Pikap24.ru

Автомобильный журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое вентельный двигатель

Вентильные двигатели. Виды и устройство. Работа и применение

Электродвигатели, работающие от постоянного тока, обычно обладают более высокими экономическими и техническими характеристиками, по сравнению с двигателями переменного тока. Единственным серьезным недостатком является наличие щеточного механизма, существенно понижающего надежность всей конструкции, повышающего инерционность ротора, взрывоопасность двигателя, а также создает радиопомехи.

Поэтому были созданы бесконтактные двигатели, работающие от постоянного тока, которые получили название вентильные двигатели. Создание такого нового устройства стало возможным, благодаря появлению полупроводников. Щеточный механизм в этой конструкции заменен коммутатором на основе полупроводниковых элементов. Якорь является неподвижным элементом, а на роторе закреплены постоянные магниты.

1. Основные технические особенности вентильных двигателей

Под вентильным двигателем понимают синхронный двигатель, содержащий многофазную обмотку статора, ротор с постоянными магнитами и встроенным датчиком положения. Коммутация такого двигателя осуществляется при помощи вентильного преобразователя. Поэтому его принято называть «вентильным».

По сути, вентильный двигатель с точки зрения метода коммутации представляет собой «инвертированный» вариант коллекторной машины постоянного тока. В вентильном двигателе индуктор находится на роторе, якорная обмотка на статоре. Коммутация осуществляется путем подачи управляющего согласованного воздействия на обмотки статора в зависимости от положения ротора, определяемого с помощью интегрированных в двигатель датчиков обратной связи.

Рис. 1. Структура вентильного двигателя:
1 – задняя крышка, 2 – печатная плата датчиков, 3 – датчики Холла,
4 – втулка подшипника, 5 – подшипник, 6 – вал,
7 – магниты ротора, 8 – изолирующее кольцо, 9 – обмотка,
10 – тарельчатая пружина, 11 – промежуточная втулка, 12 – изоляция,
13 – корпус, 14 – провода.

Рассмотрим структуру вентильного двигателя на примере семейства двигателей Faulhaber (рис. 1). В данном случае в основе ротора лежит двухполюсный магнит, статора трехфазная обмотка, положение ротора определяется с помощью интегрированных в двигатель датчиков Холла. В общем случае ротор может содержать другое количество пар полюсов, а статор иметь более традиционную конструкцию, внешне сходную со статором асинхронной машины. Наиболее распространен статор с тремя обмотками, соединенными «звездой» (реже в «треугольник») без вывода средней точки. Как известно, именно трехфазная структура является наиболее эффективной при минимуме числа обмоток.

При соединении обмоток «звездой» вентильный двигатель имеет большие постоянные момента и меньшие постоянные противо­ЭДС (при соотношении ?3) по сравнению с соединением «треугольником». Поэтому соединение «звездой» используется для управления осями, требующими больших моментов, а соединение «треугольником» – для больших скоростей.

В большинстве случаев обмотки статора выполняются без насыщения, т.е. противо­ЭДС обмоток имеет синусоидальную форму. Такие двигатели зачастую называют AC brushless motor в отличие от DC brushless motor, обмотки статора которого выполняются с насыщением. Такое насыщение в DC brushless motor предназначено для снижения пульсаций тока (и соответственно момента) при применении трапецеидальной коммутации.

Но иногда термин DC brushless motor используют для двигателей с питанием через инвертор от сети постоянного тока, что не совсем корректно.

Обычно количество пар полюсов, определяемое количеством пар магнитов ротора и определяющее соотношение механического и электрического оборотов, равно 4…8. Статор может быть выполнен с железным (iron core) или безжелезным (ironless) сердечником. Конструкция статора с безжелезным сердечником обеспечивает отсутствие силы притяжения магнитов ротора и железа статорной обмотки (magnetic attraction) и зубцового эффекта (cogging), но снижает незначительно (на 10…20%) эффективность двигателя изза меньших значений постоянной момента.

