Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
Ве́нтильний електродвигу́н — тип синхронної машини, реалізований в замкнутій системі з використанням датчика положення ротора, системи керування (перетворювача координат) і силового . Часто їх також називають безконтактними (безколекторними) двигунами постійного струму або оберненою машиною постійного струму.
Опис ВД
Цей тип двигуна створений з метою поліпшення властивостей двигунів постійного струму.
У вентильному двигуні (ВД) індуктор знаходиться на роторі (у вигляді постійних магнітів), якірна обмотка знаходиться на статорі. Напруга живлення обмоток двигуна формується залежно від положення ротора. Якщо в двигунах постійного струму для цієї мети використовувався колектор, то у вентильному двигуні його функцію виконує .
Основною відмінністю ВД від синхронного двигуна є його самосинхронізація за допомогою ДПР, внаслідок чого у ВД, навпаки, частота обертання поля пропорційна частоті обертання ротора, а частота обертання ротора залежить від напруги живлення.
Статор
Статор має традиційну конструкцію і схожий на статор асинхронного двигуна. Він складається з корпусу, осердя з електротехнічної сталі і мідної обмотки укладеної в пази по периметру осердя. Кількість обмоток визначає кількість фаз двигуна. Звичайно це трифазні, рідше чотирифазні двигуни.
За способом укладання витків в обмотки статора розрізняють двигуни, що мають зворотню електрорушійну силу трапецоїдної і синусоїдальної форми. За способом живлення фазний електричний струм у відповідних типах двигуна також змінюється трапецієподібно або синусоїдально.
Ротор
Ротор виготовляється з використанням постійних магнітів і має звичайно від двох до восьми пар полюсів з чергуванням північного і південного полюсів.
Спочатку використовувалися феритові магніти для виготовлення ротора. Вони поширені і дешеві, але їм властивий недолік у вигляді низького рівня магнітної індукції. Зараз одержують популярність магніти оскільки вони дозволяють отримати високий рівень магнітної індукції і зменшити розмір ротора.
В двигунах великої потужності замість постійного магніту на роторі використовується електромагніт. Напруга живлення до нього подається через контактні кільця встановлені на роторі.
Датчик положення ротора
Датчик положення ротора (ДПР) реалізує зворотний зв'язок за положенням ротора, виконує ту ж функцію, що і колектор в двигуні постійного струму. Його робота може бути заснована на різних принципах — , індуктивний, на ефекті Холла і т. д. Найбільшу популярність отримали давачі Холла і фотоелектричні, оскільки вони практично безінерційні і дозволяють позбутися запізнення в каналі зворотного зв'язку за положенням ротора.
Фотоелектричний датчик в класичному вигляді містить три нерухомі фотоприймачі, які по черзі закриваються шторкою, що обертається синхронно з ротором. Це показано на малюнку. Двійковий код, що одержується з ДПР фіксує шість різних положень ротора. Сигнали давачів перетворюються керуючим пристроєм в комбінацію керуючих напруг, які керують силовими ключами, так, що в кожний такт (фазу) роботи двигуна включені два ключі і до мережі підімкнені послідовно дві з трьох обмоток якоря. Обмотки якоря U, V, W розташовані на статорі із зсувом на 120° і їх початки і кінці з'єднані так що при перемиканні ключів створюється обертове магнітне поле.
Система керування ВД
Система керування містить силові ключі, часто тиристори або силові транзистори з ізольованим затвором. З них збирається інвертування напруги або інвертування струму. Система керування ключами звичайно реалізується на основі використання мікроконтролера. Наявність мікропроцесора вимагає велику кількість обчислювальних операцій з керування двигуна. [ред.]
Принцип роботи ВД
Принцип роботи ВД, ґрунтується на використанні давача положення ротора (ДПР), перетворювача координат і силового напівпровідникового перетворювача. Вони спільно формують на обмотках статора машини фазні напруги таким чином щоб результуючий вектор напруги завжди був зсунутий на кут 90° і нерухомий щодо осі магнітного поля ротора.
