Egyenirányító vezérlés

A "szelep" szó a motor nevében a "szelep" szóból származik, ami félvezető kapcsolót jelent. A hajtás tehát elvileg szelephajtásnak nevezhető, ha működési módját vezérelt félvezető kapcsolók speciális átalakítója vezérli.

Maga a szelephajtás egy elektromechanikus rendszer, amely egy szinkrongépből áll, állandó mágnesekkel a forgórészen, és egy elektronikus kommutátorból (amely az állórész tekercseit táplálja) automatikus érzékelő-alapú vezérlőrendszerrel.

A technológia azon számos területén, ahol hagyományosan aszinkron motorokat vagy egyenáramú gépeket szereltek be, ma már gyakran találkozhatunk pontosan szelepmotorokkal, mivel a mágneses anyagok egyre olcsóbbak, és a félvezető elektronika és vezérlőrendszerek alapjai nagyon gyorsan fejlődnek.

Az állandó mágneses forgórészes szinkronmotorok számos előnnyel rendelkeznek:

• nincs kefék gyűjtésére szolgáló eszköz, ezért a motor erőforrása hosszabb, megbízhatósága nagyobb, mint a csúszóérintkezős gépeké, emellett nagyobb az üzemi fordulatszám tartománya;

• a tekercsek tápfeszültségeinek széles választéka; jelentős nyomatéktúlterhelés megengedett - több mint 5-ször;

• a pillanat magas dinamikája;

• lehetőség van a fordulatszám beállítására a nyomaték megőrzésével alacsony fordulatszámon vagy a teljesítmény megőrzésével nagy fordulatszámon;

• Hatékonyság 90% felett;

• minimális üresjárati veszteségek;

• kis súly és méret jellemzői.

A neodímium-vas-bór mágnesek teljes mértékben képesek indukciót létrehozni a 0,8 T nagyságrendű résben, vagyis az aszinkron gépek szintjén, és az ilyen rotorban a fő elektromágneses veszteségek hiányoznak. Ez azt jelenti, hogy a forgórész vezetékterhelése növelhető a teljes veszteség növelése nélkül.

Ez az oka a magasabb elektromechanikai hatásfoknak. szelepes motorok más kefe nélküli gépekhez, például indukciós motorokhoz képest. Ugyanezen okból a szelepmotorok méltó helyet foglalnak el a vezető külföldi és hazai gyártók katalógusaiban.

Az állandó mágneses motor inverterkapcsolóinak vezérlése hagyományosan a forgórész helyzetének függvényében történik. Az így elért nagy teljesítményjellemzők nagyon ígéretessé teszik a szelepek működtetését kis és közepes teljesítménytartományban automatizálási rendszerek, szerszámgépek, robotok, manipulátorok, koordináta-berendezések, feldolgozó és összeszerelő sorok, irányító és nyomkövető rendszerek, repülés, gyógyászat, szállítás stb. . .g.

Különösen a 100 kW-nál nagyobb teljesítményű vontatótárcsás szelepes motorokat gyártanak városi elektromos közlekedéshez. Itt a neodímium-vas-bór mágneseket ötvöző adalékokkal használják, amelyek növelik a kényszerítő erőt és a mágnesek üzemi hőmérsékletét 170 ° C-ra növelik, így a motor könnyen ellenáll a rövid távú ötszörös áram- és nyomaték túlterhelésnek.

Tengeralattjárók, szárazföldi és repülőgépek kormányhajtásai, kerékmotorok, mosógépek – a szelepmotorok manapság sok helyen találnak hasznos alkalmazást.

A szelepmotorok két típusból állnak: egyenáramú (BLDC – kefe nélküli DC) és váltakozó áramú (PMAC – állandó mágneses AC). Az egyenáramú motoroknál a tekercsekben a forgás trapéz alakú EMF-je a forgórész mágneseinek és az állórész tekercseinek elrendezéséből adódik, a váltakozó áramú motoroknál a forgás elektromotoros ereje szinuszos. Ebben a cikkben egy nagyon gyakori kefe nélküli motor - BLDC (egyenáram) - vezérléséről fogunk beszélni.

Az egyenáramú szelepes motor és vezérlési elve A BLDC motorokat egy félvezető kapcsoló jellemzi, amely a kefegyűjtő blokk helyett működik. DC gépek állórész tekercseléssel és mágneses rotorral.