Одно из самых очевидных преимуществ ротора с постоянными магнитами состоит в уменьшении диаметра ротора и, как следствие, в уменьшении момента инерции ротора. Технологически магниты могут быть встроены в ротор или расположены на его поверхности. Но пониженный момент инерции зачастую приводит к малым значениям соотношения момента инерции двигателя и приведенного к его валу момента инерции нагрузки (mismatch ratio), усложняющему настройку привода. Поэтому ряд производителей предлагает наряду со стандартным и повышенный – в 2…4 раза – момент инерции ротора.

Принцип работы ВД, основан на том что контроллер ВД так коммутирует обмотки статора чтобы вектор магнитного поля статора всегда был сдвинут на угол близкий к 90° или −90° относительно вектора магнитного поля ротора. C помощью ШИМ модуляции контроллер управляет током протекающим через обмотки ВД и значит величиной вектора магнитного поля статора и таким образом регулируется момент действующий на ротор ВД. Знак у угла между векторами определяет направление момента действующего на ротор.

Внимание ! Градусы ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ. Они меньше геометрических градусов в число пар полюсов ротора. Например в ВД с ротором имеющим 3 пары полюсов оптимальный угол между векторами будет 90°/3 = 30°

Так как фаз коммутации обмоток всего 6 то вектор статора может перемещаться скачками по 60° — значит реальный угол между векторами будет не 90°, а будет меняться от 60° до 120° при вращении ротора ВД.

Коммутация производится так, что поток возбуждения ротора — Ф поддерживается постоянным относительно потока якоря. В результате взаимодействия потока якоря и возбуждения создаётся вращающий момент M, который стремится развернуть ротор так, чтобы потоки якоря и возбуждения совпали, но при повороте ротора под действием ДПР происходит переключение обмоток и поток якоря поворачивается на следующий шаг.

В этом случае и результирующий вектор тока будет сдвинут и неподвижен относительно потока ротора, что и создаёт момент на валу двигателя.

В двигательном режиме работы МДС статора опережает МДС ротора на угол 90°, который поддерживается с помощью ДПР. В тормозном режиме МДС статора отстаёт от МДС ротора, угол 90° так же поддерживается с помощью ДПР.

Преимущества и недостатки

Электродвигатели такого типа нашли широкое применение в производственной и промышленной сфере. Это обуславливается следующими достоинствами ВД:

  1. широким интервалом для модифицирования частоты вращения;
  2. максимально точным позиционированием;
  3. быстродействием и высокой динамикой;
  4. экономически выгодным техобслуживанием;
  5. достаточной защищенностью от взрывов;
  6. устойчивостью к большим нагрузкам при вращении;
  7. мягким переключением скоростей;
  8. хорошим КПД, превышающим 90%;
  9. большим рабочим ресурсом и сроком службы.

При длительной работе вентильного двигателя не происходит опасного перегрева основных элементов, что делает процесс его эксплуатации более эффективным и безопасным.

Эта разновидность электродвигателя обладает определёнными недостатками. Они выражаются в сложной системе управления и высоком уровне шума в процессе работы. Также к очевидным минусам следует отнести высокую цену, обусловленную применением дорогостоящих постоянных магнитов, используемых при изготовлении ротора.

Читать еще:  Бензиновый двигатель троит при запуске

Вентильный двигатель прогресса

Сейчас к когалымскому заводу приковано всеобщее внимание: для ЛУКОЙЛа он стратегически важен, поскольку выпускаемые там вентильные двигатели (ВД) позволяют значительно снизить себестоимость добычи нефти. Без преувеличения можно сказать, что важен он и для всей российской нефтегазовой промышленности, так как является наглядным примером финансирования разработок для целой отрасли со стороны нефтяной компании. Сегодня на страницах нашей газеты о том, как всё начиналось и развивалось, рассказывает советник директора завода вентильных двигателей ООО «ЛУКОЙЛ ЭПУ Сервис» Матвей Гинзбург.

