Материал из Википедии — свободной энциклопедии.
Вентильный электродвигатель — это синхронный двигатель,основанный на принципе частотного регулирования с самосинхронизацией,суть которого заключается в управлении вектором магнитного поля статора в зависимости от положения ротора. Вентильные двигатели (в англоязычной литературе BLDC или PMSM) ещё называют бесколлекторными двигателями постоянного тока, потому что контроллер такого двигателя обычно питается от постоянного напряжения.Описание ВДЭ тот тип двигателя создан с целью улучшения свойств электродвигателей постоянного тока.
В вентильном двигателе (ВД) индуктор находится на роторе (в виде постоянных магнитов), якорная обмотка находится на статоре (синхронный двигатель).Напряжение питания обмоток двигателя формируется в зависимости от положения ротора. Если в двигателях постоянного тока для этой цели использовался коллектор, то в вентильном двигателе его функцию выполняет полупроводниковый коммутатор (датчик положения ротора (ДПР) с инвертором).
Основным отличием ВД от синхронного двигателя является его самосинхронизация с помощью ДПР, в результате чего у ВД, частота вращения поля пропорциональна частоте вращения ротора.Статор Статор бесколлекторного электродвигателя Статор имеет традиционную конструкцию и похож на статор асинхронной машины.Он состоит из корпуса, сердечника из электротехнической стали и меднойобмотки,уложенной в пазы по периметру сердечника. Количество обмоток определяет количество фаз двигателя. Для самозапуска и вращениядостаточно двух фаз — синусной и косинусной. Обычно ВД трёхфазные,реже- четырёхфазные.
По способу укладки витков в обмотки статора различают двигатели имеющие обратную электродвижущую силу трапецеидальной (BLDC) и синусоидальной (PMSM) формы. По способу питания фазный электрический ток в соответствующих типах двигателя также изменяется трапецеидально или синусоидально.Ротор изготавливается с использованием постоянных магнитов и имеет обычно от двух до восьми пар полюсов с чередованием северного и южного полюсов.
Вначале для изготовления ротора использовались ферритовые магниты.Они распространены и дёшевы, но им присущ недостаток в виде низкого уровня магнитной индукции. Сейчас получают популярность магниты из редкоземельных сплавов, так как они позволяют получить высокий уровень магнитной индукции и уменьшить размер ротора. Датчик положения ротора (ДПР) реализует обратную связь по положению ротора. Его работа может быть основана на разных принципах — фотоэлектрический, индуктивный, на эффекте Холла,и т. д. Наибольшую популярность приобрели датчики Холла и фотоэлектрические, так как они практически безинерционны и позволяют избавиться от запаздывания в канале обратной связи по положению ротора.
Фотоэлектрический датчик, в классическом виде, содержит три неподвижных фотоприёмника, которые поочерёдно закрываются шторкой вращающейся синхронно с ротором. Это показано на рисунке. Двоичный код,получаемый с ДПР, фиксирует шесть различных положений ротора. Сигналы датчиков преобразуются управляющим устройством в комбинацию управляющих напряжений, которые управляют силовыми ключами, так, что в каждый такт(фазу) работы двигателя включены два ключа и к сети подключены последовательно две из трёх обмоток якоря. Обмотки якоря
U, V, W расположены на статоре со сдвигом на 120° и их начала и концы соединены так, что при переключении ключей создаётся вращающееся магнитное поле.Система управления ВД Система управления содержит силовые ключи, часто тиристоры или силовые транзисторы с изолированным затвором. Из них собирается инвертор напряжения или инвертор тока. Система управления ключами обычно реализуется на основе использования микроконтроллера. Наличия микропроцессора требует большое количество вычислительных операций по управлению двигателем.Принцип работы ВД Принцип работы ВД, основан на том, что контроллер ВД коммутирует обмотки статора так, чтобы вектор магнитного поля статора всегда был ортогонален вектору магнитного поля ротора. С помощью ШИМ модуля цииконтроллер управляет током, протекающим через обмотки ВД, т.е. вектором магнитного поля статора, и таким образом регулируется момент,действующий на ротор ВД. Знак у угла между векторами определяет направление момента действующего на ротор.
Внимание ! Градусы ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ. Они меньше геометрических градусовв число пар полюсов ротора. Например в ВД с ротором имеющим 3 парыполюсов оптимальный угол между векторами будет 90°/3 = 30°
Коммутация производится так, что поток возбуждения ротора —
Ф0поддерживается постоянным относительно потока якоря. В результате взаимодействия потока якоря и возбуждения создаётся вращающий момент
M,который стремится развернуть ротор так, чтобы потоки якоря ивозбуждения совпали, но при повороте ротора под действием ДПР происходит переключение обмоток и поток якоря поворачивается наследующий шаг.
В этом случае и результирующий вектор тока будет сдвинут и неподвижен относительно потока ротора, что и создаёт момент на вал у двигателя.
В двигательном режиме работы МДС статора опережает МДС ротора наугол 90°, который поддерживается с помощью ДПР. В тормозном режиме МДС статора отстаёт от МДС ротора, угол 90° так же поддерживается с помощью ДПР.Управление двигателем Контроллер ВД регулирует момент, действующий на ротор, меняя величину ШИМ.
В отличие от щёточного электродвигателя постоянного тока, коммутация в ВД осуществляется и контролируется с помощью электроники.
Распространены системы управления, реализующие алгоритмы широтно-импульсного регулирования и широтно-импульсной модуляции при управлении ВД.
Система, обеспечивающая самый широкий диапазон регулирования скорости — у двигателей с векторным управлением.С помощью преобразователя частоты осуществляется регулирование скорости двигателя и поддержание поток сцепления в машине на заданном уровне.
Особенность регулирования электропривода с векторным управлением —контролируемые координаты, измеренные в неподвижной системе координат преобразуются к вращающейся системе, из них выделяется постоянное значение, пропорциональное составляющим векторов контролируемых параметров, по которым осуществляется формирование управляющих воздействий, далее обратный переход.
Недостатком этих систем является сложность управляющих и функциональных устройств для широкого диапазона регулирования скорости.Достоинства и недостатки ВДВ последнее время, этот тип двигателей быстро приобретает популярность, проникая во многие отрасли промышленности. Находит применение в различных сферах использования: от бытовых приборов до рельсового транспорта.
ВД с электронными системами управления часто объединяют в себе лучшие качества бесконтактных двигателей и двигателей постоянного тока.
Достоинства:
- Высокое быстродействие и динамика, точность позиционирования
- Широкий диапазон изменения частоты вращения
- Бесконтактность и отсутствие узлов, требующих техобслуживания — бесколлекторная машина
- Возможность использования во взрывоопасной и агрессивной среде
- Большая перегрузочная способность по моменту
- Высокие энергетические показатели (КПД более 90 % и cosφ более 0,95)
- Большой срок службы, высокая надёжность и повышенный ресурс работы за счёт отсутствия скользящих электрических контактов
- Низкий перегрев электродвигателя, при работе в режимах с возможными перегрузками
Недостатки:
- Относительно сложная система управления двигателем
- Высокая стоимость двигателя, обусловленная использованием дорогостоящих постоянных магнитов в конструкции ротора
- Во многих случаях оказывается более рациональным применение асинхронного двигателя с преобразователем частоты.
Материал из Википедии — свободной энциклопедии.
