Lygintuvo valdymas

Žodis „vožtuvas“ variklio pavadinime kilęs iš žodžio „vožtuvas“, reiškiančio puslaidininkinį jungiklį. Taigi iš esmės pavarą galima vadinti vožtuvine pavara, jei jos veikimo režimą valdo specialus valdomų puslaidininkinių jungiklių keitiklis.

Pati vožtuvo pavara yra elektromechaninė sistema, susidedanti iš sinchroninės mašinos su nuolatiniais magnetais ant rotoriaus ir elektroninio komutatoriaus (kuris maitina statoriaus apvijas) su automatine jutikliu pagrįsta valdymo sistema.

Daugelyje technologijų sričių, kuriose tradiciškai buvo montuojami asinchroniniai varikliai arba nuolatinės srovės mašinos, šiandien dažnai galima rasti būtent vožtuvų variklius, nes magnetinės medžiagos atpigo, o puslaidininkių elektronikos ir valdymo sistemų pagrindas vystosi labai greitai.

Sinchroniniai varikliai su nuolatinio magneto rotoriumi turi keletą privalumų:

• nėra įrenginio šepečiams surinkti, todėl variklio resursas ilgesnis ir jo patikimumas didesnis nei mašinų su slankiojančiais kontaktais, be to, darbinių apsisukimų diapazonas didesnis;

• platus apvijų maitinimo įtampų asortimentas; leidžiama didelė sukimo momento perkrova - daugiau nei 5 kartus;

• aukšta momento dinamika;

• galima reguliuoti greitį išsaugant sukimo momentą esant mažiems apsisukimams arba išsaugant galią esant dideliems apsisukimams;

• Efektyvumas virš 90%;

• minimalūs tuščiosios eigos nuostoliai;

• mažos svorio ir dydžio savybės.

Neodimio-geležies-boro magnetai visiškai gali sukurti indukciją maždaug 0,8 T tarpelyje, tai yra asinchroninių mašinų lygiu, o pagrindinių elektromagnetinių nuostolių tokiame rotoriuje nėra. Tai reiškia, kad rotoriaus linijos apkrovą galima padidinti nedidinant bendrų nuostolių.

Tai yra didesnio elektromechaninio efektyvumo priežastis. vožtuvų varikliai palyginti su kitomis bešepetėmis mašinomis, tokiomis kaip indukciniai varikliai. Dėl tos pačios priežasties vožtuvų varikliai dabar užima vertingą vietą pirmaujančių užsienio ir vidaus gamintojų kataloguose.

Nuolatinio magneto variklio inverterių jungiklių valdymas tradiciškai atliekamas atsižvelgiant į jo rotoriaus padėtį. Dėl taip pasiektų aukštų našumo charakteristikų vožtuvų paleidimas yra labai perspektyvus mažos ir vidutinės galios automatizavimo sistemoms, staklėms, robotams, manipuliatoriams, koordinavimo įtaisams, apdorojimo ir surinkimo linijoms, valdymo ir sekimo sistemoms, aviacijai, medicinai, transportui ir kt. . .g.

Visų pirma, miesto elektriniam transportui gaminami traukos diskinių vožtuvų varikliai, kurių galia didesnė nei 100 kW. Čia naudojami neodimio-geležies-boro magnetai su legiruojančiais priedais, kurie padidina priverstinę jėgą ir padidina magnetų darbinę temperatūrą iki 170 ° C, kad variklis galėtų lengvai atlaikyti trumpalaikes penkių kartų srovės ir sukimo momento perkrovas.

Povandeninių laivų, sausumos ir orlaivių vairo pavaros, ratų varikliai, skalbimo mašinos – vožtuvų varikliai šiandien yra naudingi daugelyje vietų.

Vožtuvų varikliai yra dviejų tipų: nuolatinės srovės (BLDC - bešepetė DC) ir kintamoji srovė (PMAC - nuolatinis magnetas AC). Nuolatinės srovės varikliuose sukimosi trapecinis EMF apvijose atsiranda dėl rotoriaus magnetų ir statoriaus apvijų išdėstymo Kintamosios srovės varikliuose sukimosi elektrovaros jėga yra sinusinė. Šiame straipsnyje kalbėsime apie labai įprasto bešepetėlio variklio – BLDC (nuolatinės srovės) – valdymą.

Nuolatinės srovės vožtuvo variklis ir jo valdymo principas BLDC varikliai išsiskiria puslaidininkiniu jungikliu, kuris veikia vietoj šepečių surinkimo bloko, būdingo DC mašinos su statoriaus apvija ir magnetiniu rotoriumi.