Синергия науки и производства

— В начале 90-х годов прошлого века, анализируя мировые тенденции в области совершенствования электроприводов, российские специалисты начали обсуждать вопрос о возможности использования вентильных электродвигателей в качестве приводов нефтедобывающего оборудования. Особую актуальность задаче повышения эффективности эксплуатации погружных насосов придавала необходимость снижения энергозатрат в нефтедобыче. В 1995 году в компании ЛУКОЙЛ самым серьёзным образом отнеслись к предложению одного из ведущих предприятий ВПК в области создания электрических приводов для аэрокосмической техники — общества «АЭРОЭЛЕКТРИК» (бывший завод «Дзержинец»). Это предприятие оборонной промышленности предложило заняться разработкой принципиально новых высокоэнергоэффективных приводов для нефтяного оборудования. Несмотря на то что перспективы предложенного к разработке нового типа оборудования были ещё далеко не ясны, ЛУКОЙЛ, учитывая высокий научный и технический потенциал ВПК, принял решение не только финансировать разработку, но и подключить к её реализации своих специалистов, обладающих большим опытом эксплуатации нефтяного оборудования. В рамках сотрудничества с обществом «АЭРОЭЛЕКТРИК» были созданы принципиально новые, более энергоэффективные погружные электродвигатели с постоянными магнитами в роторе. В конце 1996-го изготовлен действующий макетный образец первого в мире погружного вентильного электродвигателя для привода УЭЦН (этот раритет сохранился и находится в рабочем состоянии). В этом же году ЛУКОЙЛ получил патент на полезную модель «Установка глубинного насоса», отличающуюся тем, что «установленный в скважине двигатель выполнен бесконтактным, с размещёнными на роторе постоянными магнитами». Этим документом закреплён мировой приоритет Компании и России в создании вентильных приводов для погружных насосов. Промышленные опытные образцы новых типов были испытаны в 1998 году на месторождениях «ЛУКОЙЛ-Западной Сибири» и «РИТЭКа». Испытания подтвердили возможность и целесообразность их использования.

После августовского кризиса 1998 года работы над проектом были на некоторое время приостановлены. Создалась угроза потери достигнутых к тому времени результатов, поэтому в 2000-м ЛУКОЙЛ принял решение создать в составе общества «РИТЭК» Инновационно-технологический центр («РИТЭК-ИТЦ»), пригласив в него для продолжения работ группу ведущих специалистов предприятия «АЭРОЭЛЕКТРИК».

Новаторские подходы к созданию новой техники, активное участие в этой работе нефтяников Компании и поддержка проекта генеральным директором ОАО «РИТЭК» Валерием Грайфером позволили уже в 2001 году успешно завершить приёмочные испытания. По их результатам президиум научно-технического совета ЛУКОЙЛа поддержал решение приёмочной комиссии о постановке вентильных приводов УЭЦН на производство.

Высокая степень унификации с серийными асинхронными по конструкции, материалам и технологии изготовления позволила оперативно организовать производство в сертифицированном по международному стандарту ISO 9001 обществе «ЛУКОЙЛ ЭПУ Сервис».

Первая скважина с УЭЦН с вентильным электродвигателем была запущена в эксплуатацию 17 марта 2002 года, а первая скважина с УЭВН с низкооборотным ВД — 12 октября 2003-го. Эти даты можно считать началом промышленного использования вентильных приводов погружных насосов в нефтедобывающей отрасли России и в мире.

Серийное производство ВД и станций управления было организовано в 2003 году в Москве на предприятии «РИТЭК-ИТЦ». В начальный период их внедрения, несмотря на наличие проблем технического и экономического характера, руководство ЛУКОЙЛа поддержало проект. Потребовалось несколько лет для его доработки и принятия решения об увеличении объёмов их применения, а затем и полной замене всех электроцентробежных насосов на ЭЦН с ВД.

