Вентильный электродвигатель

Вентильный двигатель

Принцип работы вентильного двигателя

Под вентильным двигателем понимают систему регулируемого электропривода, состоящую из электродвигателя переменного тока, конструктивно подобного синхронной машине, вентильного преобразователя и устройств управления, обеспечивающих коммутацию цепей обмоток электродвигателя в зависимости от положения ротора двигателя. В этом смысле вентильный двигатель подобен двигателю постоянного тока, в котором посредством коллекторного коммутатора подключается тот виток обмотки якоря, который находится под полюсами возбуждения.

Двигателям постоянного тока присущи серьезные недостатки, обусловленные, главным образом, наличием щеточно-коллекторного аппарата:

1. Недостаточная надежность коллекторного аппарата, необходимость его периодического обслуживания.

2. Ограниченные величины напряжения на якоре и, следовательно, мощности двигателей постоянного тока, что ограничивает их применение для высокоскоростных приводов большой мощности.

3. Ограниченная перегрузочная способность двигателей постоянного тока, ограничение темпа изменения тока якоря, что существенно для высокодинамичных электроприводов.

В вентильном двигателе указанные недостатки не проявляются, поскольку здесь щеточно-коллекторный коммутатор заменен бесконтактным коммутатором, выполненным на тиристорах (для приводов большой мощности) или на транзисторах (для приводов мощностью до 200кВт). Исходя из этого, вентильный двигатель, который конструктивно выполняется на базе синхронной машины, часто называют бесконтактным двигателем постоянного тока.

По управляемости вентильный двигатель также подобен двигателю постоянного тока - его скорость регулируется изменением величины подводимого постоянного напряжения. Благодаря своим хорошим регулировочным качествам вентильные двигатели получили широкое применение для привода различных промышленных машин и механизмов.

Электропривод по системе транзисторный коммутатор-вентильный двигатель с постоянными магнитами

Вентильный двигатель рассматриваемого типа выполнен на базе трехфазной синхронной машины с постоянными магнитами на роторе. Трехфазные обмотки статора питаются постоянным током, подаваемым поочередно в две последовательно соединенные фазные обмотки. Переключение обмоток производится транзисторным коммутатором, выполненным по трехфазной мостовой схеме. Транзисторные ключи открываются и закрываются в зависимости от положения ротора двигателя. Схема вентильного двигателя представлена на рис.1.

Рис.1. Схема вентильного двигателя с транзисторным коммутатором

Момент, создаваемый двигателем, определяется взаимодействием двух потоков:

• статора, создаваемого током в обмотках статора,

• ротора, создаваемого высокоэнергетическими постоянными магнитами (на основе сплавов самарий-кобальт и других).

где: θ - пространственный угол между векторами потоков статора и ротора; рп - число пар полюсов.

Магнитный поток статора стремится повернуть ротор с постоянными магнитами, так, чтобы поток ротора совпал по направлению с потоком статора (вспомним магнитную стрелку, компаса).

Наибольший момент, создаваемый на валу ротора, будет при угле между векторами потоков равным π/2 и будет уменьшаться до нуля по мере сближения векторов потоков. Эта зависимость показана на рис.2.

Рассмотрим пространственную диаграмму векторов потоков, соответствующую двигательному режиму (при числе пар полюсов pn=1). Предположим, что в данный момент включены транзисторы VT3 и VT2, (см. схему рис.1). Тогда ток проходит через обмотку фазы В и в обратном направлении через обмотку фазы А. Результирующий вектор м.д.с. статора будет занимать в пространстве положение F3 (см.рис.3).

Если ротор занимает в этот момент положение, показанное на рис.4. то двигатель будет развивать в соответствии с 1 максимальный момент, под действием которого ротор будет поворачиваться по часовой стрелке. По мере уменьшения угла θ момент будет уменьшаться. Когда ротор повернется на 30° необходимо в соответствии с графиком на рис.2. переключить ток в фазах двигателя, так, чтобы результирующий вектор м.д.с. статора занял положение F4 (см. рис.3). Для этого нужно отключить транзистор VT3 и включить транзистор VT5.

Переключение фаз выполняет транзисторный коммутатор VT1-VT6, управляемый от датчика положения ротора DR; при этом угол θ поддерживается в пределах 90°±30°, что соответствует максимальному значению момента с наименьшими пульсациями. При рn=1 за один оборот ротора должно быть произведено шесть переключений, благодаря которым м.д.с. статора совершит полный оборот (см. рис.3). При числе пар полюсов больше единицы поворот вектора м.д.с. статора, а, следовательно, и ротора, составит 360/рn градусов.

Рис.2. Зависимость момента двигателя от угла между векторами потоков статора и ротора (при рn=1)

Вентильный двигатель: принцип работы и схема

May 1, 2015

Для того чтобы решать задачи по контролю современных прецизионных систем, все чаще используется вентильный двигатель. Это характеризуется большим преимуществом таких приборов, а также активным формированием вычислительных возможностей микроэлектроники. Как известно, они могут обеспечить высокую плотность длительного момента и энергоэффективности по сравнению с другими видами двигателей.

Схема вентильного двигателя

6. Статор с обмоткой.

Вентильный электродвигатель Схема вентильного

7. Передняя часть корпуса.

У вентильного двигателя имеется взаимосвязь между многофазной обмоткой статора и ротора. У них присутствуют постоянные магниты и встроенный датчик положения. Коммутация прибора реализовывается при помощи вентильного преобразователя, вследствие чего он и получил такое название.

Вентильный электродвигатель вентильного двигателя

Схема вентильного двигателя состоит из задней крышки и печатной платы датчиков, втулки подшипника, вала и самого подшипника, магнитов ротора, изолирующего кольца, обмотки, трельчатой пружины, промежуточной втулки, датчика Холла, изоляции, корпуса и проводов.

В случае соединения обмоток «звездой» устройство имеет большие постоянные моменты, поэтому такую сборку применяют для управления осями. В случае скрепления обмоток «треугольником» их можно использовать для работы с большими скоростями. Чаще всего количество пар полюсов вычисляется численностью магнитов ротора, которые помогают определить соотношение электрических и механических оборотов.

Статор может быть изготовлен с безжелезным или железным сердечником. Используя такие конструкции с первым вариантом, можно обеспечить отсутствие притяжения магнитов ротора, но и в это же мгновение снижается на 20% эффективность двигателя из-за уменьшения значения постоянного момента.

Со схемы видно, что в статоре ток образуется в обмотках, а в роторе создается при помощи высокоэнергетических постоянных магнитов.

Вентильный электродвигатель вентильный

Условные обозначения:

- VT1-VT7 - транзисторные коммуникаторы;

- M – момент двигателя;

- DR – датчик положения ротора;

- U – регулятор напряжения питания двигателя;

- S (south), N (north) – направление магнита;

- UZ – частотный преобразователь;

Вентильный двигатель постоянного тока

В различных сферах промышленности широко используются моторы, работающие при помощи вентилей. Предлагаем рассмотреть, что такое асинхронный и синхронный вентильный двигатель постоянного тока, его принцип работы, чертежи и цена.

Принцип работы

Вентильный бесколлекторный двигатель ВМЭД, ДВУ,  является одним из видов электрического двигателя, который индуцирует непостоянные магнитные полюса на ферромагнитном роторе. Крутящий момент генерируется через явление магнитного сопротивления.

Фото — Бесколлекторный вентильный двигатель

Существуют различные типы вентильных двигателей:

  1. Синхронный;
  2. Асинхронный;
  3. Индукторный.

Вентильно реактивный двигатель работает при помощи двух фазных обмоток, установленных вокруг диаметрально противоположных полюса статора. Подача питания фазы осуществляется к ротору, движущегося в соответствие с полюсами статора, таким образом, сопротивление магнитного поля сведено к минимуму. Таким же принципом работы обладает авиационный вентильно индукторный двигатель возбуждения.

Фото — Вентильный двигатель

В высокоэффективной переменной скорости привода, магнетизм двигателя оптимизирован для работы с реверсом. Информация о положении ротора используется для управления фазы подачи напряжения, это оптимально для достижения плавного, непрерывного крутящего момента и высокой эффективности. Сигналы накладываются на угловую ненасыщенную фазу индуктивности. Максимальная индуктивность соответствует минимальному сопротивлению полюса. Положительный момент производится только при углах, когда индуктивность градиента положительна.

На низких скоростях фазный ток должен быть ограничен, чтобы защитить электронику от высоких вольт-секунд. Как правило, это достигается за счет гистерезиса тока, этот процесс контролируется специальными датчиками.

Фото — Схема вентильного двигателя

На более высоких скоростях, ток ограничен, управляющее напряжение одиночного импульса используют с заранее выровненным углом для оптимизации производительности.

Механизм преобразования энергии иллюстрируется траекторией реактивной энергии. Мощностная область представляет собой питание, которое преобразуют в механическую энергию (либо которая уже преобразована, благодаря генератору). Если питание резко отключается, то остаточная или избыточная энергия возвращается к статору. Минимизация влияния магнитного поля на работу двигателя является его основным отличием от аналогичных устройств.

Преимущества вентильного двигателя:

  1. Минимальные потери энергии из-за небольшого магнитного сопротивления;
  2. Высокие показатели безопасности (могут работать в условиях пиковых нагрузок);
  3. Широкий диапазон скоростей;
  4. Мягкое переключение скоростей.

Помимо достоинств, автоматизированный вентильный электродвигатель имеет недостатки :

  1. Высокая акустическая громкость;
  2. Сложно управление;
  3. В сравнении с аналогичными устройствами, у данного двигателя очень высокая стоимость.

Видео: из чего состоят вентильные двигатели

Конструкция

Тяговый вентильный двигатель (каталог Интерскол, Lenze,  Борец для УЭЦН, ЭЦН), состоит из датчиков, которые указывают на положение ротора машины синхронного типа, совокупность этих механизмов называется электромеханической частью двигателя. Также присутствует управляющая часть, она состоит из микроконтроллера и силового моста. Стоит помнить, что также имеется часть, которую называют логистическим неконструктивным участком системы – это блок управления.

Фото — Вентильный индукторный двигатель

Синхронный привод – это механическая часть устройства, которая представляет собой собранные изолированные стальные листы, которые способствуют уменьшению вихревых токов, ротора и обмотки с магнитами.

Для нормальной работы прибора используются  датчики Холла, если в вентильном двигателе нет индикаторных приспособлений, то сигналы поступают напрямую к магнитной установке. Этими же устройства контролируется режим реверса. Это необходимо для того, чтобы при погружении двигатель не остановился, и можно было на расстоянии контролировать его работу и менять установки. Данная функция необходима при добыче нефти, угля, газа, бурения земли.

Фото — Принцип работы погружного двигателя

Шаговый микропроцессор обрабатывает все данные о положении ротора, согласно настройкам которого, контролируются ШИМ-сигналы. Нужно отметить, что если у данного сигнала низкий тип, то необходимо его усиливать для нормально работы механизма или станка, для этого используются специальные приборы по типу микротрансформаторов.

Ниже дана схема, как работают эти детали в совокупности.

Технические параметры:

Теги: