Мотор вентила

Машине једносмерне струје, по правилу, имају веће техничко-економске показатеље (линеарност карактеристика, висока ефикасност, мале димензије итд.) од машина наизменичне струје. Значајан недостатак је присуство апарата за четкицу, који смањује поузданост, повећава момент инерције, ствара радио сметње, опасност од експлозије итд. Стога је, наравно, задатак стварања бесконтактног (без четкица) ДЦ мотора.

Решење овог проблема постало је могуће са појавом полупроводничких уређаја. У бесконтактном ДЦ мотору, који се назива мотор са константном струјом вентила, сет четкица је замењен полупроводничким прекидачем, арматура је непокретна, ротор је трајни магнет.

Принцип рада мотора вентила

Под мотором вентила се подразумева променљиви електрични погонски систем који се састоји од електромотора наизменичне струје конструктивно сличног синхроној машини, вентилског претварача и управљачких уређаја који обезбеђују комутацију кола намотаја мотора у зависности од положаја ротора мотора.У том смислу, вентилски мотор је сличан ДЦ мотору у коме је помоћу комутационог прекидача спојен онај обрт намотаја арматуре, који се налази испод полова поља.

ДЦ мотор је сложен електромеханички уређај који комбинује најједноставнију електричну машину и електронски систем управљања.

Мотори једносмерне струје имају озбиљне недостатке, углавном због присуства колектора четкице:

1. Недовољна поузданост колекторског апарата, потреба за његовим периодичним одржавањем.

2. Ограничене вредности напона арматуре и, сходно томе, снаге ДЦ мотора, што ограничава њихову употребу за велике брзине, велике снаге.

3. Ограничени капацитет преоптерећења ДЦ мотора, ограничавајући брзину промене струје арматуре, што је неопходно за високо динамичке електричне погоне.

У мотору са вентилом, ови недостаци се не манифестују, јер је овде прекидач четкице-сакупљача замењен бесконтактним прекидачем направљеним на тиристорима (за погоне велике снаге) или транзисторима (за погоне снаге до 200 кВ ). На основу овога, мотор вентила који је структурно заснован на синхроној машини често се назива бесконтактним ДЦ мотором.

У погледу управљивости, мотор без четкица је такође сличан ДЦ мотору — његова брзина се подешава променом величине примењеног једносмерног напона. Због својих добрих регулационих квалитета, мотори вентила се широко користе за погон разних робота, машина за сечење метала, индустријских машина и механизама.

Транзисторски комутатор са трајним магнетом са електричним погоном

Мотор вентила овог типа је направљен на бази трофазне синхроне машине са трајним магнетима на ротору. Трофазни намотаји статора се напајају једносмерном струјом која се напаја серијски на два серијски повезана фазна намотаја. Пребацивање намотаја се врши помоћу транзисторског прекидача израђеног по трофазном мостном колу.Транзисторски прекидачи се отварају и затварају у зависности од положаја ротора мотора. Дијаграм мотора вентила је приказан на сл.

Шипак. 1. Шема мотора вентила са транзисторским прекидачем

Обртни момент који ствара мотор одређен је интеракцијом два навоја:

• статор створен струјом у намотајима статора,

• ротор направљен од високоенергетских перманентних магнета (на бази легура самаријум-кобалта и других).

где је: θ чврсти угао између вектора флукса статора и ротора; пн је број парова полова.

Магнетски флукс статора има тенденцију да ротира ротор перманентног магнета тако да се флукс ротора поклапа у правцу са флуксом статора (не заборавите магнетну иглу, компас).

Највећи момент створен на осовини ротора биће под углом између вектора флукса једнак π / 2 и смањиће се на нулу како се токови флукса приближавају. Ова зависност је приказана на Сл. 2.

Размотримо просторни дијаграм вектора флукса који одговарају моторном режиму (са бројем парова полова пн = 1). Претпоставимо да су тренутно укључени транзистори ВТ3 и ВТ2 (погледајте дијаграм на слици 1). Затим струја тече кроз намотај фазе Б и у супротном смеру кроз намотај фазе А. Резултујући вектор ппм. статор ће заузети позицију Ф3 у простору (види слику 3).

Ако је ротор сада у положају приказаном на сл. 4, онда ће мотор развити према 1 максимални обртни момент при којем ће се ротор окретати у смеру казаљке на сату. Како се угао θ смањује, обртни момент ће се смањити. Када се ротор ротира за 30 °, потребно је према графикону на сл. 2. пребацити струју у фазама мотора тако да резултујући ппм векторски статор буде у положају Ф4 (види слику 3). Да бисте то урадили, искључите транзистор ВТ3 и укључите транзистор ВТ5.

Пребацивање фазе се врши помоћу транзисторског прекидача ВТ1-ВТ6 којим управља сензор положаја ротора ДР; у овом случају, угао θ се одржава унутар 90 ° ± 30 °, што одговара максималној вредности обртног момента са најмањим таласима. При ρн = 1 мора се извршити шест прекидача по једном обртају ротора, дакле ппм. статор ће направити пуну револуцију (види слику 3). Када је број парова полова већи од јединице, ротација ппм вектора статора, а самим тим и ротора, биће 360/пн степени.

Шипак. 2. Зависност обртног момента мотора од угла између вектора флукса статора и ротора (при пн = 1)

Шипак. 3. Просторни дијаграм ппм статора при пребацивању фаза мотора вентила

Шипак. 4. Просторни дијаграм у моторном режиму

Подешавање вредности обртног момента се врши променом вредности ппм. статора, тј. промена средње вредности струје у намотајима статора

где је: Р1 отпор намотаја статора.

Пошто је флукс мотора константан, емф индукована у два серијски спојена намотаја статора биће пропорционална брзини ротора.Једначина електричне равнотеже за статорска кола биће

Када су прекидачи искључени, струја у намотајима статора не нестаје одмах, већ се затвара кроз реверзне диоде и филтерски кондензатор Ц.

Због тога је подешавањем напона напајања мотора У1 могуће подесити величину струје статора и обртни момент мотора

Лако је видети да су добијени изрази слични аналогним изразима за једносмерни мотор, тако да су механичке карактеристике вентилског мотора у овом колу сличне карактеристикама ДЦ мотора са независном побудом при Φ = цонст .

Извршава се промена напона напајања мотора без четкица у кругу који се разматра методом подешавања ширине импулса… Променом радног циклуса импулса транзистора ВТ1-ВТ6 током периода њиховог укључивања, могуће је подесити просечну вредност напона који се доводи на намотаје статора мотора.

Да би се применио режим заустављања, алгоритам рада транзисторског прекидача мора бити промењен на такав начин да вектор ппм статора заостаје за вектором флукса ротора. Тада ће обртни момент мотора постати негативан. Пошто је на улазу претварача уграђен неконтролисани исправљач, регенерација енергије кочења у овом колу је немогућа.

Приликом гашења допуњава се кондензатор филтера Ц. Ограничење напона на кондензаторима се врши повезивањем отпора пражњења преко транзистора ВТ7. На овај начин се енергија кочења расипа у отпору оптерећења.