Первые в России

Высокий КПД и более низкие значения рабочих токов в сочетании с возможностью регулирования частоты вращения позволяют уменьшить энергопотребление при добыче нефти УЭЦН от 10 до 35%. Однако экономический эффект от замены двигателей не определяется только их энергоэффективностью. В равных условиях эксплуатации УЭЦН с ВД имеют более высокий КПД, значительные наработки на отказ, превышающие наработки асинхронных ПЭД, и всё это за счёт более низкого теплового режима работы двигателя, гибкого регулирования частоты вращения и режимов запуска. Применение низкооборотных ВД, работающих без снижения момента с частотой вращения от 100 об/мин, позволило существенно поднять наработки погружных винтовых электронасосов, применяемых для откачки скважинной продукции с повышенной вязкостью.

Разработка вентильных приводов УЭЦН и УЭВН — один из немногих примеров создания в России техники, энергетические характеристики которой превышают характеристики оборудования, выпускаемого развитыми зарубежными странами, предназначенного для тех же целей. Например, ВД ЛУКОЙЛа, поставленный в Канаду, проработал более 600 суток — в 5 раз дольше установленного заказчиком критерия успешности.

Успех корпоративного проекта ЛУКОЙЛа подтверждается и тем, что вслед за «РИТЭК-ИТЦ» разработкой и изготовлением вентильных приводов занялись специалисты предприятий — заводов-изготовителей УЭЦН — «БОРЕЦ» и «НОВОМЕТ». После долгих раздумий и, надо полагать, изучения результатов лукойловского проекта этой тематикой заинтересовалась и компания Schlumberger, а именно разработкой и производством ВД.

Учитывая высокую энергоэффективность агрегатов, руководство нефтяной компании ЛУКОЙЛ в 2015 году приняло решение о внедрении их на всех скважинах Компании, оснащённых УЭЦН и УЭВН. Для реализации этой задачи возникла необходимость создания нового предприятия по производству вентильных двигателей. Поэтому вполне обоснованным был и выбор места с локализацией производства в Когалыме — регионе с наибольшей потребностью в этом важнейшем виде добывающего оборудования. И в сентябре 2016 года такое решение было реализовано — введено в строй предприятие с перспективой выхода на годовой объём производства 5000 единиц.

Проторённым путём легче идти

В 2017 году осуществлена реорганизация общества «ЭПУ-ИТЦ» в форме присоединения к «ЛУКОЙЛ ЭПУ Сервис», в связи с чем принято решение о создании завода вентильных двигателей ООО «ЛУКОЙЛ ЭПУ Сервис» на базе производственных площадей ООО «ЭПУ-ИТЦ». Введённый в эксплуатацию в сентябре 2016 года цех по производству ВДМ, расположенный в городе Когалыме, вошёл в состав завода вентильных двигателей, став одной из его крупнейших производственных площадок. И если в Западной Сибири основной упор делается именно на производство, то столичное подразделение является научно-технической площадкой, занимающейся опытно-конструкторскими работами и инженерными разработками.

Читать еще:  Двигатель ga15 сколько масла

По словам специалистов, аналогов когалымскому предприятию нет во всём регионе. Цех по производству ВД рассчитан на выпуск более 5000 двигателей в год. И если первое время он обеспечивал погружным оборудованием только югорские месторождения, то сейчас география поставок куда шире — она охватывает территории Южного, Приволжского, Сибирского, Уральского и Северо-Западного федеральных округов. Кроме того, завод вышел на мировой рынок, и его продукция поставляется в Казахстан, Францию, Германию, Австралию, Камерун и Кубу.

Не хочется бросаться громкими словами, но констатируем факт: разработка лукойловского вентильного двигателя внесла значимый вклад в укрепление экономического суверенитета России в отдельно взятой сфере нефтяной промышленности. Другими словами, импортозамещение — в действии!

И конечно же, это ещё не финал истории. Доказанная эффективность данной инновационной разработки, по словам нефтяников, заставляет по-другому взглянуть на привычные вещи в производстве и думать над их модернизацией. А путь от идеи до производства нефтяниками и инженерами ЛУКОЙЛа уже проторён.

Конструкция

Конструктивно современные вентильные приводы состоят из электромеханической части (синхронной машины и датчика положения ротора) и из управляющей части (микроконтроллер и силовой мост).

Упоминая о конструкции ВД, полезно иметь в виду и неконструктивный элемент системы — программу (логику) управления.

