Μοτέρ βαλβίδας
Οι μηχανές συνεχούς ρεύματος, κατά κανόνα, έχουν υψηλότερους τεχνικούς και οικονομικούς δείκτες (γραμμικότητα χαρακτηριστικών, υψηλή απόδοση, μικρές διαστάσεις κ.λπ.) από τις μηχανές εναλλασσόμενου ρεύματος. Ένα σημαντικό μειονέκτημα είναι η παρουσία μιας συσκευής βούρτσας, η οποία μειώνει την αξιοπιστία, αυξάνει τη ροπή αδράνειας, δημιουργεί ραδιοπαρεμβολές, κίνδυνο έκρηξης κ.λπ. Επομένως, φυσικά, το έργο της δημιουργίας ενός κινητήρα συνεχούς ρεύματος χωρίς επαφή (χωρίς ψήκτρες).
Η λύση σε αυτό το πρόβλημα έγινε δυνατή με την εμφάνιση των συσκευών ημιαγωγών. Σε έναν κινητήρα συνεχούς ρεύματος χωρίς επαφή, που ονομάζεται κινητήρας σταθερού ρεύματος βαλβίδας, το σετ βούρτσας αντικαθίσταται από έναν διακόπτη ημιαγωγών, ο οπλισμός είναι ακίνητος, ο ρότορας είναι μόνιμος μαγνήτης.
Η αρχή της λειτουργίας του κινητήρα βαλβίδας
Ο κινητήρας βαλβίδας νοείται ως ένα σύστημα μεταβλητής ηλεκτρικής κίνησης που αποτελείται από έναν ηλεκτρικό κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος δομικά παρόμοιο με ένα σύγχρονο μηχάνημα, έναν μετατροπέα βαλβίδας και συσκευές ελέγχου που παρέχουν μεταγωγή των κυκλωμάτων περιέλιξης του κινητήρα ανάλογα με τη θέση του ρότορα του κινητήρα.Με αυτή την έννοια, ένας κινητήρας βαλβίδας είναι παρόμοιος με έναν κινητήρα συνεχούς ρεύματος στον οποίο, μέσω ενός διακόπτη μεταγωγής, συνδέεται αυτή η στροφή της περιέλιξης του οπλισμού, η οποία βρίσκεται κάτω από τους πόλους πεδίου.
Ένας κινητήρας συνεχούς ρεύματος είναι μια σύνθετη ηλεκτρομηχανική συσκευή που συνδυάζει την απλούστερη ηλεκτρική μηχανή και ένα ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου.
Οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος έχουν σοβαρά μειονεκτήματα, κυρίως λόγω της παρουσίας συλλέκτη βούρτσας:
1. Ανεπαρκής αξιοπιστία της συλλεκτικής συσκευής, ανάγκη περιοδικής συντήρησής της.
2. Περιορισμένες τιμές τάσης οπλισμού και, κατά συνέπεια, ισχύς κινητήρων συνεχούς ρεύματος, που περιορίζει τη χρήση τους για κινητήρες υψηλής ταχύτητας και υψηλής ισχύος.
3. Περιορισμένη χωρητικότητα υπερφόρτωσης των κινητήρων συνεχούς ρεύματος, που περιορίζει τον ρυθμό μεταβολής του ρεύματος οπλισμού, που είναι απαραίτητος για εξαιρετικά δυναμικούς ηλεκτρικούς κινητήρες.
Σε έναν κινητήρα βαλβίδας, αυτά τα μειονεκτήματα δεν εκδηλώνονται, καθώς εδώ ο διακόπτης συλλογής βούρτσας αντικαθίσταται από έναν διακόπτη χωρίς επαφή κατασκευασμένο σε θυρίστορ (για κινητήρες υψηλής ισχύος) ή τρανζίστορ (για μονάδες με ισχύ έως 200 kW ). Με βάση αυτό, ένας κινητήρας βαλβίδας που βασίζεται δομικά σε μια σύγχρονη μηχανή ονομάζεται συχνά κινητήρας συνεχούς ρεύματος χωρίς επαφή.
Όσον αφορά τη δυνατότητα ελέγχου, ένας κινητήρας χωρίς ψήκτρες είναι επίσης παρόμοιος με έναν κινητήρα συνεχούς ρεύματος - η ταχύτητά του ρυθμίζεται μεταβάλλοντας το μέγεθος της εφαρμοζόμενης τάσης συνεχούς ρεύματος. Λόγω των καλών ρυθμιστικών τους ιδιοτήτων, οι κινητήρες βαλβίδων χρησιμοποιούνται ευρέως για την οδήγηση διαφόρων ρομπότ, μηχανών κοπής μετάλλων, βιομηχανικών μηχανών και μηχανισμών.
Μετατροπέας τρανζίστορ μόνιμου μαγνήτη με ηλεκτρική κίνηση
Ο κινητήρας βαλβίδας αυτού του τύπου κατασκευάζεται με βάση μια τριφασική σύγχρονη μηχανή με μόνιμους μαγνήτες στον ρότορα. Οι τριφασικές περιελίξεις στάτορα τροφοδοτούνται με συνεχές ρεύμα που παρέχεται σε σειρά σε δύο περιελίξεις φάσης συνδεδεμένες σε σειρά. Η εναλλαγή των περιελίξεων πραγματοποιείται από έναν διακόπτη τρανζίστορ που κατασκευάζεται σύμφωνα με ένα τριφασικό κύκλωμα γέφυρας.Οι διακόπτες του τρανζίστορ ανοίγουν και κλείνουν ανάλογα με τη θέση του ρότορα του κινητήρα. Το διάγραμμα κινητήρα βαλβίδας φαίνεται στο σχ.
Σύκο. 1. Διάγραμμα κινητήρα βαλβίδας με διακόπτη τρανζίστορ
Η ροπή που δημιουργείται από τον κινητήρα καθορίζεται από την αλληλεπίδραση δύο νημάτων:
• ο στάτορας που δημιουργείται από το ρεύμα στις περιελίξεις του στάτη,
• ρότορας που δημιουργείται από μόνιμους μαγνήτες υψηλής ενέργειας (με βάση κράματα σαμαρίου-κοβαλτίου και άλλα).
όπου: θ είναι η στερεά γωνία μεταξύ των διανυσμάτων ροής στάτορα και ρότορα. pn είναι ο αριθμός των ζευγών πόλων.
Η μαγνητική ροή του στάτορα τείνει να περιστρέφει τον ρότορα μόνιμου μαγνήτη έτσι ώστε η ροή του ρότορα να ταιριάζει στην κατεύθυνση με τη ροή του στάτη (μην ξεχνάτε τη μαγνητική βελόνα, την πυξίδα).
Η μεγαλύτερη ροπή που δημιουργείται στον άξονα του ρότορα θα βρίσκεται σε γωνία μεταξύ των διανυσμάτων ροής ίση με π / 2 και θα μειωθεί στο μηδέν καθώς πλησιάζουν οι ροές ροής. Αυτή η εξάρτηση φαίνεται στο Σχ. 2.
Ας εξετάσουμε το χωρικό διάγραμμα των διανυσμάτων ροής που αντιστοιχούν στον τρόπο λειτουργίας κινητήρα (με τον αριθμό των ζευγών πόλων pn = 1). Ας υποθέσουμε ότι αυτή τη στιγμή τα τρανζίστορ VT3 και VT2 είναι ενεργοποιημένα (δείτε το διάγραμμα στο Σχ. 1). Στη συνέχεια το ρεύμα ρέει μέσω της περιέλιξης της φάσης Β και προς την αντίθετη κατεύθυνση μέσω της περιέλιξης της φάσης Α. Το διάνυσμα που προκύπτει ppm. ο στάτορας θα καταλάβει τη θέση F3 στο χώρο (βλ. εικόνα 3).
Εάν ο ρότορας βρίσκεται τώρα στη θέση που φαίνεται στην εικ. 4, τότε ο κινητήρας θα αναπτύξει σύμφωνα με το 1 τη μέγιστη ροπή στην οποία ο ρότορας θα γυρίσει δεξιόστροφα. Καθώς η γωνία θ μειώνεται, η ροπή θα μειώνεται. Όταν ο ρότορας περιστρέφεται 30 °, είναι απαραίτητο σύμφωνα με το γράφημα στο σχ. 2. αλλάξτε το ρεύμα στις φάσεις του κινητήρα έτσι ώστε ο προκύπτων διανυσματικός στάτορας ppm να βρίσκεται στη θέση F4 (βλ. Εικ. 3). Για να το κάνετε αυτό, απενεργοποιήστε το τρανζίστορ VT3 και ενεργοποιήστε το τρανζίστορ VT5.
Η εναλλαγή φάσης πραγματοποιείται από έναν διακόπτη τρανζίστορ VT1-VT6 που ελέγχεται από τον αισθητήρα θέσης ρότορα DR. Στην περίπτωση αυτή, η γωνία θ διατηρείται εντός 90 ° ± 30 °, η οποία αντιστοιχεί στη μέγιστη τιμή ροπής με τους μικρότερους κυματισμούς. Σε ρn = 1, πρέπει να γίνουν έξι διακόπτες ανά μία περιστροφή του ρότορα, επομένως ppm. ο στάτορας θα κάνει μια πλήρη περιστροφή (βλ. Εικ. 3). Όταν ο αριθμός των ζευγών πόλων είναι μεγαλύτερος από τη μονάδα, η περιστροφή του διανύσματος ppm του στάτορα και επομένως του ρότορα θα είναι 360/pn μοίρες.
Σύκο. 2. Εξάρτηση της ροπής του κινητήρα από τη γωνία μεταξύ των διανυσμάτων ροής στάτορα και ρότορα (σε pn = 1)
Σύκο. 3. Χωρικό διάγραμμα του στάτορα ppm κατά την εναλλαγή των φάσεων του κινητήρα βαλβίδας
Σύκο. 4. Χωρικό διάγραμμα σε λειτουργία κινητήρα
Η ρύθμιση της τιμής της ροπής γίνεται αλλάζοντας την τιμή ppm. στάτορας, δηλ. αλλαγή στη μέση τιμή του ρεύματος στις περιελίξεις του στάτη
όπου: R1 είναι η αντίσταση περιέλιξης του στάτη.
Δεδομένου ότι η ροή του κινητήρα είναι σταθερή, το emf που προκαλείται σε δύο περιελίξεις στάτορα που συνδέονται σε σειρά θα είναι ανάλογο με την ταχύτητα του ρότορα.Η εξίσωση ηλεκτρικής ισορροπίας για τα κυκλώματα του στάτη θα είναι
Όταν οι διακόπτες είναι απενεργοποιημένοι, το ρεύμα στις περιελίξεις του στάτη δεν εξαφανίζεται αμέσως, αλλά κλείνει μέσω των αντίστροφων διόδων και του πυκνωτή φίλτρου C.
Επομένως, ρυθμίζοντας την τάση τροφοδοσίας του κινητήρα U1, είναι δυνατό να ρυθμιστεί το μέγεθος του ρεύματος του στάτη και η ροπή του κινητήρα
Είναι εύκολο να διαπιστωθεί ότι οι λαμβανόμενες εκφράσεις είναι παρόμοιες με ανάλογες εκφράσεις για έναν κινητήρα συνεχούς ρεύματος, με αποτέλεσμα τα μηχανικά χαρακτηριστικά ενός κινητήρα βαλβίδας σε αυτό το κύκλωμα να είναι παρόμοια με τα χαρακτηριστικά ενός κινητήρα συνεχούς ρεύματος με ανεξάρτητη διέγερση στο Φ = const.
Γίνεται αλλαγή στην τάση τροφοδοσίας του κινητήρα χωρίς ψήκτρες στο υπό εξέταση κύκλωμα με τη μέθοδο ρύθμισης του πλάτους παλμού… Με την αλλαγή του κύκλου λειτουργίας των παλμών των τρανζίστορ VT1-VT6 κατά τις περιόδους συμπερίληψής τους, είναι δυνατή η προσαρμογή της μέσης τιμής της τάσης που παρέχεται στις περιελίξεις του στάτη του κινητήρα.
Για να εφαρμοστεί η λειτουργία διακοπής, ο αλγόριθμος λειτουργίας του διακόπτη τρανζίστορ πρέπει να αλλάξει με τέτοιο τρόπο ώστε το διάνυσμα ppm του στάτορα να υστερεί στο διάνυσμα ροής του δρομέα. Τότε η ροπή του κινητήρα θα γίνει αρνητική. Εφόσον στην είσοδο του μετατροπέα είναι εγκατεστημένος ένας μη ελεγχόμενος ανορθωτής, η αναγέννηση της ενέργειας πέδησης σε αυτό το κύκλωμα είναι αδύνατη.
Κατά τη διακοπή λειτουργίας, επαναφορτίζεται ο πυκνωτής του φίλτρου C. Ο περιορισμός τάσης στους πυκνωτές πραγματοποιείται συνδέοντας την αντίσταση εκφόρτισης μέσω του τρανζίστορ VT7. Με αυτόν τον τρόπο, η ενέργεια πέδησης διαχέεται στην αντίσταση φορτίου.