Taisngrieža vadība

Vārds «vārsts» dzinēja nosaukumā cēlies no vārda «vārsts», kas nozīmē pusvadītāju slēdzis. Tādējādi piedziņu principā var saukt par vārstu piedziņu, ja tās darbības režīmu kontrolē īpašs vadāmo pusvadītāju slēdžu pārveidotājs.

Pati vārsta piedziņa ir elektromehāniska sistēma, kas sastāv no sinhronas mašīnas ar pastāvīgiem magnētiem uz rotora un elektroniskā komutatora (kas darbina statora tinumus) ar automātisku sensoru vadības sistēmu.

Tajās daudzās tehnoloģiju jomās, kur tradicionāli ir uzstādīti asinhronie motori vai līdzstrāvas iekārtas, mūsdienās bieži var atrast tieši vārstu motorus, jo magnētiskie materiāli kļūst lētāki un pusvadītāju elektronikas un vadības sistēmu pamats attīstās ļoti strauji.

Pastāvīgā magnēta rotoru sinhronajiem motoriem ir vairākas priekšrocības:

• nav ierīces suku savākšanai, tāpēc motora resurss ir garāks un tā uzticamība ir augstāka nekā mašīnām ar bīdāmiem kontaktiem, turklāt darba apgriezienu diapazons ir lielāks;

• plašs tinumu barošanas spriegumu klāsts; pieļaujama ievērojama griezes momenta pārslodze — vairāk nekā 5 reizes;

• augsta momenta dinamika;

• ir iespējams regulēt ātrumu ar griezes momenta saglabāšanu pie zemiem apgriezieniem vai ar jaudas saglabāšanu pie lieliem apgriezieniem;

• Efektivitāte virs 90%;

• minimāli tukšgaitas zudumi;

• nelielas svara un izmēra īpašības.

Neodīma-dzelzs-bora magnēti pilnībā spēj radīt indukciju spraugā, kas ir aptuveni 0,8 T, tas ir, asinhrono mašīnu līmenī, un galveno elektromagnētisko zudumu šādā rotorā nav. Tas nozīmē, ka rotora līnijas slodzi var palielināt, nepalielinot kopējos zudumus.

Tas ir iemesls augstākai elektromehāniskajai efektivitātei. vārstu dzinēji salīdzinot ar citām bezsuku mašīnām, piemēram, asinhronajiem motoriem. Tā paša iemesla dēļ vārstu motori tagad ieņem cienīgu vietu vadošo ārvalstu un vietējo ražotāju katalogos.

Pastāvīgā magnēta motora invertora slēdžu vadība tradicionāli tiek veikta atkarībā no tā rotora stāvokļa. Šādi sasniegtie augstie veiktspējas raksturlielumi padara vārstu iedarbināšanu ļoti perspektīvu mazas un vidējas jaudas diapazonā automatizācijas sistēmām, darbgaldiem, robotiem, manipulatoriem, koordinātu ierīcēm, apstrādes un montāžas līnijām, vadības un izsekošanas sistēmām, aviācijā, medicīnā, transportā utt. . .g.

Jo īpaši pilsētas elektrotransportam tiek ražoti vilces disku vārstu motori ar jaudu, kas pārsniedz 100 kW. Šeit tiek izmantoti neodīma-dzelzs-bora magnēti ar leģējošām piedevām, kas palielina piespiedu spēku un palielina magnētu darba temperatūru līdz 170 ° C, lai motors varētu viegli izturēt īslaicīgas pieckārtīgas strāvas un griezes momenta pārslodzes.

Zemūdeņu, sauszemes un lidmašīnu stūres piedziņas, riteņu motori, veļas mašīnas — vārstu motori mūsdienās atrod noderīgu pielietojumu daudzās vietās.

Vārstu motori ir divu veidu: līdzstrāva (BLDC — bezsuku līdzstrāva) un maiņstrāva (PMAC — pastāvīgais magnēts AC). Līdzstrāvas motoros trapecveida griešanās EMF tinumos rodas rotora magnētu un statora tinumu izvietojuma dēļ.Maiņstrāvas motoros rotācijas elektromotora spēks ir sinusoidāls. Šajā rakstā mēs runāsim par ļoti izplatīta bezsuku motora veida - BLDC (līdzstrāva) - vadību.

Līdzstrāvas vārsta motors un tā vadības princips BLDC motori atšķiras ar pusvadītāju slēdzi, kas darbojas otu savākšanas bloka vietā, kas ir raksturīgs Līdzstrāvas mašīnas ar statora tinumu un magnētisko rotoru.