Синхронная машина, используемая в ВД, состоит из шихтованного (собранного из отдельных электрически изолированных листов электротехнической стали — для снижения вихревых токов) статора, в котором расположена многофазная (обычно двух- или трёхфазная) обмотка, и ротора (обычно на постоянных магнитах).

В качестве датчиков положения ротора в БДПТ применяются датчики Холла, а в ВД — вращающиеся трансформаторы и накапливающие датчики. В т. н. «бездатчиковых» системах информация о положении определяется системой управления по мгновенным значениям фазных токов.

Информация о положении ротора обрабатывается микропроцессором, который, согласно программе управления, вырабатывает управляющие ШИМ-сигналы. Низковольтные ШИМ-сигналы микроконтроллера затем преобразуются усилителем мощности (обычно транзисторным мостом) в силовые напряжения, подаваемые на двигатель.

Совокупность датчика положения ротора и электронного узла в ВД и БДПТ можно с определённой долей достоверности сравнить с щёточно-коллекторным узлом ДПТ. Однако следует помнить, что двигатели редко применяются вне электропривода. Таким образом, электронная аппаратура характерна для ВД почти в той же степени, что и для ДПТ.

Статор

Статор имеет традиционную конструкцию. Он состоит из корпуса, сердечника из электротехнической стали и медной обмотки, уложенной в пазы по периметру сердечника. Обмотка разбита на фазы, которые уложены в пазы таким образом, что пространственно сдвинуты друг относительно друга на угол, определяемый числом фаз. Известно, что для равномерного вращения вала двигателя машины переменного тока достаточно двух фаз. Обычно синхронные машины, применяемые в ВД, трёхфазные, однако встречаются также и ВД с четырёх- и шестифазными обмотками.

Ротор

По расположению ротора вентильные двигатели делятся на внутрироторные (англ. inrunner) и внешнероторные (англ. outrunner).

Ротор изготавливается с использованием постоянных магнитов и имеет обычно от двух до шестнадцати пар полюсов с чередованием северного и южного полюсов.

Для изготовления ротора раньше использовались ферритовые магниты, что определялось их распространённостью и дешевизной. Однако такие магниты характеризуются низким уровнем магнитной индукции. В настоящее время интенсивно используются магниты из сплавов редкоземельных элементов, поскольку они позволяют получить более высокий уровень магнитной индукции и уменьшить размер ротора.

Датчик положения ротора

Датчик положения ротора (ДПР) реализует обратную связь по положению ротора. Его работа может быть основана на разных принципах — фотоэлектрическом, индуктивном, трансформаторном, на эффекте Холла и проч. Наибольшую популярность приобрели датчики Холла и фотоэлектрические датчики, обладающие низкой инерционностью и обеспечивающие малые запаздывания в канале обратной связи по положению ротора.

Обычно фотоэлектрический датчик содержит три неподвижных фотоприёмника, между которыми находится вращающаяся маска с рисками, жёстко закреплённая на валу ротора ВД. Таким образом, ДПР обеспечивает информацию о текущем положении ротора ВД для системы управления.

Система управления

Система управления содержит микроконтроллер, управляющий силовым инвертором согласно заданной программе. В качестве силовых ключей инвертора обычно применяют транзисторы MOSFET (ВД малых и средних мощностей) или IGBT (ВД средних и больших мощностей), реже — тиристоры.

Основываясь на информации, полученной от ДПР, микроконтроллер формирует ШИМ-сигналы, которые усиливаются инвертором и подаются на обмотку синхронной машины.

Содержание

  • 1 Описание и принцип работы [1]
  • 2 Достоинства и недостатки
  • 3 Конструкция
    • 3.1 Статор
    • 3.2 Ротор
    • 3.3 Датчик положения ротора
    • 3.4 Система управления
  • 4 Применение
  • 5 См. также
  • 6 Ссылки
  • 7 Литература
  • 8 Примечания

Двигатель состоит из постоянного магнита-ротора, вращающегося в магнитном поле катушек статора, по которым проходит ток, коммутируемый ключами (вентилями), управляемыми микроконтроллером. Микроконтроллер переключает катушки таким образом, чтобы взаимодействие их поля с полем ротора создавало крутящий момент при любом его положении.