A szelepmotor kommutátor kapcsolása a forgórész aktuális helyzetétől függően történik (a forgórész helyzetétől függően). Leggyakrabban az állórész tekercselése háromfázisú, ugyanaz, mint a csillagkapcsolt indukciós motoré, és az állandó mágneses forgórész felépítése eltérő lehet.

A BLDC-ben a hajtónyomaték az állórész és a forgórész mágneses fluxusának kölcsönhatása eredményeként jön létre: az állórész mágneses fluxusa folyamatosan olyan helyzetbe forgatja a forgórészt, hogy az állandó mágnesek mágneses fluxusa rászerelt iránya egybeesik az állórész mágneses fluxusával.

Ugyanígy a Föld mágneses tere orientálja az iránytű tűjét – kibontja "a mező mentén". A rotor helyzetérzékelője lehetővé teszi, hogy az áramlások közötti szöget állandó szinten tartsa 90 ± 30 ° szinten, ebben a helyzetben a nyomaték maximális.

A BLDC állórész tekercses tápegység félvezető kapcsolója egy vezérelt félvezető átalakító kemény 120°-os algoritmussal három üzemi fázis feszültségének vagy áramának kapcsolására.

A visszatápláló fékezés lehetőségével rendelkező átalakító teljesítményrészének funkcionális diagramjára a fenti ábra látható. Ide tartozik az inverter a kimenet amplitúdó-impulzus modulációjával IGBT tranzisztorok, az amplitúdó pedig ennek köszönhetően beállítható impulzus szélesség moduláció közbenső egyenáramú kapcsolaton.

Alapvetően erre a célra a tirisztoros frekvenciaváltókat autonóm feszültség- vagy áramváltóval, teljesítményszabályozással és tranzisztoros frekvenciaváltókat használnak autonóm feszültséginverterrel, amelyet PWM módban vezérelnek, vagy a kimeneti áram relé szabályozásával.

Ennek eredményeként a motor elektromechanikai jellemzői hasonlóak a hagyományos, magnetoelektromos vagy független gerjesztésű egyenáramú gépekhez, ezért a BLDC vezérlőrendszerek a rotor fordulatszámú és áramhurokkal rendelkező egyenáramú hajtások szolga koordinátaszabályozásának klasszikus elve szerint épülnek fel. az állórész.

A kommutátor megfelelő működéséhez a pólusmotorhoz kapcsolt kapacitív vagy induktív diszkrét érzékelő használható érzékelőként vagy rendszerként állandó mágneses Hall-effektus érzékelők alapján.

Az érzékelő jelenléte azonban gyakran megnehezíti a gép egészének kialakítását, és egyes alkalmazásokban a rotor helyzetérzékelője egyáltalán nem szerelhető fel. Ezért a gyakorlatban gyakran folyamodnak "érzékelő nélküli" vezérlőrendszerekhez. Az érzékelő nélküli vezérlési algoritmus az inverter kapcsairól közvetlenül érkező adatok és a rotor vagy a tápegység áramfrekvenciájának elemzésén alapul.

A legnépszerűbb érzékelő nélküli algoritmus az EMF kiszámításán alapul a motor egyik fázisához, amely pillanatnyilag le van választva a tápegységről. A kikapcsolt fázis EMF-átmenete a nullán rögzített, 90 ° -os eltolódást határoznak meg, és kiszámítják azt az időpontot, amikor a következő áramimpulzus közepének esnie kell. Ennek a módszernek az előnye az egyszerűség, de vannak hátrányai is: alacsony sebességnél meglehetősen nehéz meghatározni a nulla átlépés pillanatát; a lassítás csak állandó forgási sebesség mellett lesz pontos.

Mindeközben a pontosabb szabályozás érdekében a forgórész helyzetének becslésére összetett módszereket alkalmaznak: a fázisok fluxusának kapcsolata szerint, a tekercsek EMF harmadik harmonikusa szerint, a tekercs induktivitásának változása szerint. fázistekercsek.

Vegyünk egy példát a streaming kapcsolatok figyelésére. A BLDC nyomaték hullámossága, ha a motort négyszögletes feszültségimpulzusokkal látják el, eléri a 25%-ot, ami egyenetlen forgást eredményez, ami alatta fordulatszám-szabályozási határértéket eredményez. Ezért az állórész fázisaiban zárt szabályozóhurkok segítségével négyzet alakúhoz közeli áramok jönnek létre.