Upravljanje ispravljačem

Riječ «ventil» u nazivu motora dolazi od riječi «valve», što znači poluvodički prekidač. Tako se pogon načelno može nazvati ventilskim pogonom ako se njegovim načinom rada upravlja posebnim pretvaračem upravljanih poluvodičkih sklopki.

Sam pogon ventila je elektromehanički sustav koji se sastoji od sinkronog stroja s permanentnim magnetima na rotoru i elektroničkog komutatora (koji napaja namote statora) s automatskim senzorskim sustavom upravljanja.

U onim brojnim područjima tehnologije gdje su se tradicionalno ugrađivali asinkroni motori ili istosmjerni strojevi, danas se često mogu naći upravo ventilski motori jer magnetski materijali postaju jeftiniji, a osnova poluvodičke elektronike i sustava upravljanja razvija se vrlo brzo.

Sinkroni motori s rotorom s permanentnim magnetima imaju niz prednosti:

• nema uređaja za skupljanje četkica, stoga je resurs motora duži i njegova pouzdanost veća od one strojeva s kliznim kontaktima, osim toga, raspon radnih okretaja je veći;

• širok raspon napona napajanja namota; dopušteno je značajno preopterećenje momentom — više od 5 puta;

• visoka dinamika trenutka;

• moguće je prilagoditi brzinu uz očuvanje momenta pri malim okretajima ili uz očuvanje snage pri visokim okretajima;

• Učinkovitost preko 90%;

• minimalni gubici u praznom hodu;

• male značajke težine i veličine.

Magneti neodimij-željezo-bor u potpunosti su sposobni stvoriti indukciju u razmaku reda veličine 0,8 T, odnosno na razini asinkronih strojeva, a glavni elektromagnetski gubici u takvom rotoru su odsutni. To znači da se opterećenje linije na rotoru može povećati bez povećanja ukupnih gubitaka.

To je razlog veće elektromehaničke učinkovitosti. ventilski motori u usporedbi s drugim strojevima bez četkica kao što su indukcijski motori. Iz istog razloga ventilski motori sada zauzimaju dostojno mjesto u katalozima vodećih stranih i domaćih proizvođača.

Upravljanje inverterskim sklopkama na motoru s permanentnim magnetima tradicionalno se vrši ovisno o položaju njegovog rotora. Tako postignute karakteristike visokih performansi čine aktiviranje ventila vrlo obećavajućim u rasponu malih i srednjih snaga za sustave automatizacije, alatne strojeve, robote, manipulatore, koordinatne uređaje, proizvodne i montažne linije, sustave za navođenje i praćenje, za zrakoplovstvo, medicinu, transport itd. . .g.

Konkretno, za gradski električni prijevoz proizvode se motori s vučnim diskovima snage veće od 100 kW. Ovdje se koriste magneti neodimij-željezo-bor s dodacima za legiranje koji povećavaju prisilnu silu i povećavaju radnu temperaturu magneta na 170 ° C, tako da motor može lako izdržati kratkotrajna peterostruka preopterećenja struje i momenta.

Kormilarski pogoni za podmornice, kopno i zrakoplove, motori na kotačima, strojevi za pranje rublja—motori s ventilima danas nalaze korisnu primjenu na mnogim mjestima.

Ventilski motori su dvije vrste: istosmjerna struja (BLDC — brushless DC) i izmjenična struja (PMAC — permanentni magnet AC). Kod istosmjernih motora trapezni EMF vrtnje u namotima nastaje zbog rasporeda magneta rotora i namota statora.Kod motora izmjenične struje elektromotorna sila vrtnje je sinusna. U ovom ćemo članku govoriti o upravljanju vrlo uobičajenom vrstom motora bez četkica - BLDC (istosmjerna struja).

Motor s istosmjernim ventilom i njegov princip upravljanja BLDC motori razlikuju se po prisutnosti poluvodičkog prekidača koji djeluje umjesto bloka za skupljanje četkica koji je karakterističan za istosmjerni strojevi sa statorskim namotom i magnetskim rotorom.