На входы преобразователя координат (ПК) поступают напряжения постоянного тока u q > , действие которого аналогично напряжению якоря двигателя постоянного тока, и u d > , аналогичное напряжению возбуждения двигателя постоянного тока (аналогия действует при рассмотрении схемы независимого возбуждения двигателя постоянного тока).

Как правило, в системах управления электропривода задаётся u d = 0 =0> [2] , при этом уравнения преобразования координат принимают вид [3] :

Как правило, электронная часть ВД коммутирует фазы статора синхронной машины так, чтобы вектор магнитного потока статора был ортогонален вектору магнитного потока ротора (т. н. векторное управление). При соблюдении ортогональности потоков статора и ротора обеспечивается поддержание максимального вращающего момента ВД в условиях изменения частоты вращения, что предотвращает выпадение ротора из синхронизма и обеспечивает работу синхронной машины с максимально возможным для неё КПД. Для определения текущего положения потока ротора вместо датчика положения ротора могут использоваться токовые датчики (косвенное измерение положения).

Читать еще:  Глубокий тюнинг дизельных двигателей

Электронная часть современного ВД содержит микроконтроллер и транзисторный мост, а для формирования фазных токов используется принцип широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Микроконтроллер отслеживает соблюдение заданных законов управления, а также производит диагностику системы и её программную защиту от аварийных ситуаций.

Иногда датчик положения ротора отсутствует, а положение оценивается системой управления по измерениям токовых датчиков с помощью наблюдателей (т. н. «бездатчиковое» управление ВД). В таких случаях за счёт удаления дорогостоящего и зачастую громоздкого датчика положения уменьшается цена и массо-габаритные показатели электропривода с ВД, однако усложняется управление, снижается точность определения положения и скорости.

В приложениях средней и большой мощности в систему могут дополнительно включаться электрические фильтры для смягчения негативных эффектов ШИМ: перенапряжений на обмотках, подшипниковых токов и снижения КПД. Впрочем, это характерно для всех типов двигателей.

Вентильные двигатели призваны объединить в себе лучшие качества двигателей переменного тока и двигателей постоянного тока. Это обусловливает их достоинства.

  • Широкий диапазон изменения частоты вращения
  • Бесконтактность и отсутствие узлов, требующих частого обслуживания (коллектора)
  • Возможность использования во взрывоопасной и агрессивной среде
  • Большая перегрузочная способность по моменту
  • Высокие энергетические показатели (КПД выше 90 %)
  • Большой срок службы и высокая надёжность за счёт отсутствия скользящих электрических контактов.

Вентильные двигатели характеризуются и некоторыми недостатками, главный из которых — высокая стоимость. Однако, говоря о высокой стоимости, следует учитывать и тот факт, что вентильные двигатели обычно используются в дорогостоящих системах с повышенными требованиями по точности и надёжности.

  • Высокая стоимость двигателя, обусловленная частым использованием дорогостоящих постоянных магнитов в конструкции ротора. Стоимость электропривода с ВД, однако, сопоставима со стоимостью аналогичного электропривода на основе ДПТ с независимым возбуждением (регулировочные характеристики такого двигателя и ВД сопоставимы). Вообще говоря, в вентильном двигателе может быть использован и ротор с электромагнитным возбуждением, однако это сопряжено с комплексом практических неудобств. В ряде случаев предпочтительным оказывается применение асинхронного двигателя с преобразователем частоты.
  • Относительно сложная структура двигателя и управление им.

Конструктивно современные вентильные приводы состоят из электромеханической части (синхронной машины и датчика положения ротора) и из управляющей части (микроконтроллер и силовой мост).

Упоминая о конструкции ВД, полезно иметь в виду и неконструктивный элемент системы — программу (логику) управления.

