Control redresor

Cuvântul „supapă” din numele motorului provine de la cuvântul „supapă”, care înseamnă un comutator semiconductor. Astfel, în principiu, acţionarea poate fi numită acţionare a supapei dacă modul său de funcţionare este controlat de un convertor special de comutatoare semiconductoare controlate.

Acționarea supapei în sine este un sistem electromecanic format dintr-o mașină sincronă cu magneți permanenți pe rotor și un comutator electronic (care alimentează înfășurările statorului) cu un sistem de control automat bazat pe senzori.

În acele multe domenii ale tehnologiei în care au fost instalate în mod tradițional motoare asincrone sau mașini de curent continuu, astăzi pot fi găsite adesea motoare cu supape, deoarece materialele magnetice devin mai ieftine și baza electronicii semiconductoare și a sistemelor de control se dezvoltă foarte rapid.

Motoarele sincrone cu rotor cu magnet permanent au o serie de avantaje:

• nu există dispozitiv de colectare a periilor, prin urmare resursa motorului este mai lungă și fiabilitatea acesteia este mai mare decât cea a mașinilor cu contacte culisante, în plus, intervalul de rotații de funcționare este mai mare;

• o gamă largă de tensiuni de alimentare a înfășurărilor; este permisă o suprasarcină semnificativă a cuplului - de mai mult de 5 ori;

• dinamica ridicată a momentului;

• se poate regla viteza cu pastrarea cuplului la turatii mici sau cu pastrarea puterii la turatii mari;

• Eficiență peste 90%;

• pierderi minime la ralanti;

• caracteristici mici de greutate și dimensiune.

Magneții neodim-fier-bor sunt pe deplin capabili să creeze o inducție în golul de ordinul a 0,8 T, adică la nivelul mașinilor asincrone, iar pierderile electromagnetice principale într-un astfel de rotor sunt absente. Aceasta înseamnă că sarcina pe linie pe rotor poate fi crescută fără a crește pierderile totale.

Acesta este motivul eficienței electromecanice mai mari. motoare cu supape comparativ cu alte mașini fără perii, cum ar fi motoarele cu inducție. Din același motiv, motoarele cu supape ocupă acum un loc demn în cataloagele producătorilor de top străini și autohtoni.

Controlul comutatoarelor invertorului de pe un motor cu magnet permanent se face în mod tradițional în funcție de poziția rotorului acestuia. Caracteristicile de înaltă performanță astfel obținute fac ca acționarea supapelor să fie foarte promițătoare în gama de puteri mici și medii pentru sisteme de automatizare, mașini-unelte, roboți, manipulatoare, dispozitive de coordonate, linii de prelucrare și asamblare, sisteme de ghidare și urmărire, pentru aviație, medicină, transport etc. . .g.

În special, pentru transportul electric urban sunt produse motoare cu supape cu disc de tracțiune cu o putere mai mare de 100 kW. Aici, magneții de neodim-fier-bor sunt utilizați cu aditivi de aliere care măresc forța coercitivă și cresc temperatura de funcționare a magneților la 170 ° C, astfel încât motorul să poată rezista cu ușurință la supraîncărcări de cinci ori curent și cuplu pe termen scurt.

Acționări de direcție pentru submarine, terenuri și avioane, motoare cu roți, mașini de spălat — motoarele cu supape găsesc aplicații utile în multe locuri astăzi.

Motoarele cu supape sunt de două tipuri: curent continuu (BLDC - DC fără perii) și curent alternativ (PMAC - AC cu magnet permanent). La motoarele de curent continuu, EMF trapezoidal de rotatie in infasurari se datoreaza dispozitiei magnetilor rotorului si a infasurarilor statorice.La motoarele de curent alternativ, forta electromotoare de rotatie este sinusoidala. În acest articol vom vorbi despre controlul unui tip foarte comun de motor fără perii - BLDC (curent continuu).

Motorul cu supapă de curent continuu și principiul său de control Motoarele BLDC se disting prin prezența unui comutator semiconductor care acționează în locul blocului de colectare a perii, care este caracteristic pentru Mașini de curent continuu cu înfășurare statorică și rotor magnetic.

Comutarea comutatorului motorului supapei are loc în funcție de poziția actuală a rotorului (în funcție de poziția rotorului). Cel mai adesea, înfășurarea statorului este trifazată, la fel cu cea a unui motor cu inducție conectat în stea, iar construcția rotorului cu magnet permanent poate fi diferită.

Momentul de antrenare în BLDC se formează ca urmare a interacțiunii fluxurilor magnetice ale statorului și rotorului: fluxul magnetic al statorului tinde tot timpul să rotească rotorul într-o astfel de poziție încât fluxul magnetic al magneților permanenți. instalat pe acesta coincide în direcția cu fluxul magnetic al statorului.

În același mod, câmpul magnetic al Pământului orientează acul busolei — îl desfășoară „de-a lungul câmpului”. Senzorul de poziție a rotorului vă permite să mențineți constant unghiul dintre fluxuri la nivelul de 90 ± 30 °, în această poziție cuplul este maxim.

Comutatorul semiconductor al sursei de alimentare a înfășurării statorului BLDC este un convertor semiconductor controlat cu un algoritm dur de 120 ° pentru comutarea tensiunilor sau curenților a trei faze de funcționare.

Un exemplu de diagramă funcțională a secțiunii de putere a unui convertor cu posibilitatea de frânare regenerativă este prezentat în figura de mai sus. Aici este inclus invertorul cu modularea în amplitudine-impuls a ieșirii tranzistoare IGBT, iar amplitudinea este reglată datorită modularea lățimii impulsului pe o legătură DC intermediară.

Practic, în acest scop, se folosesc convertoare de frecvență tiristoare cu invertor autonom de tensiune sau curent cu control al puterii și convertoare de frecvență tranzistoare cu invertor de tensiune autonom controlat în modul PWM sau cu reglare releu a curentului de ieșire.

Ca urmare, caracteristicile electromecanice ale motorului sunt similare cu mașinile tradiționale de curent continuu cu excitație magnetoelectrică sau independentă, motiv pentru care sistemele de control BLDC sunt construite după principiul clasic de control al coordonatelor slave al unui drive de curent continuu cu rotații ale rotorului și bucle de curent de statorul.

Pentru funcționarea corectă a comutatorului, ca senzor sau sistem poate fi folosit un senzor discret capacitiv sau inductiv cuplat cu motorul polilor. bazat pe senzori cu efect Hall cu magneți permanenți.

Cu toate acestea, prezența unui senzor complică adesea proiectarea mașinii în ansamblu, iar în unele aplicații senzorul de poziție a rotorului nu poate fi instalat deloc. Prin urmare, în practică, ei recurg adesea la utilizarea sistemelor de control „fără senzori”. Algoritmul de control fără senzori se bazează pe analiza datelor direct de la bornele invertorului și pe frecvența curentă a rotorului sau a sursei de alimentare.

Cel mai popular algoritm fără senzori se bazează pe calcularea EMF pentru una dintre fazele motorului, deconectată de la sursa de alimentare în acest moment. Tranziția EMF a fazei de oprire prin zero este fixă, se determină o deplasare de 90 °, se calculează momentul în care ar trebui să cadă mijlocul următorului impuls de curent. Avantajul acestei metode este simplitatea ei, dar există și dezavantaje: la viteze mici, este destul de dificil să se determine momentul trecerii la zero; decelerația va fi precisă doar la o viteză de rotație constantă.

Între timp, pentru un control mai precis, se folosesc metode complexe de estimare a poziției rotorului: în funcție de conexiunea fluxului fazelor, în funcție de a treia armonică a EMF a înfășurărilor, în funcție de modificările inductanței înfășurări de fază.

Luați în considerare un exemplu de monitorizare a conexiunilor de streaming. Se știe că ondularea cuplului BLDC atunci când motorul este alimentat cu impulsuri de tensiune dreptunghiulare atinge 25%, rezultând o rotație neuniformă, creând o limită de control al vitezei mai jos. Prin urmare, curenții aproape de formă pătrată se formează în fazele statorice prin intermediul buclelor de control închise.