Έλεγχος ανορθωτή

Η λέξη «valve» στο όνομα του κινητήρα προέρχεται από τη λέξη «valve», που σημαίνει διακόπτης ημιαγωγών. Έτσι, κατ' αρχήν, ο ηλεκτροκινητήρας μπορεί να ονομαστεί κίνηση βαλβίδας εάν ο τρόπος λειτουργίας του ελέγχεται από έναν ειδικό μετατροπέα ελεγχόμενων διακοπτών ημιαγωγών.

Η ίδια η κίνηση βαλβίδας είναι ένα ηλεκτρομηχανικό σύστημα που αποτελείται από μια σύγχρονη μηχανή με μόνιμους μαγνήτες στον ρότορα και έναν ηλεκτρονικό μεταγωγέα (που τροφοδοτεί τις περιελίξεις του στάτη) με ένα αυτόματο σύστημα ελέγχου που βασίζεται σε αισθητήρες.

Σε αυτούς τους πολλούς τομείς της τεχνολογίας όπου παραδοσιακά έχουν εγκατασταθεί ασύγχρονοι κινητήρες ή μηχανές συνεχούς ρεύματος, σήμερα μπορούν να βρεθούν ακριβώς κινητήρες βαλβίδων, καθώς τα μαγνητικά υλικά γίνονται φθηνότερα και η βάση των ηλεκτρονικών ημιαγωγών και των συστημάτων ελέγχου αναπτύσσεται πολύ γρήγορα.

Οι σύγχρονοι κινητήρες ρότορα μόνιμου μαγνήτη έχουν μια σειρά από πλεονεκτήματα:

• δεν υπάρχει συσκευή για τη συλλογή βουρτσών, επομένως ο πόρος του κινητήρα είναι μεγαλύτερος και η αξιοπιστία του είναι υψηλότερη από αυτή των μηχανών με συρόμενες επαφές, επιπλέον, το εύρος των στροφών λειτουργίας είναι υψηλότερο.

• ένα ευρύ φάσμα τάσεων τροφοδοσίας των περιελίξεων. Επιτρέπεται σημαντική υπερφόρτωση ροπής — περισσότερες από 5 φορές.

• υψηλή δυναμική της στιγμής.

• είναι δυνατή η ρύθμιση της ταχύτητας με τη διατήρηση της ροπής σε χαμηλές στροφές ή με τη διατήρηση της ισχύος σε υψηλές στροφές.

• Απόδοση πάνω από 90%

• ελάχιστες απώλειες αδράνειας.

• μικρά χαρακτηριστικά βάρους και μεγέθους.

Οι μαγνήτες νεοδυμίου-σιδήρου-βορίου είναι πλήρως ικανοί να δημιουργήσουν μια επαγωγή στο κενό της τάξης των 0,8 Τ, δηλαδή στο επίπεδο των ασύγχρονων μηχανών, και οι κύριες ηλεκτρομαγνητικές απώλειες σε έναν τέτοιο ρότορα απουσιάζουν. Αυτό σημαίνει ότι το φορτίο γραμμής στον ρότορα μπορεί να αυξηθεί χωρίς να αυξηθούν οι συνολικές απώλειες.

Αυτός είναι ο λόγος για την υψηλότερη ηλεκτρομηχανική απόδοση. κινητήρες με βαλβίδες σε σύγκριση με άλλες μηχανές χωρίς ψήκτρες όπως οι επαγωγικοί κινητήρες. Για τον ίδιο λόγο, οι κινητήρες βαλβίδων καταλαμβάνουν πλέον επάξια θέση στους καταλόγους κορυφαίων ξένων και εγχώριων κατασκευαστών.

Ο έλεγχος των διακοπτών μετατροπέα σε έναν κινητήρα μόνιμου μαγνήτη γίνεται παραδοσιακά ως συνάρτηση της θέσης του ρότορα. Τα χαρακτηριστικά υψηλής απόδοσης που επιτυγχάνονται με αυτόν τον τρόπο καθιστούν την ενεργοποίηση βαλβίδων πολύ υποσχόμενη στη μικρή και μεσαία σειρά ισχύος για συστήματα αυτοματισμού, εργαλειομηχανές, ρομπότ, χειριστές, συσκευές συντεταγμένων, γραμμές επεξεργασίας και συναρμολόγησης, συστήματα καθοδήγησης και παρακολούθησης, για αεροπορία, ιατρική, μεταφορά κ.λπ. . .σολ.

Ειδικότερα, για αστικές ηλεκτρικές μεταφορές παράγονται κινητήρες δισκοβαλβίδας έλξης ισχύος άνω των 100 kW. Εδώ, οι μαγνήτες νεοδυμίου-σιδήρου-βορίου χρησιμοποιούνται με πρόσθετα κράματος που αυξάνουν τη δύναμη καταναγκασμού και αυξάνουν τη θερμοκρασία λειτουργίας των μαγνητών στους 170 ° C, έτσι ώστε ο κινητήρας να μπορεί εύκολα να αντέξει βραχυπρόθεσμες πενταπλάσιες υπερφορτώσεις ρεύματος και ροπής.

Κινητήρες διεύθυνσης για υποβρύχια, ξηρά και αεροσκάφη, κινητήρες τροχών, πλυντήρια ρούχων—οι κινητήρες βαλβίδων βρίσκουν χρήσιμες εφαρμογές σε πολλά μέρη σήμερα.

Οι κινητήρες βαλβίδων είναι δύο τύπων: συνεχές ρεύμα (BLDC — DC χωρίς ψήκτρες) και εναλλασσόμενο ρεύμα (PMAC — μόνιμος μαγνήτης AC). Στους κινητήρες συνεχούς ρεύματος, το τραπεζοειδές EMF περιστροφής στις περιελίξεις οφείλεται στη διάταξη των μαγνητών του ρότορα και των περιελίξεων του στάτορα.Στους κινητήρες AC, η ηλεκτροκινητική δύναμη περιστροφής είναι ημιτονοειδής. Σε αυτό το άρθρο θα μιλήσουμε για τον έλεγχο ενός πολύ συνηθισμένου τύπου κινητήρα χωρίς ψήκτρες - BLDC (συνεχές ρεύμα).

Κινητήρας βαλβίδας συνεχούς ρεύματος και η αρχή ελέγχου του Οι κινητήρες BLDC διακρίνονται από την παρουσία ενός διακόπτη ημιαγωγού που λειτουργεί αντί του μπλοκ συλλογής βούρτσας που είναι χαρακτηριστικό του μηχανές συνεχούς ρεύματος με περιέλιξη στάτορα και μαγνητικό ρότορα.

Η εναλλαγή του μεταγωγέα κινητήρα βαλβίδας πραγματοποιείται ανάλογα με την τρέχουσα θέση του ρότορα (ανάλογα με τη θέση του ρότορα). Τις περισσότερες φορές, η περιέλιξη του στάτη είναι τριφασική, ίδια με αυτή ενός επαγωγικού κινητήρα συνδεδεμένου με αστέρι και η κατασκευή του ρότορα μόνιμου μαγνήτη μπορεί να είναι διαφορετική.

Η ροπή οδήγησης στο BLDC σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης των μαγνητικών ροών του στάτορα και του ρότορα: η μαγνητική ροή του στάτορα τείνει συνεχώς να περιστρέφει τον ρότορα σε τέτοια θέση ώστε η μαγνητική ροή των μόνιμων μαγνητών που είναι εγκατεστημένο σε αυτό συμπίπτει σε κατεύθυνση με τη μαγνητική ροή του στάτορα.

Με τον ίδιο τρόπο, το μαγνητικό πεδίο της Γης προσανατολίζει τη βελόνα της πυξίδας — την ξεδιπλώνει «κατά μήκος του πεδίου». Ο αισθητήρας θέσης ρότορα σάς επιτρέπει να διατηρείτε τη γωνία μεταξύ των ροών σταθερή στο επίπεδο των 90 ± 30 °, σε αυτή τη θέση η ροπή είναι μέγιστη.

Ο διακόπτης ημιαγωγού τροφοδοσίας περιελίξεως στάτορα BLDC είναι ένας ελεγχόμενος μετατροπέας ημιαγωγών με σκληρό αλγόριθμο 120 ° για εναλλαγή τάσεων ή ρευμάτων τριών φάσεων λειτουργίας.

Ένα παράδειγμα λειτουργικού διαγράμματος του τμήματος ισχύος ενός μετατροπέα με δυνατότητα αναγεννητικής πέδησης φαίνεται στο παραπάνω σχήμα. Εδώ περιλαμβάνεται ο μετατροπέας με διαμόρφωση πλάτους-παλμού της εξόδου Τρανζίστορ IGBT, και το πλάτος προσαρμόζεται χάρη σε διαμόρφωση πλάτους παλμού σε μια ενδιάμεση σύνδεση DC.

Βασικά, για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιούνται μετατροπείς συχνότητας θυρίστορ με αυτόνομο μετατροπέα τάσης ή ρεύματος με έλεγχο ισχύος και μετατροπείς συχνότητας τρανζίστορ με αυτόνομο μετατροπέα τάσης ελεγχόμενο σε λειτουργία PWM ή με ρύθμιση ρελέ του ρεύματος εξόδου.

Ως αποτέλεσμα, τα ηλεκτρομηχανικά χαρακτηριστικά του κινητήρα είναι παρόμοια με τα παραδοσιακά μηχανήματα συνεχούς ρεύματος με μαγνητοηλεκτρική ή ανεξάρτητη διέγερση, γι' αυτό και τα συστήματα ελέγχου BLDC είναι κατασκευασμένα σύμφωνα με την κλασική αρχή του υποτελούς ελέγχου συντεταγμένων ενός κινητήρα συνεχούς ρεύματος με περιστροφές ρότορα και βρόχους ρεύματος ο στάτορας.

Για τη σωστή λειτουργία του μεταγωγέα, ως αισθητήρας ή σύστημα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένας χωρητικός ή επαγωγικός διακριτός αισθητήρας σε συνδυασμό με τον κινητήρα του πόλου. βασίζεται σε αισθητήρες εφέ Hall με μόνιμους μαγνήτες.

Ωστόσο, η παρουσία ενός αισθητήρα συχνά περιπλέκει τη σχεδίαση του μηχανήματος στο σύνολό του και σε ορισμένες εφαρμογές ο αισθητήρας θέσης ρότορα δεν μπορεί να εγκατασταθεί καθόλου. Ως εκ τούτου, στην πράξη, συχνά καταφεύγουν στη χρήση συστημάτων ελέγχου «χωρίς αισθητήρες». Ο αλγόριθμος ελέγχου χωρίς αισθητήρα βασίζεται στην ανάλυση δεδομένων απευθείας από τους ακροδέκτες του μετατροπέα και στην τρέχουσα συχνότητα του ρότορα ή του τροφοδοτικού.

Ο πιο δημοφιλής αλγόριθμος χωρίς αισθητήρα βασίζεται στον υπολογισμό του EMF για μία από τις φάσεις του κινητήρα, που έχει αποσυνδεθεί από την παροχή ρεύματος αυτή τη στιγμή. Η μετάβαση EMF της φάσης εκτός λειτουργίας μέσω του μηδενός είναι σταθερή, προσδιορίζεται μια μετατόπιση 90 °, υπολογίζεται η χρονική στιγμή κατά την οποία πρέπει να πέσει το μέσο του επόμενου παλμού ρεύματος. Το πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι η απλότητά της, αλλά υπάρχουν και μειονεκτήματα: σε χαμηλές ταχύτητες, είναι αρκετά δύσκολο να προσδιοριστεί η στιγμή της μηδενικής διέλευσης. η επιβράδυνση θα είναι ακριβής μόνο με σταθερή ταχύτητα περιστροφής.

Εν τω μεταξύ, για πιο ακριβή έλεγχο, χρησιμοποιούνται πολύπλοκες μέθοδοι για την εκτίμηση της θέσης του ρότορα: σύμφωνα με τη σύνδεση της ροής των φάσεων, σύμφωνα με την τρίτη αρμονική του EMF των περιελίξεων, σύμφωνα με τις αλλαγές στην επαγωγή του περιελίξεις φάσης.

Εξετάστε ένα παράδειγμα παρακολούθησης συνδέσεων ροής. Ο κυματισμός της ροπής BLDC όταν ο κινητήρας τροφοδοτείται με ορθογώνιους παλμούς τάσης είναι γνωστό ότι φτάνει το 25%, με αποτέλεσμα την ανομοιόμορφη περιστροφή, δημιουργώντας ένα όριο ελέγχου ταχύτητας παρακάτω. Επομένως, ρεύματα κοντά στο τετράγωνο σχήμα σχηματίζονται στις φάσεις του στάτη μέσω κλειστών βρόχων ελέγχου.