Синхронная машина, используемая в ВД, состоит из шихтованного (собранного из отдельных электрически изолированных листов электротехнической стали — для снижения вихревых токов) статора, в котором расположена многофазная (обычно двух- или трёхфазная) обмотка, и ротора (обычно на постоянных магнитах).

В качестве датчиков положения ротора в БДПТ применяются датчики Холла, а в ВД — вращающиеся трансформаторы и накапливающие датчики. В т. н. «бездатчиковых» системах информация о положении определяется системой управления по мгновенным значениям фазных токов.

Информация о положении ротора обрабатывается микропроцессором, который, согласно программе управления, вырабатывает управляющие ШИМ-сигналы. Низковольтные ШИМ-сигналы микроконтроллера затем преобразуются усилителем мощности (обычно транзисторным мостом) в силовые напряжения, подаваемые на двигатель.

Совокупность датчика положения ротора и электронного узла в ВД и БДПТ можно с определённой долей достоверности сравнить с щёточно-коллекторным узлом ДПТ. Однако следует помнить, что двигатели редко применяются вне электропривода. Таким образом, электронная аппаратура характерна для ВД почти в той же степени, что и для ДПТ.

Статор Править

Статор имеет традиционную конструкцию. Он состоит из корпуса, сердечника из электротехнической стали и медной обмотки, уложенной в пазы по периметру сердечника. Обмотка разбита на фазы, которые уложены в пазы таким образом, что пространственно сдвинуты друг относительно друга на угол, определяемый числом фаз. Известно, что для равномерного вращения вала двигателя машины переменного тока достаточно двух фаз. Обычно синхронные машины, применяемые в ВД, трёхфазные, однако встречаются также и ВД с четырёх- и шестифазными обмотками.

Ротор Править

По расположению ротора вентильные двигатели делятся на внутрироторные (англ. inrunner) и внешнероторные (англ. outrunner).

Ротор изготавливается с использованием постоянных магнитов и имеет обычно от двух до шестнадцати пар полюсов с чередованием северного и южного полюсов.

Для изготовления ротора раньше использовались ферритовые магниты, что определялось их распространённостью и дешевизной. Однако такие магниты характеризуются низким уровнем магнитной индукции. В настоящее время интенсивно используются магниты из сплавов редкоземельных элементов, поскольку они позволяют получить более высокий уровень магнитной индукции и уменьшить размер ротора.

Датчик положения ротора Править

Датчик положения ротора (ДПР) реализует обратную связь по положению ротора. Его работа может быть основана на разных принципах — фотоэлектрическом, индуктивном, трансформаторном, на эффекте Холла и проч. Наибольшую популярность приобрели датчики Холла и фотоэлектрические датчики, обладающие низкой инерционностью и обеспечивающие малые запаздывания в канале обратной связи по положению ротора.

Обычно фотоэлектрический датчик содержит три неподвижных фотоприёмника, между которыми находится вращающаяся маска с рисками, жёстко закреплённая на валу ротора ВД. Таким образом, ДПР обеспечивает информацию о текущем положении ротора ВД для системы управления.

Система управления Править

Система управления содержит микроконтроллер, управляющий силовым инвертором согласно заданной программе. В качестве силовых ключей инвертора обычно применяют транзисторы MOSFET (ВД малых и средних мощностей) или IGBT (ВД средних и больших мощностей), реже — тиристоры.

Основываясь на информации, полученной от ДПР, микроконтроллер формирует ШИМ-сигналы, которые усиливаются инвертором и подаются на обмотку синхронной машины.

Благодаря высокой надёжности и хорошей управляемости вентильные двигатели применяются в широком спектре приложений: от компьютерных вентиляторов и CD/DVD-приводов до роботов и космических ракет.

Широкое применение ВД нашли в промышленности, особенно в системах регулирования скорости с большим диапазоном и высоким темпом пусков, остановок и реверса; авиационной технике, автомобильном машиностроении, биомедицинской аппаратуре, бытовой технике и пр. Также этот тип двигателей широко распространен в силовых приводах для моделей, а также на различных БПЛА, к примеру квадрокоптерах.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector