Vožtuvo variklis

Nuolatinės srovės mašinos, kaip taisyklė, turi aukštesnius techninius ir ekonominius rodiklius (charakteristikos tiesiškumas, didelis efektyvumas, maži matmenys ir kt.) nei kintamosios srovės mašinos. Reikšmingas trūkumas yra šepečio aparato buvimas, kuris sumažina patikimumą, padidina inercijos momentą, sukuria radijo trukdžius, sprogimo pavojų ir kt. Todėl, žinoma, užduotis sukurti bekontaktį (be šepetėlių) nuolatinės srovės variklį.

Šios problemos sprendimas tapo įmanomas atsiradus puslaidininkiniams įtaisams. Bekontaktiniame nuolatinės srovės variklyje, vadinamame nuolatinės vožtuvo srovės varikliu, šepečių rinkinys pakeičiamas puslaidininkiniu jungikliu, armatūra yra stacionari, rotorius yra nuolatinis magnetas.

Vožtuvo variklio veikimo principas

Vožtuvo variklis suprantamas kaip kintamos elektros pavaros sistema, susidedanti iš kintamos srovės elektros variklio, struktūriškai panašaus į sinchroninę mašiną, vožtuvo keitiklio ir valdymo įtaisų, kurie užtikrina variklio apvijų grandinių komutaciją priklausomai nuo variklio rotoriaus padėties.Šia prasme vožtuvo variklis yra panašus į nuolatinės srovės variklį, kuriame komutavimo jungikliu sujungiamas tas armatūros apvijos posūkis, esantis žemiau lauko polių.

Nuolatinės srovės variklis yra sudėtingas elektromechaninis įtaisas, jungiantis paprasčiausią elektros mašiną ir elektroninę valdymo sistemą.

Nuolatinės srovės varikliai turi rimtų trūkumų, daugiausia dėl to, kad yra šepečio kolektoriaus:

1. Nepakankamas kolektoriaus aparato patikimumas, jo periodinės priežiūros poreikis.

2. Ribotos armatūros įtampos vertės ir atitinkamai nuolatinės srovės variklių galia, o tai riboja jų naudojimą didelės spartos ir didelės galios pavaroms.

3. Ribota nuolatinės srovės variklių perkrovos galia, ribojanti armatūros srovės kitimo greitį, o tai būtina labai dinamiškoms elektrinėms pavaroms.

Vožtuvo variklyje šie trūkumai nepasireiškia, nes čia šepečio kolektoriaus jungiklis pakeičiamas bekontakčiu jungikliu, pagamintu ant tiristorių (didelės galios pavaroms) arba tranzistorių (pavaroms, kurių galia iki 200 kW). ). Remiantis tuo, vožtuvo variklis, kurio struktūra yra pagrįsta sinchronine mašina, dažnai vadinamas bekontakčiu nuolatinės srovės varikliu.

Kalbant apie valdymą, variklis be šepetėlių taip pat panašus į nuolatinės srovės variklį – jo greitis reguliuojamas keičiant nuolatinės srovės įtampos dydį. Dėl gerų reguliavimo savybių vožtuvų varikliai plačiai naudojami įvairiems robotams, metalo pjovimo staklėms, pramoninėms staklėms ir mechanizmams vairuoti.

Nuolatinio magneto tranzistoriaus komutatorius su elektrine pavara

Šio tipo vožtuvo variklis pagamintas remiantis trifaze sinchronine mašina su nuolatiniais magnetais ant rotoriaus. Trifazės statoriaus apvijos tiekiamos nuolatine srove, tiekiama nuosekliai į dvi nuosekliai sujungtas fazines apvijas. Apvijų perjungimas atliekamas tranzistoriniu jungikliu, pagamintu pagal trifazę tilto grandinę.Tranzistoriniai jungikliai atidaromi ir uždaromi priklausomai nuo variklio rotoriaus padėties. Vožtuvo variklio schema parodyta fig.

Fig. 1. Vožtuvo variklio su tranzistoriniu jungikliu schema

Variklio sukuriamą sukimo momentą lemia dviejų sriegių sąveika:

• statorius, kurį sukuria srovė statoriaus apvijose,

• rotorius, sukurtas iš didelės energijos nuolatinių magnetų (samaario-kobalto lydinių ir kitų pagrindu).

čia: θ – erdvinis kampas tarp statoriaus ir rotoriaus srauto vektorių; pn yra polių porų skaičius.

Statoriaus magnetinis srautas linkęs sukti nuolatinio magneto rotorių taip, kad rotoriaus srautas sutaptų su statoriaus srautu (nepamirškite magnetinės adatos, kompaso).