Комутація проводиться так, що потік збудження ротора — Ф0 підтримується постійним щодо потоку якоря. В результаті взаємодії потоку якоря і збудження створюється обертовий момент M, який прагне розвернути ротор так щоб потоки якоря і збудження збігалися, але при повороті ротора під дією ДПР відбувається перемикання обмоток і потік якоря повертається на черговий крок.
В цьому випадку і результуючий вектор струму буде зсунений і нерухомий щодо потоку ротора, що і створює момент на валу двигуна.
В руховому режимі роботи МРС статора випереджає МРС ротора на кут 90°, який підтримується за допомогою ДПР. В гальмівному режимі МРС статора відстає від МРС ротора, кут 90° так само підтримується за допомогою ДПР. [ред.]
Керування двигуном
Швидкість ВД регулюється величиною напруги, що підводиться до статора. На обмотки статора необхідно послідовно подавати напругу.
Регулювання напруги, що підводиться, до двигуна здійснюється за допомогою силових . Окрім цього силові ключі регулюють напругу, що підводиться до двигуна за рахунок чого і здійснюється зміна швидкості на валу двигуна.
На відміну від щіткового електродвигуна постійного струму, комутація у ВД здійснюється і контролюється за допомогою електроніки, напр. елекронного регулятора ходу.
Поширені системи керування, що реалізують алгоритми і широтно-імпульсної модуляції при керуванні ВД.
Система, що забезпечує найширший діапазон регулювання швидкості — у двигунів з . За допомогою перетворювача частоти здійснюється регулювання швидкості двигуна і підтримка потокозчеплення в машині на заданому рівні.
Особливість регулювання електроприводу з векторним керуванням — контрольовані координати, зміряні в нерухомій системі координат перетворяться до системи, що обертається, з них виділяється постійне значення пропорційне складовим векторів контрольованих параметрів, по яких здійснюється формування керувальних дій, далі зворотний перехід.
Недоліком цих систем є складність керувальних і функціональних пристроїв для широкого діапазону регулювання швидкості.
Переваги і недоліки ВД
Останнім часом, цей тип двигунів швидко набуває популярність, проникаючи в багато галузей промисловості. Знаходить застосування в різних сферах використовування: від побутових приладів до рейкового транспорту.
ВД з електронними системами керування часто об'єднують у собі найкращі якості і двигунів постійного струму.
Переваги:
- Висока швидкодія і динаміка, точність позиціонування
- Широкий діапазон зміни частоти обертання
- Безконтактність і відсутність вузлів, що вимагають техобслуговування — безколекторна машина
- Можливість використання у вибухонебезпечному і агресивному середовищі
- Велика по моменту
- Високі енергетичні показники (ККД понад 90 % і cosφ понад 0,95)
- Великий термін служби, висока надійність і підвищений ресурс роботи за рахунок відсутності ковзних електричних контактів
- Низький перегрів електродвигуна, при роботі в режимах з можливими перевантаженнями
Недоліки:
- Відносно складна система керування двигуном
- Висока вартість двигуна, обумовлена використовуванням дорогих постійних магнітів в конструкції ротора
Застосування
Завдяки високій надійності та точній керованості, вентильні двигуни мають широке застосування: від комп'ютерних вентиляторів і CD / DVD-приводів до роботів і космічних ракет. Широке застосування ВД знайшли в промисловості, в системах регулювання швидкості з великим діапазоном і високим темпом пусків, зупинок і реверсу; в авіаційній техніці. Особливо популярними безколекторні електродвигуни стали в моделізмі, ними оснащують різні радіокеровані авіа-, авто- та судомоделі.
Посилання
Література
- Теорія та синтез вентильних двигунів постійного струму : монографія / В. І. Ткачук, І. