Motor de supapă

Mașinile cu curent continuu, de regulă, au indicatori tehnici și economici mai mari (liniaritate a caracteristicilor, randament ridicat, dimensiuni reduse etc.) decât mașinile cu curent alternativ. Un dezavantaj semnificativ este prezența unui aparat cu perie, care reduce fiabilitatea, crește momentul de inerție, creează interferențe radio, pericol de explozie etc. Prin urmare, în mod firesc, sarcina de a crea un motor DC fără contact (fără perii).

Soluția la această problemă a devenit posibilă odată cu apariția dispozitivelor semiconductoare. Într-un motor de curent continuu fără contact, numit motor cu curent constant cu supapă, setul de perii este înlocuit cu un comutator cu semiconductor, armătura este staționară, rotorul este magnet permanent.

Principiul de funcționare al motorului cu supape

Motorul supapei este înțeles ca un sistem de antrenare electric variabil constând dintr-un motor electric cu curent alternativ similar structural cu o mașină sincronă, un convertor cu supapă și dispozitive de control care asigură comutarea circuitelor de înfășurare a motorului în funcție de poziția rotorului motorului.În acest sens, un motor de supapă este asemănător cu un motor de curent continuu în care, prin intermediul unui comutator, se conectează acea rotație a înfășurării armăturii, care se află sub polii de câmp.

Un motor de curent continuu este un dispozitiv electromecanic complex care combină cea mai simplă mașină electrică și un sistem de control electronic.

Motoarele cu curent continuu au dezavantaje serioase, în principal din cauza prezenței unui colector de perii:

1. Fiabilitatea insuficientă a aparatului colector, necesitatea întreținerii periodice a acestuia.

2. Valori limitate ale tensiunii armăturii și, în consecință, puterea motoarelor de curent continuu, ceea ce limitează utilizarea acestora pentru acționări de mare viteză și putere.

3. Capacitate limitată de suprasarcină a motoarelor cu curent continuu, limitând rata de schimbare a curentului de armătură, care este esențială pentru acționările electrice foarte dinamice.

Într-un motor cu supapă, aceste dezavantaje nu se manifestă, deoarece aici comutatorul de perii-colector este înlocuit cu un comutator fără contact realizat pe tiristoare (pentru acționări de mare putere) sau tranzistori (pentru acționări cu o putere de până la 200 kW). ). Pe baza acestui fapt, un motor cu supapă care se bazează structural pe o mașină sincronă este adesea numit motor DC fără contact.

În ceea ce privește controlabilitatea, un motor fără perii este, de asemenea, similar cu un motor de curent continuu - viteza sa este ajustată prin variarea mărimii tensiunii continue aplicate. Datorită calităților lor bune de reglare, motoarele cu supape sunt utilizate pe scară largă pentru a conduce diverși roboți, mașini de tăiat metale, mașini și mecanisme industriale.

Comutator tranzistor cu magnet permanent cu antrenare electrică

Motorul supapei de acest tip este realizat pe baza unei mașini sincrone trifazate cu magneți permanenți pe rotor. Înfășurările statorului trifazate sunt alimentate cu curent continuu furnizat în serie la două înfășurări de fază conectate în serie. Comutarea infasurarilor se realizeaza printr-un comutator tranzistor realizat dupa un circuit de punte trifazat.Comutatoarele tranzistorului se deschid si se inchid in functie de pozitia rotorului motorului. Schema motorului supapei este prezentată în fig.

Smochin. 1. Schema unui motor de supapă cu un comutator tranzistor

Cuplul creat de motor este determinat de interacțiunea a două filete:

• statorul creat de curentul din înfăşurările statorului,

• rotor creat din magneți permanenți de mare energie (pe baza de aliaje de samariu-cobalt și altele).

unde: θ este unghiul solid dintre vectorii de flux stator și rotor; pn este numărul de perechi de poli.

Fluxul magnetic al statorului tinde să rotească rotorul cu magnet permanent, astfel încât fluxul rotorului să se potrivească în direcție cu fluxul statorului (nu uitați de acul magnetic, busola).

Cel mai mare moment creat pe arborele rotorului va fi la un unghi între vectorii de flux egal cu π / 2 și va scădea la zero pe măsură ce fluxurile de flux se apropie. Această dependență este prezentată în Fig. 2.

Să considerăm diagrama spațială a vectorilor de flux corespunzător modului motor (cu numărul de perechi de poli pn = 1). Să presupunem că în acest moment tranzistoarele VT3 și VT2 sunt pornite (vezi diagrama din Fig. 1). Apoi curentul trece prin înfășurarea fazei B și în sens opus prin înfășurarea fazei A. Vectorul rezultat ppm. statorul va ocupa pozitia F3 in spatiu (vezi figura 3).

Dacă rotorul este acum în poziția prezentată în fig. 4, atunci motorul va dezvolta în funcție de 1 cuplul maxim la care rotorul se va întoarce în sensul acelor de ceasornic. Pe măsură ce unghiul θ scade, cuplul va scădea. Când rotorul este rotit cu 30 °, este necesar conform graficului din fig. 2. comutați curentul în fazele motorului astfel încât statorul vectorial ppm rezultat să fie în poziția F4 (vezi Fig. 3). Pentru a face acest lucru, opriți tranzistorul VT3 și porniți tranzistorul VT5.

Comutarea fazelor este efectuată de un comutator tranzistor VT1-VT6 controlat de senzorul de poziție a rotorului DR; în acest caz, unghiul θ este menținut la 90 ° ± 30 °, ceea ce corespunde cu valoarea maximă a cuplului cu cele mai mici ondulații. La ρn = 1, trebuie făcute șase comutatoare pe o rotație a rotorului, deci ppm. statorul va face o rotație completă (vezi Fig. 3). Când numărul de perechi de poli este mai mare decât unitatea, rotația vectorului ppm statorul și, prin urmare, rotorul va fi de 360/pn grade.

Smochin. 2. Dependența cuplului motorului de unghiul dintre vectorii de flux stator și rotor (la pn = 1)

Smochin. 3. Schema spațială a statorului ppm la comutarea fazelor motorului supapei

Smochin. 4. Diagrama spațială în regim motor

Reglarea valorii cuplului se face prin modificarea valorii ppm. stator, adică modificarea valorii medii a curentului în înfășurările statorului

unde: R1 este rezistența înfășurării statorului.

Deoarece fluxul motorului este constant, fem indusă în două înfășurări ale statorului conectate în serie va fi proporțională cu viteza rotorului.Ecuația de echilibru electric pentru circuitele statorice va fi

Când comutatoarele sunt oprite, curentul din înfășurările statorului nu dispare imediat, ci este închis prin diodele inverse și condensatorul de filtru C.

Prin urmare, prin ajustarea tensiunii de alimentare a motorului U1, este posibilă reglarea mărimii curentului statorului și a cuplului motorului.

Este ușor de observat că expresiile obținute sunt similare expresiilor analoage pentru un motor de curent continuu, astfel încât caracteristicile mecanice ale unui motor cu supapă din acest circuit sunt similare cu caracteristicile unui motor de curent continuu cu excitație independentă la Φ = const .

Se face o modificare a tensiunii de alimentare a motorului fără perii în circuitul luat în considerare prin metoda de reglare a lăţimii impulsului… Prin modificarea ciclului de lucru al impulsurilor tranzistoarelor VT1-VT6 în perioadele de includere a acestora, este posibilă ajustarea valorii medii a tensiunii furnizate înfășurărilor statorice ale motorului.

Pentru a aplica modul de oprire, algoritmul de funcționare a comutatorului tranzistorului trebuie modificat astfel încât vectorul ppm stator să fie în decalaj față de vectorul fluxului rotor. Apoi cuplul motorului va deveni negativ. Deoarece la intrarea convertizorului este instalat un redresor necontrolat, regenerarea energiei de frânare în acest circuit este imposibilă.

În timpul opririi, se reîncarcă condensatorul filtrului C. Limitarea tensiunii la condensatoare se realizează prin conectarea rezistenței de descărcare prin tranzistorul VT7. În acest fel, energia de frânare este disipată în rezistența de sarcină.