Vārsta motora komutatora pārslēgšana notiek atkarībā no rotora pašreizējā stāvokļa (atkarībā no rotora stāvokļa). Visbiežāk statora tinums ir trīsfāžu, tāds pats kā ar zvaigzni savienotam asinhronajam motoram, un pastāvīgā magnēta rotora konstrukcija var būt atšķirīga.

Braukšanas moments BLDC veidojas statora un rotora magnētisko plūsmu mijiedarbības rezultātā: statora magnētiskā plūsma visu laiku tiecas pagriezt rotoru tādā stāvoklī, ka pastāvīgo magnētu magnētiskā plūsma. uz tā uzstādītais virziens sakrīt ar statora magnētisko plūsmu.

Tādā pašā veidā Zemes magnētiskais lauks orientē kompasa adatu — tas izvērš to "gar lauku". Rotora pozīcijas sensors ļauj saglabāt leņķi starp plūsmām nemainīgu 90 ± 30 ° līmenī, šajā pozīcijā griezes moments ir maksimālais.

BLDC statora tinumu barošanas avota pusvadītāju slēdzis ir vadāms pusvadītāju pārveidotājs ar cietu 120 ° algoritmu trīs darbības fāžu spriegumu vai strāvu pārslēgšanai.

Pārveidotāja jaudas sekcijas funkcionālās diagrammas piemērs ar rekuperatīvās bremzēšanas iespēju ir parādīts attēlā iepriekš. Šeit ir iekļauts invertors ar izejas amplitūdas-impulsa modulāciju IGBT tranzistori, un amplitūda tiek pielāgota, pateicoties impulsa platuma modulācija uz starpposma līdzstrāvas posma.

Pamatā šim nolūkam tiek izmantoti tiristoru frekvences pārveidotāji ar autonomu sprieguma vai strāvas invertoru ar jaudas vadību un tranzistoru frekvences pārveidotāji ar autonomu sprieguma invertoru, kas tiek kontrolēts PWM režīmā vai ar izejas strāvas releja regulēšanu.

Rezultātā motora elektromehāniskās īpašības ir līdzīgas tradicionālajām līdzstrāvas mašīnām ar magnetoelektrisku vai neatkarīgu ierosmi, tāpēc BLDC vadības sistēmas ir veidotas pēc klasiskā līdzstrāvas piedziņas vergu koordinātu vadības principa ar rotora apgriezieniem un strāvas cilpām. stators.

Komutatora pareizai darbībai kā sensoru vai sistēmu var izmantot kapacitatīvu vai induktīvu diskrētu sensoru, kas savienots ar polu motoru. pamatojoties uz Hola efekta sensoriem ar pastāvīgajiem magnētiem.

Tomēr sensora klātbūtne bieži sarežģī mašīnas konstrukciju kopumā, un dažos gadījumos rotora stāvokļa sensoru vispār nevar uzstādīt. Tāpēc praksē viņi bieži izmanto "bez sensoru" vadības sistēmas. Bezsensoru vadības algoritms ir balstīts uz datu analīzi tieši no invertora spailēm un rotora vai barošanas avota strāvas frekvences.

Populārākais bezsensoru algoritms ir balstīts uz EML aprēķināšanu vienai no motora fāzēm, kas šobrīd ir atvienota no barošanas avota. Izslēgšanas fāzes EML pāreja uz nulli ir fiksēta, tiek noteikta nobīde par 90 °, tiek aprēķināts brīdis, kurā jānokrīt nākamā strāvas impulsa vidum. Šīs metodes priekšrocība ir tās vienkāršība, taču ir arī trūkumi: pie maziem ātrumiem ir diezgan grūti noteikt nulles šķērsošanas brīdi; palēninājums būs precīzs tikai pie nemainīga rotācijas ātruma.

Tikmēr precīzākai vadībai rotora stāvokļa novērtēšanai tiek izmantotas sarežģītas metodes: atbilstoši fāžu plūsmas savienojumam, saskaņā ar tinumu EMF trešo harmoniku, saskaņā ar tinumu induktivitātes izmaiņām. fāzes tinumi.

Apsveriet straumēšanas savienojumu uzraudzības piemēru. Ir zināms, ka BLDC griezes momenta pulsācija, kad motoram tiek piegādāti taisnstūra sprieguma impulsi, sasniedz 25%, kā rezultātā rodas nevienmērīga rotācija, radot zemāku ātruma kontroles ierobežojumu. Tāpēc statora fāzēs ar slēgtu vadības cilpu palīdzību veidojas strāvas, kas ir tuvu kvadrātveida formai.