Didžiausias momentas, sukurtas ant rotoriaus veleno, bus kampu tarp srauto vektorių, lygų π / 2, ir sumažės iki nulio, kai artėja srauto srautai. Ši priklausomybė parodyta fig. 2.

Panagrinėkime variklio režimą atitinkančių srauto vektorių erdvinę diagramą (su polių porų skaičiumi pn = 1). Tarkime, kad šiuo metu įjungti tranzistoriai VT3 ir VT2 (žr. schemą 1 pav.). Tada srovė teka per fazės B apviją ir priešinga kryptimi per fazės A apviją. Gautas vektorius ppm. statorius erdvėje užims F3 padėtį (žr. 3 pav.).

Jei rotorius dabar yra tokioje padėtyje, kaip parodyta pav. 4, tada variklis pagal 1 sukurs didžiausią sukimo momentą, kuriuo rotorius suksis pagal laikrodžio rodyklę. Mažėjant kampui θ sukimo momentas mažės. Kai rotorius pasukamas 30 °, tai būtina pagal grafiką pav. 2. perjunkite srovę variklio fazėse taip, kad gautas ppm vektorinis statorius būtų F4 padėtyje (žr. 3 pav.). Norėdami tai padaryti, išjunkite tranzistorių VT3 ir įjunkite tranzistorių VT5.

Fazių perjungimas atliekamas tranzistoriniu jungikliu VT1-VT6, valdomu rotoriaus padėties jutikliu DR; šiuo atveju kampas θ išlaikomas 90 ° ± 30 ° ribose, o tai atitinka didžiausią sukimo momento vertę su mažiausiomis bangomis. Esant ρn = 1, vienam rotoriaus apsisukimui reikia atlikti šešis jungiklius, taigi ppm. statorius padarys pilną apsisukimą (žr. 3 pav.). Kai polių porų skaičius yra didesnis už vienetą, statoriaus, taigi ir rotoriaus, ppm vektoriaus sukimasis bus 360/pn laipsnių.

Fig. 2. Variklio sukimo momento priklausomybė nuo kampo tarp statoriaus ir rotoriaus srauto vektorių (esant pn = 1)

Fig. 3. Erdvinė statoriaus ppm diagrama perjungiant vožtuvo variklio fazes

Fig. 4. Erdvinė diagrama variklio režimu

Sukimo momento vertės reguliavimas atliekamas keičiant ppm reikšmę. statoriaus, t.y. vidutinės srovės vertės statoriaus apvijose pokytis

čia: R1 – statoriaus apvijos varža.

Kadangi variklio srautas yra pastovus, dviejose nuosekliai sujungtose statoriaus apvijose sukeltas EMF bus proporcingas rotoriaus greičiui.Statoriaus grandinių elektrinės pusiausvyros lygtis bus tokia

Išjungus jungiklius, srovė statoriaus apvijose neišnyksta iš karto, o užsidaro per atvirkštinius diodus ir filtro kondensatorių C.

Todėl reguliuojant variklio maitinimo įtampą U1 galima reguliuoti statoriaus srovės dydį ir variklio sukimo momentą

Nesunku pastebėti, kad gautos išraiškos yra panašios į analogiškas nuolatinės srovės variklio išraiškas, todėl vožtuvo variklio mechaninės charakteristikos šioje grandinėje yra panašios į nuolatinės srovės variklio su nepriklausomu sužadinimu, kai Φ = const .

Nagrinėjamoje grandinėje keičiama bešepetėlio variklio maitinimo įtampa impulso pločio reguliavimo metodu… Pakeitus tranzistorių VT1-VT6 impulsų darbo ciklą jų įtraukimo laikotarpiais, galima reguliuoti vidutinę įtampos, tiekiamos į variklio statoriaus apvijas, vertę.

Norint pritaikyti sustabdymo režimą, tranzistoriaus jungiklio veikimo algoritmas turi būti pakeistas taip, kad statoriaus ppm vektorius atsiliktų nuo rotoriaus srauto vektoriaus. Tada variklio sukimo momentas taps neigiamas. Kadangi keitiklio įėjime sumontuotas nevaldomas lygintuvas, stabdymo energijos regeneracija šioje grandinėje neįmanoma.

Išjungimo metu įkraunamas filtro C kondensatorius. Įtampos ribojimas ant kondensatorių atliekamas jungiant iškrovos varžą per tranzistorių VT7. Tokiu būdu stabdymo energija išsklaidoma apkrovos pasipriešinime.