Ovládání usměrňovače

Slovo „ventil“ v ​​názvu motoru pochází ze slova „ventil“, což znamená polovodičový spínač. Pohon lze tedy v principu nazvat pohonem ventilem, pokud je jeho režim činnosti řízen speciálním převodníkem řízených polovodičových spínačů.

Vlastní pohon ventilu je elektromechanický systém sestávající ze synchronního stroje s permanentními magnety na rotoru a elektronického komutátoru (pohánějícího statorová vinutí) s automatickým řídicím systémem na bázi senzorů.

V mnoha oblastech techniky, kde byly tradičně instalovány asynchronní motory nebo stejnosměrné stroje, dnes často najdeme právě ventilové motory, protože magnetické materiály zlevňují a základ polovodičové elektroniky a řídicích systémů se vyvíjí velmi rychle.

Synchronní motory s rotorem s permanentními magnety mají řadu výhod:

• neexistuje žádné zařízení pro sběr kartáčů, proto je zdroj motoru delší a jeho spolehlivost je vyšší než u strojů s posuvnými kontakty, navíc je rozsah provozních otáček vyšší;

• široký rozsah napájecích napětí vinutí; je povoleno značné přetížení točivého momentu – více než 5krát;

• vysoká dynamika okamžiku;

• je možné regulovat otáčky se zachováním točivého momentu při nízkých otáčkách nebo se zachováním výkonu při vysokých otáčkách;

• Účinnost nad 90 %;

• minimální ztráty při nečinnosti;

• malé vlastnosti hmotnosti a velikosti.

Neodym-železo-borové magnety jsou plně schopny vytvořit indukci v mezeře řádově 0,8 T, tedy na úrovni asynchronních strojů, a hlavní elektromagnetické ztráty v takovém rotoru chybí. To znamená, že zatížení rotoru může být zvýšeno bez zvýšení celkových ztrát.

To je důvodem vyšší elektromechanické účinnosti. ventilové motory ve srovnání s jinými bezkomutátorovými stroji, jako jsou indukční motory. Ze stejného důvodu nyní ventilové motory zaujímají důstojné místo v katalozích předních zahraničních i tuzemských výrobců.

Ovládání spínačů měniče na motoru s permanentními magnety se tradičně provádí v závislosti na poloze jeho rotoru. Díky takto dosaženým vysokým výkonnostním charakteristikám je ovládání ventilů velmi slibné v oblasti malých a středních výkonů pro automatizační systémy, obráběcí stroje, roboty, manipulátory, souřadnicová zařízení, zpracovatelské a montážní linky, naváděcí a sledovací systémy, pro letectví, lékařství, dopravu atd. . .G.

Pro městskou elektrickou dopravu se vyrábějí zejména trakční kotoučové ventilové motory s výkonem nad 100 kW. Zde se používají neodym-železo-borové magnety s legujícími přísadami, které zvyšují koercitivní sílu a zvyšují provozní teplotu magnetů na 170 °C, takže motor bez problémů vydrží krátkodobé pětinásobné proudové a momentové přetížení.

Pohony řízení pro ponorky, pevninu a letadla, motory kol, pračky – motory ventilů dnes nacházejí užitečné uplatnění na mnoha místech.

Ventilové motory jsou dvou typů: stejnosměrný proud (BLDC – bezkomutátorový stejnosměrný proud) a střídavý proud (PMAC – střídavý proud s permanentním magnetem). U stejnosměrných motorů je lichoběžníkové EMF otáčení ve vinutí způsobeno uspořádáním magnetů rotoru a vinutí statoru.U střídavých motorů je elektromotorická síla otáčení sinusová. V tomto článku si povíme o ovládání velmi běžného typu bezkomutátorového motoru – BLDC (stejnosměrný proud).

Motor stejnosměrného ventilu a princip jeho ovládání Motory BLDC se vyznačují přítomností polovodičového spínače, který funguje namísto bloku sběrače kartáčů, který je charakteristický pro DC stroje se statorovým vinutím a magnetickým rotorem.

Spínání komutátoru motoru ventilu probíhá v závislosti na aktuální poloze rotoru (v závislosti na poloze rotoru). Nejčastěji je vinutí statoru třífázové, stejné jako u asynchronního motoru zapojeného do hvězdy, a konstrukce rotoru s permanentním magnetem může být odlišná.

Hnací moment v BLDC vzniká jako výsledek interakce magnetických toků statoru a rotoru: magnetický tok statoru má neustále tendenci otáčet rotor do takové polohy, že magnetický tok permanentních magnetů nainstalovaný na něm se shoduje ve směru s magnetickým tokem statoru.

Stejně tak magnetické pole Země orientuje střelku kompasu – rozvine ji „podél pole“. Snímač polohy rotoru umožňuje udržovat konstantní úhel mezi průtoky na úrovni 90 ± 30°, v této poloze je točivý moment maximální.

Polovodičový spínač napájecího vinutí statoru BLDC je řízený polovodičový měnič s tvrdým 120° algoritmem pro spínání napětí nebo proudů tří provozních fází.

Příklad funkčního schématu výkonové části měniče s možností rekuperačního brzdění je na obrázku výše. Zde je zahrnut měnič s amplitudově-pulzní modulací výstupu IGBT tranzistory, a amplituda se nastavuje díky pulzní šířková modulace na mezilehlém stejnosměrném meziobvodu.

V zásadě se pro tento účel používají tyristorové frekvenční měniče s autonomním napěťovým nebo proudovým měničem s řízením výkonu a tranzistorové frekvenční měniče s autonomním napěťovým měničem řízeným v režimu PWM nebo s reléovou regulací výstupního proudu.

Díky tomu jsou elektromechanické charakteristiky motoru podobné tradičním stejnosměrným strojům s magnetoelektrickým nebo nezávislým buzením, proto jsou BLDC řídicí systémy stavěny na klasickém principu podřízeného souřadnicového řízení stejnosměrného pohonu s otáčkami rotoru a proudovými smyčkami stator.

Pro správnou funkci komutátoru lze jako snímač nebo systém použít kapacitní nebo indukční diskrétní snímač spojený s pólovým motorem na bázi Hallových senzorů s permanentními magnety.

Přítomnost snímače však často komplikuje konstrukci stroje jako celku a v některých aplikacích nelze snímač polohy rotoru nainstalovat vůbec. Proto se v praxi často uchylují k použití „bezsenzorových“ řídicích systémů. Algoritmus bezsenzorového řízení je založen na analýze dat přímo ze svorek měniče a aktuální frekvence rotoru nebo napájecího zdroje.

Nejpopulárnější bezsenzorový algoritmus je založen na výpočtu EMF pro jednu z fází motoru, který je v tuto chvíli odpojen od napájení. Přechod EMF vypnuté fáze přes nulu je pevný, je určen posun o 90°, vypočítá se časový okamžik, ve kterém by měl spadnout střed dalšího proudového impulsu. Výhodou této metody je její jednoduchost, ale existují i ​​nevýhody: při nízkých rychlostech je poměrně obtížné určit okamžik překročení nuly; zpomalení bude přesné pouze při konstantní rychlosti otáčení.

Mezitím se pro přesnější řízení používají složité metody k odhadu polohy rotoru: podle zapojení toku fází, podle třetí harmonické EMF vinutí, podle změn indukčnosti vinutí. fázová vinutí.

Zvažte příklad monitorování streamovaných připojení. Je známo, že zvlnění točivého momentu BLDC, když je motor napájen pravoúhlými napěťovými impulsy, dosahuje 25 %, což má za následek nerovnoměrné otáčení, což vede k nižšímu omezení rychlosti. Ve statorových fázích se proto pomocí uzavřených regulačních smyček vytvářejí proudy blízké čtvercovému tvaru.