Vožtuvo variklio komutatoriaus perjungimas vyksta priklausomai nuo esamos rotoriaus padėties (priklausomai nuo rotoriaus padėties). Dažniausiai statoriaus apvija yra trifazė, tokia pati kaip su žvaigždute sujungto indukcinio variklio, o nuolatinio magneto rotoriaus konstrukcija gali skirtis.

Važiavimo momentas BLDC susidaro dėl statoriaus ir rotoriaus magnetinių srautų sąveikos: statoriaus magnetinis srautas visą laiką linkęs sukti rotorių į tokią padėtį, kad nuolatinių magnetų magnetinis srautas. ant jo sumontuotas kryptis sutampa su statoriaus magnetiniu srautu.

Lygiai taip pat Žemės magnetinis laukas orientuoja kompaso adatą – išskleidžia ją „palei lauką“. Rotoriaus padėties jutiklis leidžia išlaikyti pastovų kampą tarp srautų 90 ± 30 ° lygyje, šioje padėtyje sukimo momentas yra didžiausias.

BLDC statoriaus apvijos maitinimo šaltinio puslaidininkinis jungiklis yra valdomas puslaidininkinis keitiklis su kietu 120 ° algoritmu trijų darbo fazių įtampai arba srovei perjungti.

Konverterio galios sekcijos su regeneracinio stabdymo galimybe funkcinės schemos pavyzdys parodytas aukščiau esančiame paveikslėlyje. Čia įtrauktas keitiklis su išėjimo amplitudės-impulsiniu moduliavimu IGBT tranzistoriai, o amplitudė reguliuojama dėka impulsų pločio moduliacija tarpinėje nuolatinės srovės grandyje.

Iš esmės šiam tikslui naudojami tiristoriniai dažnio keitikliai su autonominiu įtampos arba srovės keitikliu su galios valdymu ir tranzistoriniai dažnio keitikliai su autonominiu įtampos keitikliu, valdomu PWM režimu arba su relės išėjimo srovės reguliavimu.

Dėl to variklio elektromechaninės charakteristikos yra panašios į tradicinių nuolatinės srovės mašinų su magnetoelektriniu arba nepriklausomu sužadinimu, todėl BLDC valdymo sistemos yra sukurtos pagal klasikinį nuolatinės srovės pavaros pagalbinio koordinačių valdymo principą su rotoriaus apsisukimais ir srovės kilpomis. statorius.

Kad komutatorius veiktų teisingai, kaip jutiklis arba sistema gali būti naudojamas talpinis arba indukcinis diskretinis jutiklis, sujungtas su poliaus varikliu. remiantis Holo efekto jutikliais su nuolatiniais magnetais.

Tačiau jutiklio buvimas dažnai apsunkina visos mašinos konstrukciją, o kai kuriose programose rotoriaus padėties jutiklio iš viso negalima sumontuoti. Todėl praktikoje jie dažnai naudoja „be jutiklių“ valdymo sistemas. Valdymo be jutiklių algoritmas pagrįstas duomenų analize tiesiogiai iš keitiklio gnybtų ir rotoriaus arba maitinimo šaltinio srovės dažnio.

Populiariausias algoritmas be jutiklių yra pagrįstas EML apskaičiavimu vienai iš šiuo metu nuo maitinimo šaltinio atjungto variklio fazių. Fiksuotas išjungimo fazės EML perėjimas per nulį, nustatomas 90 ° poslinkis, apskaičiuojamas momentas, kada turėtų kristi kito srovės impulso vidurys. Šio metodo privalumas – paprastumas, tačiau yra ir trūkumų: važiuojant mažu greičiu gana sunku nustatyti nulio kirtimo momentą; lėtėjimas bus tikslus tik esant pastoviam sukimosi greičiui.

Tuo tarpu tikslesniam valdymui rotoriaus padėčiai įvertinti naudojami sudėtingi metodai: pagal fazių srauto jungtį, pagal trečiąją apvijų EMF harmoniką, pagal apvijų induktyvumo pokyčius. fazinės apvijos.

Apsvarstykite srautinio perdavimo jungčių stebėjimo pavyzdį. Yra žinoma, kad BLDC sukimo momento pulsacija, kai variklis tiekiamas stačiakampiais įtampos impulsais, pasiekia 25%, todėl sukimasis netolygus, todėl greičio reguliavimo riba yra mažesnė. Todėl statoriaus fazėse uždarų valdymo kilpų pagalba susidaro artimos kvadrato formos srovės.