели.

Практическое применение ВД задержалось вследствие отсутствия вентильных коммутирующих устройств, удовлетворяющих требованиям по массогабаритным показателям и условиям работы.

Разработка полупроводниковых управляемых приборов позволила заменить ионные коммутаторы полупроводниковыми, что открыло новые возможности развития вентильных электродвигателей.

Спустя год после изобретения транзистора в 1949 году был предложен бесконтактный двигатель постоянного тока с коммутирующим устройством на полупроводниках, управляемых индуктивными датчиками положения ротора.

Освоение космического пространства послужило мощным толчком в развитии вентильных электродвигателей постоянного тока. Примером может служить создание электроприводов на базе ВД для перемещения лунохода по поверхности Луны.

Применение вентильных электродвигателей в самолетостроении началось лишь в восьмидесятых годах прошлого столетия на таких самолетах как ИЛ-96, ТУ-204, МИГ-31.

В ОАО «Электропривод» г. Киров исследованием и разработкой вентильных электродвигателей постоянного тока начали заниматься в шестидесятых годах двадцатого столетия, а в восьмидесятые годы были освоены в серийном производстве вентильные электродвигатели, которым на современные самолеты: электродвигатель ДБ-32-25-12 с коммутатором КВД-25МВ.

Лекция 2

1.2. Вентильные электродвигатели постоянного тока (ВДПТ)

1.2.1. Функциональная схема и принцип действия ВДПТ

По ГОСТ 27471-87 «Машины электрические вращающиеся. Термины и определения» вентильный электродвигатель постоянного тока – это электрическая машина постоянного тока, вентильное коммутирующее устройство которое представляет собой инвертор, управляющий либо по положению ротора, либо по положению магнитного поля.

Другими словами, можно сказать синхронный двигатель, питающийся от сети постоянного тока через полупроводниковый коммутатор, управляемый в функции углового положения ротора называется вентильным двигателем постоянного тока.

Инвертор – устройство преобразующее постоянный ток в переменный ток. Принцип действия ВДПТ можно представить на примере электродвигателя с двухполупериодным инвертором (преобразователем частоты) и синхронной машиной с постоянными магнитами, имеющий 3-х фазную якорную обмотку, как наиболее распространенный, так как наряду с умеренной сложностью имеет широкие функциональные возможности в части реализации регулировочных характеристик и высоких показателей по КПД, удельной энергоотдаче на единицу массы.

Функциональная схема ВДПТ представлена на рис. 1.2.1.

Рис. 1.2.1 Функциональная схема ВДПТ

Электромеханическая часть ВДПТ представляет собой синхронную машину СМ с постоянными магнитами на роторе. В отличие от двигателя постоянного тока число секций в синхронной машине равно числу фаз. Электропитание от источника напряжения постоянного тока подается на инвертор напряжения (или преобразователь частоты ПЧ).

Инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное напряжение, частота и фаза которого определяется датчиком положения ротора ДПР. Переменное напряжение подается на обмотку синхронной машины, которая работает в двигательном режиме, когда ось потока статора опережает ось потока ротора на угол q, как это показано на рис. 1.2.2 и электродвигатель создает движущий вращающий момент. В коллекторной машине постоянного тока ось результирующего потока секций якорной обмотки отстает от оси потока возбуждения электродвигателя. Механические характеристики ВДПТ напоминают характеристики двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, поэтому их также называют бесконтактными, бесколлекторными или бесщеточными двигателями постоянного тока. Отличие ВДПТ от коллекторного электродвигателя постоянного тока состоит в том, что у коллекторной машины поле обмотки возбуждения и поле обмотки якоря неподвижны в пространстве, а у ВДПТ поле якорной обмотки вращается синхронно с полем возбуждения ротора.

Уместно заметить, что в качестве источника постоянного тока могут быть использованы аккумуляторные батареи, генераторы постоянного тока или выпрямительные устройства, как правило, содержащие сглаживающий фильтр. В любой схеме ВДПТ датчик положения ротора ДПР обеспечивает жесткую позиционную обратную связь. Электропитание управляющего работой инвертора устройства и схемы ДПР может выполняться от того же самого источника, к которому подключаются фазы обмотки якоря (если уровень напряжения этого источника соответствует требуемому), либо напряжение источника понижают и стабилизируют, либо используют отдельный источник, когда это целесообразно.

Читать еще:  Что такое эжектор в двигателе

На рис. 1.2.2 представлена упрощенная схема трехфазного ВДПТ с двухполупериодным инвертором (преобразователем частоты), также называемыми трехфазными ВДПТ с двухполярной коммутацией. Этот тип ВДПТ является самым распространенным из всех видов [3] ВДПТ.

Рис. 1.2.2 Упрощенная схема трехфазного ВДПТ с двухполупериодной

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.

Вентильный двигатель

Вентильный электродвигатель (ВД) — это разновидность электродвигателя постоянного тока, у которого щёточно-коллекторный узел (ЩКУ) заменён полупроводниковым коммутатором, управляемым датчиком положения ротора.

Механическая и регулировочная характеристики вентильного двигателя линейны и идентичны механической и регулировочной характеристикам электродвигателя постоянного тока. Как и электродвигатели постоянного тока, вентильные двигатели работают от сети постоянного тока. ВД можно рассматривать как двигатель постоянного тока, в котором щёточно-коллекторный узел заменён электроникой, что подчёркивается словом «вентильный», то есть «управляемый силовыми ключами» (вентилями). Фазные токи вентильного двигателя имеют синусоидальную форму. Как правило, в качестве усилителя мощности применяется автономный инвертор напряжения с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).

Вентильный двигатель следует отличать от бесколлекторного двигателя постоянного тока (БДПТ), который имеет трапецеидальное распределение магнитного поля в зазоре и характеризуется прямоугольной формой фазных напряжений. Структура БДПТ проще, чем структура ВД (отсутствует преобразователь координат, вместо ШИМ используется 120- или 180-градусная коммутация, реализация которой проще ШИМ).

В русскоязычной литературе двигатель называют вентильным, если противо-ЭДС управляемой синхронной машины синусоидальная, а бесколлекторным двигателем постоянного тока, если противо-ЭДС трапецеидальная.

В англоязычной литературе такие двигатели обычно не рассматриваются отдельно от электропривода и упоминаются под аббревиатурами PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor) или BLDC (Brushless Direct Current Motor). Стоит отметить, что аббревиатура PMSM в англоязычной литературе чаще используется для обозначения самих синхронных машин с постоянными магнитами и с синусоидальной формой фазных противо-ЭДС, в то время как аббревиатура BLDC аналогична русской аббревиатуре БДПТ и относится к двигателям с трапецеидальной формой противо-ЭДС (если иная форма не оговорена специально).

Вообще говоря, вентильный двигатель не является электрической машиной в традиционном понимании, поскольку его проблематика затрагивает ряд вопросов, связанных с теорией электропривода и систем автоматического управления: структурная организация, использование датчиков и электронных компонентов, а также программное обеспечение.

Вентильные двигатели, сочетающие в себе надёжность машин переменного тока с хорошей управляемостью машин постоянного тока, являются альтернативой двигателям постоянного тока, которые характеризуются рядом изъянов, связанных со ЩКУ, таких как искрение, помехи, износ щёток, плохой теплоотвод якоря и пр. Отсутствие ЩКУ позволяет применять ВД в тех приложениях, где использование ДПТ затруднено или невозможно.

Двигатель состоит из постоянного магнита-ротора, вращающегося в магнитном поле катушек статора, по которым проходит ток, коммутируемый ключами (вентилями), управляемыми микроконтроллером. Микроконтроллер переключает катушки таким образом, чтобы взаимодействие их поля с полем ротора создавало крутящий момент при любом его положении.

На входы преобразователя координат (ПК) поступают напряжения постоянного тока u q > , действие которого аналогично напряжению якоря двигателя постоянного тока, и u d > , аналогичное напряжению возбуждения двигателя постоянного тока (аналогия действует при рассмотрении схемы независимого возбуждения двигателя постоянного тока).

Сигналы u d , u q ,u_> , представляют собой проекции вектора напряжения управления U y → = < u d , u q >>>=,u_>> на оси вращающейся системы координат < d , q >> , связанной с ротором ВД (а точнее — с вектором потока ротора). Преобразователь координат осуществляет преобразование проекций u d , u q ,u_> в проекции u α , u β ,u_> неподвижной системы координат < α , β >> , связанной со статором.

Как правило, в системах управления электропривода задаётся u d = 0 =0> [2] , при этом уравнения преобразования координат принимают вид [3] :

u α = − u q ⋅ sin ⁡ θ , =-u_cdot sin ,>

где θ — угол поворота ротора (и системы вращающихся координат) относительно оси α неподвижной системы координат. Для измерения мгновенного значения угла θ на валу ВД устанавливается датчик положения ротора (ДПР).

По сути, u q > является в этом случае заданием значения амплитуды фазных напряжений. А ПК, осуществляя позиционную модуляцию сигнала u q > , формирует гармонические сигналы u α , u β ,u_> , которые усилитель мощности (УМ) преобразует в фазные напряжения u A , u B > . Синхронный двигатель в составе вентильного двигателя часто называют синхронным электромеханическим преобразователем (СЭМП).

Как правило, электронная часть ВД коммутирует фазы статора синхронной машины так, чтобы вектор магнитного потока статора был ортогонален вектору магнитного потока ротора (т. н. векторное управление). При соблюдении ортогональности потоков статора и ротора обеспечивается поддержание максимального вращающего момента ВД в условиях изменения частоты вращения, что предотвращает выпадение ротора из синхронизма и обеспечивает работу синхронной машины с максимально возможным для неё КПД. Для определения текущего положения потока ротора вместо датчика положения ротора могут использоваться токовые датчики (косвенное измерение положения).

Электронная часть современного ВД содержит микроконтроллер и транзисторный мост, а для формирования фазных токов используется принцип широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Микроконтроллер отслеживает соблюдение заданных законов управления, а также производит диагностику системы и её программную защиту от аварийных ситуаций.

Читать еще:  Эгоизм как двигатель прогресса

Иногда датчик положения ротора отсутствует, а положение оценивается системой управления по измерениям токовых датчиков с помощью наблюдателей (т. н. «бездатчиковое» управление ВД). В таких случаях за счёт удаления дорогостоящего и зачастую громоздкого датчика положения уменьшается цена и массо-габаритные показатели электропривода с ВД, однако усложняется управление, снижается точность определения положения и скорости.

В приложениях средней и большой мощности в систему могут дополнительно включаться электрические фильтры для смягчения негативных эффектов ШИМ: перенапряжений на обмотках, подшипниковых токов и снижения КПД. Впрочем, это характерно для всех типов двигателей.

Вентильные двигатели призваны объединить в себе лучшие качества двигателей переменного тока и двигателей постоянного тока. Это обусловливает их достоинства.

  • Широкий диапазон изменения частоты вращения
  • Бесконтактность и отсутствие узлов, требующих частого обслуживания (коллектора)
  • Возможность использования во взрывоопасной и агрессивной среде
  • Большая перегрузочная способность по моменту
  • Высокие энергетические показатели (КПД выше 90 %)
  • Большой срок службы и высокая надёжность за счёт отсутствия скользящих электрических контактов.

Вентильные двигатели характеризуются и некоторыми недостатками, главный из которых — высокая стоимость. Однако, говоря о высокой стоимости, следует учитывать и тот факт, что вентильные двигатели обычно используются в дорогостоящих системах с повышенными требованиями по точности и надёжности.

  • Высокая стоимость двигателя, обусловленная частым использованием дорогостоящих постоянных магнитов в конструкции ротора. Стоимость электропривода с ВД, однако, сопоставима со стоимостью аналогичного электропривода на основе ДПТ с независимым возбуждением (регулировочные характеристики такого двигателя и ВД сопоставимы). Вообще говоря, в вентильном двигателе может быть использован и ротор с электромагнитным возбуждением, однако это сопряжено с комплексом практических неудобств. В ряде случаев предпочтительным оказывается применение асинхронного двигателя с преобразователем частоты.
  • Относительно сложная структура двигателя и управление им.

Конструктивно современные вентильные приводы состоят из электромеханической части (синхронной машины и датчика положения ротора) и из управляющей части (микроконтроллер и силовой мост).

Упоминая о конструкции ВД, полезно иметь в виду и неконструктивный элемент системы — программу (логику) управления.

Синхронная машина, используемая в ВД, состоит из шихтованного (собранного из отдельных электрически изолированных листов электротехнической стали — для снижения вихревых токов) статора, в котором расположена многофазная (обычно двух- или трёхфазная) обмотка, и ротора (обычно на постоянных магнитах).

В качестве датчиков положения ротора в БДПТ применяются датчики Холла, а в ВД — вращающиеся трансформаторы и накапливающие датчики. В т. н. «бездатчиковых» системах информация о положении определяется системой управления по мгновенным значениям фазных токов.

Информация о положении ротора обрабатывается микропроцессором, который, согласно программе управления, вырабатывает управляющие ШИМ-сигналы. Низковольтные ШИМ-сигналы микроконтроллера затем преобразуются усилителем мощности (обычно транзисторным мостом) в силовые напряжения, подаваемые на двигатель.

Совокупность датчика положения ротора и электронного узла в ВД и БДПТ можно с определённой долей достоверности сравнить с щёточно-коллекторным узлом ДПТ. Однако следует помнить, что двигатели редко применяются вне электропривода. Таким образом, электронная аппаратура характерна для ВД почти в той же степени, что и для ДПТ.

Статор

Статор имеет традиционную конструкцию. Он состоит из корпуса, сердечника из электротехнической стали и медной обмотки, уложенной в пазы по периметру сердечника. Обмотка разбита на фазы, которые уложены в пазы таким образом, что пространственно сдвинуты друг относительно друга на угол, определяемый числом фаз. Известно, что для равномерного вращения вала двигателя машины переменного тока достаточно двух фаз. Обычно синхронные машины, применяемые в ВД, трёхфазные, однако встречаются также и ВД с четырёх- и шестифазными обмотками.

Ротор

По расположению ротора вентильные двигатели делятся на внутрироторные (англ. inrunner) и внешнероторные (англ. outrunner).

Ротор изготавливается с использованием постоянных магнитов и имеет обычно от двух до шестнадцати пар полюсов с чередованием северного и южного полюсов.

Для изготовления ротора раньше использовались ферритовые магниты, что определялось их распространённостью и дешевизной. Однако такие магниты характеризуются низким уровнем магнитной индукции. В настоящее время интенсивно используются магниты из сплавов редкоземельных элементов, поскольку они позволяют получить более высокий уровень магнитной индукции и уменьшить размер ротора.

Датчик положения ротора

Датчик положения ротора (ДПР) реализует обратную связь по положению ротора. Его работа может быть основана на разных принципах — фотоэлектрическом, индуктивном, трансформаторном, на эффекте Холла и проч. Наибольшую популярность приобрели датчики Холла и фотоэлектрические датчики, обладающие низкой инерционностью и обеспечивающие малые запаздывания в канале обратной связи по положению ротора.

Обычно фотоэлектрический датчик содержит три неподвижных фотоприёмника, между которыми находится вращающаяся маска с рисками, жёстко закреплённая на валу ротора ВД. Таким образом, ДПР обеспечивает информацию о текущем положении ротора ВД для системы управления.

Система управления

Система управления содержит микроконтроллер, управляющий силовым инвертором согласно заданной программе. В качестве силовых ключей инвертора обычно применяют транзисторы MOSFET (ВД малых и средних мощностей) или IGBT (ВД средних и больших мощностей), реже — тиристоры.

Основываясь на информации, полученной от ДПР, микроконтроллер формирует ШИМ-сигналы, которые усиливаются инвертором и подаются на обмотку синхронной машины.

Благодаря высокой надёжности и хорошей управляемости вентильные двигатели применяются в широком спектре приложений: от компьютерных вентиляторов и CD/DVD-приводов до роботов и космических ракет.

Широкое применение ВД нашли в промышленности, особенно в системах регулирования скорости с большим диапазоном и высоким темпом пусков, остановок и реверса; авиационной технике, автомобильном машиностроении, биомедицинской аппаратуре, бытовой технике и пр. Также этот тип двигателей широко распространен в силовых приводах для моделей, а также на различных БПЛА, к примеру квадрокоптерах.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector