Tasasuuntaajan ohjaus

Moottorin nimen sana "venttiili" tulee sanasta "venttiili", joka tarkoittaa puolijohdekytkintä. Taajuusmuuttajaa voidaan siis periaatteessa kutsua venttiilikäytöksi, jos sen toimintatapaa ohjataan erityisellä ohjattujen puolijohdekytkimien muuntimella.

Itse venttiilikäyttö on sähkömekaaninen järjestelmä, joka koostuu synkronisesta koneesta, jonka roottorissa on kestomagneetit, ja elektronisesta kommutaattorista (joka antaa virtaa staattorin käämeille), jossa on automaattinen anturipohjainen ohjausjärjestelmä.

Niillä monilla tekniikan aloilla, joihin on perinteisesti asennettu asynkronisia moottoreita tai tasavirtakoneita, nykyään löytyy usein juuri venttiilimoottoreita, kun magneettiset materiaalit halpenevat ja puolijohdeelektroniikan ja ohjausjärjestelmien perusta kehittyy erittäin nopeasti.

Kestomagneettiroottorisynkronimoottoreilla on useita etuja:

• harjojen keräämiseen ei ole laitetta, joten moottorin resurssi on pidempi ja sen luotettavuus korkeampi kuin liukukoskettimilla varustetuilla koneilla, lisäksi käyttökierrosalue on suurempi;

• laaja valikoima käämien syöttöjännitteitä; merkittävä vääntömomentin ylikuormitus on sallittu - yli 5 kertaa;

• hetken korkea dynamiikka;

• on mahdollista säätää nopeutta säilyttämällä vääntömomentti alhaisilla kierroksilla tai säilyttämällä teho suurilla kierroksilla;

• Tehokkuus yli 90 %;

• minimaaliset tyhjäkäyntihäviöt;

• pieniä painon ja koon ominaisuuksia.

Neodyymi-rauta-boorimagneetit pystyvät täysin luomaan induktion 0,8 T:n luokkaan, eli asynkronisten koneiden tasolla, ja tärkeimmät sähkömagneettiset häviöt tällaisessa roottorissa puuttuvat. Tämä tarkoittaa, että roottorin linjakuormaa voidaan lisätä lisäämättä kokonaishäviöitä.

Tämä on syy korkeampaan sähkömekaaniseen hyötysuhteeseen. venttiilimoottorit verrattuna muihin harjattomiin koneisiin, kuten induktiomoottoreihin. Samasta syystä venttiilimoottorit ovat nyt arvokkaalla paikalla johtavien ulkomaisten ja kotimaisten valmistajien luetteloissa.

Kestomagneettimoottorin invertterikytkimien ohjaus tapahtuu perinteisesti sen roottorin asennon funktiona. Näin saavutetut korkeat suorituskykyominaisuudet tekevät venttiilien toiminnasta erittäin lupaavan pienillä ja keskisuurilla tehoalueilla automaatiojärjestelmissä, työstökoneissa, roboteissa, manipulaattoreissa, koordinaattilaitteissa, käsittely- ja kokoonpanolinjoissa, ohjaus- ja seurantajärjestelmissä, ilmailussa, lääketieteessä, kuljetuksissa jne. . .g.

Erityisesti kaupunkien sähköliikenteeseen valmistetaan vetolevyventtiilimoottoreita, joiden teho on yli 100 kW. Tässä neodyymi-rauta-boorimagneetteja käytetään seostavien lisäaineiden kanssa, jotka lisäävät pakkovoimaa ja nostavat magneettien käyttölämpötilan 170 ° C:seen, jotta moottori kestää helposti lyhytaikaisia ​​viisinkertaisia ​​virran ja vääntömomentin ylikuormituksia.

Sukellusveneiden, maa- ja lentokoneiden ohjauslaitteet, pyörämoottorit, pesukoneet – venttiilimoottorit löytävät hyödyllisiä käyttökohteita nykyään monissa paikoissa.

Venttiilimoottoreita on kahta tyyppiä: tasavirta (BLDC — harjaton DC) ja vaihtovirta (PMAC — kestomagneetti AC). Tasavirtamoottoreissa käämien pyörimisen puolisuunnikkaan muotoinen EMF johtuu roottorin magneettien ja staattorikäämien sijoittelusta.AC-moottoreissa sähkömotorinen pyörimisvoima on sinimuotoinen. Tässä artikkelissa puhumme erittäin yleisen harjattoman moottorin - BLDC (tasavirta) - ohjauksesta.

DC-venttiilimoottori ja sen ohjausperiaate BLDC-moottorit erottuvat puolijohdekytkimestä, joka toimii tyypillisen harjankeräyslohkon sijaan. DC-koneet staattorikäämityksellä ja magneettisella roottorilla.

Venttiilimoottorin kommutaattorin kytkentä tapahtuu roottorin sen hetkisen asennon mukaan (riippuen roottorin asennosta). Useimmiten staattorin käämitys on kolmivaiheinen, sama kuin tähtikytketyn induktiomoottorin, ja kestomagneettiroottorin rakenne voi olla erilainen.

Käyttömomentti BLDC:ssä muodostuu staattorin ja roottorin magneettivuon vuorovaikutuksen seurauksena: staattorin magneettivuolla on koko ajan taipumus pyörittää roottoria sellaiseen asentoon, että kestomagneettien magneettivuo siihen asennettu suunta osuu yhteen staattorin magneettivuon kanssa.

Samalla tavalla Maan magneettikenttä suuntaa kompassin neulan – se avaa sen "kenttään pitkin". Roottorin asentotunnistimen avulla voit pitää virtausten välisen kulman vakiona tasolla 90 ± 30 °, tässä asennossa vääntömomentti on suurin.

BLDC staattorikäämin teholähteen puolijohdekytkin on ohjattu puolijohdemuunnin, jossa on kova 120° algoritmi kolmen toimintavaiheen jännitteiden tai virtojen kytkemiseen.

Esimerkki toiminnallisesta kaaviosta muuntajan teho-osuudesta, jossa on mahdollisuus regeneratiiviseen jarrutukseen, on esitetty yllä olevassa kuvassa. Tässä mukana invertteri lähdön amplitudi-pulssimodulaatiolla IGBT-transistorit, ja amplitudi on säädetty ansiosta pulssinleveysmodulaatio DC-välipiirissä.

Pohjimmiltaan tähän tarkoitukseen käytetään tyristoritaajuusmuuttajia, joissa on autonominen jännite- tai virtainvertteri tehonsäädöllä ja transistoritaajuusmuuttajat, joissa on autonominen jänniteinvertteri, jota ohjataan PWM-tilassa tai relesäädöllä lähtövirtaa.

Tämän seurauksena moottorin sähkömekaaniset ominaisuudet ovat samankaltaisia ​​kuin perinteisissä DC-koneissa, joissa on magnetoelektrinen tai riippumaton heräte, minkä vuoksi BLDC-ohjausjärjestelmät on rakennettu perinteisen periaatteen mukaisesti: DC-käytön orjakoordinaattiohjaus roottorin kierroksilla ja virtasilmukoilla. staattori.

Kommutaattorin oikean toiminnan varmistamiseksi napamoottoriin yhdistettyä kapasitiivista tai induktiivista diskreettianturia voidaan käyttää anturina tai järjestelmänä perustuu kestomagneeteilla varustettuihin Hall-antureisiin.

Anturin läsnäolo kuitenkin monimutkaistaa usein koko koneen suunnittelua, ja joissain sovelluksissa roottorin asentoanturia ei voida asentaa ollenkaan. Siksi käytännössä he turvautuvat usein "anturittomien" ohjausjärjestelmien käyttöön. Anturiton ohjausalgoritmi perustuu suoraan taajuusmuuttajan liittimistä tulevien tietojen ja roottorin tai virtalähteen virtataajuuden analysointiin.

Suosituin anturiton algoritmi perustuu EMF:n laskemiseen yhdelle moottorin vaiheesta, joka on tällä hetkellä irrotettu virtalähteestä. Pois päältä -vaiheen EMF-siirtymä nollasta on kiinteä, 90 °:n siirtymä määritetään, lasketaan hetki, jolloin seuraavan virtapulssin keskikohdan tulisi laskea. Tämän menetelmän etuna on sen yksinkertaisuus, mutta siinä on myös haittoja: alhaisilla nopeuksilla on melko vaikea määrittää nollan ylityksen hetki; hidastus on tarkka vain vakiopyörimisnopeudella.

Samaan aikaan tarkemman ohjauksen saamiseksi käytetään monimutkaisia ​​menetelmiä roottorin asennon arvioimiseen: vaiheiden vuon kytkennän mukaan, käämien EMF:n kolmannen harmonisen mukaan, käämien induktanssin muutosten mukaan. vaihekäämit.

Harkitse esimerkkiä suoratoistoyhteyksien valvonnasta. Kun moottoriin syötetään suorakaiteen muotoisia jännitepulsseja, BLDC-vääntömomentin aaltoilun tiedetään saavuttavan 25 %, mikä johtaa epätasaiseen pyörimiseen ja luo nopeudensäätörajan alle. Siksi staattorin vaiheisiin muodostetaan suljetuilla ohjaussilmukoilla neliön muotoisia virtoja.