Prebacivanje komutatora motora ventila odvija se ovisno o trenutnom položaju rotora (ovisno o položaju rotora). Najčešće je namot statora trofazni, isti kao kod asinkronog motora spojenog u zvijezdu, a konstrukcija rotora s permanentnim magnetom može biti različita.

Pogonski moment u BLDC nastaje kao rezultat međudjelovanja magnetskih tokova statora i rotora: magnetski tok statora cijelo vrijeme nastoji rotirati rotor u takvom položaju da magnetski tok stalnih magneta instaliran na njemu podudara se u smjeru s magnetskim tokom statora.

Na isti način Zemljino magnetsko polje usmjerava iglu kompasa — razvija je "po polju". Senzor položaja rotora omogućuje vam da zadržite kut između protoka konstantnim na razini od 90 ± 30 °, u ovom položaju zakretni moment je maksimalan.

Poluvodička sklopka za napajanje namota BLDC statora je kontrolirani poluvodički pretvarač s tvrdim algoritmom od 120 ° za prebacivanje napona ili struja tri radne faze.

Primjer funkcionalne sheme energetskog dijela pretvarača s mogućnošću regenerativnog kočenja prikazan je na gornjoj slici. Ovdje je uključen pretvarač s amplitudno-pulsnom modulacijom izlaza IGBT tranzistori, a amplituda se podešava zahvaljujući modulacija širine impulsa na međukrugu istosmjerne struje.

U osnovi se u tu svrhu koriste tiristorski pretvarači frekvencije s autonomnim pretvaračem napona ili struje s regulacijom snage i tranzistorski pretvarači frekvencije s autonomnim pretvaračem napona upravljani u PWM modu ili s relejnom regulacijom izlazne struje.

Kao rezultat toga, elektromehaničke karakteristike motora slične su tradicionalnim istosmjernim strojevima s magnetoelektričnom ili neovisnom pobudom, zbog čega su BLDC sustavi upravljanja izgrađeni prema klasičnom principu slave koordinatnog upravljanja istosmjernim pogonom s okretajima rotora i strujnim petljama od stator.

Za ispravan rad komutatora, kapacitivni ili induktivni diskretni senzor spojen s polnim motorom može se koristiti kao senzor ili sustav baziran na Hallovim senzorima s permanentnim magnetima.

Međutim, prisutnost senzora često komplicira dizajn stroja u cjelini, au nekim primjenama senzor položaja rotora se uopće ne može instalirati. Stoga se u praksi često pribjegava upotrebi sustava upravljanja "bez senzora". Algoritam upravljanja bez senzora temelji se na analizi podataka izravno sa stezaljki pretvarača i trenutne frekvencije rotora ili napajanja.

Najpopularniji algoritam bez senzora temelji se na izračunavanju EMF-a za jednu od faza motora, koji je trenutno isključen iz napajanja. Prijelaz EMF-a isključene faze kroz nulu je fiksiran, određen je pomak od 90 °, izračunat je trenutak u kojem treba pasti sredina sljedećeg strujnog impulsa. Prednost ove metode je njezina jednostavnost, ali postoje i nedostaci: pri malim brzinama prilično je teško odrediti trenutak prelaska nule; usporenje će biti točno samo pri konstantnoj brzini vrtnje.

U međuvremenu, za točniju kontrolu, koriste se složene metode za procjenu položaja rotora: prema spoju toka faza, prema trećem harmoniku EMF namota, prema promjenama induktiviteta fazni namoti.

Razmotrite primjer nadziranja streaming veza. Poznato je da valovitost momenta BLDC kada se motor napaja pravokutnim impulsima napona doseže 25%, što rezultira neravnomjernom rotacijom, stvarajući ograničenje kontrole brzine ispod. Stoga se u fazama statora pomoću zatvorenih regulacijskih petlji stvaraju struje blizu kvadratnog oblika.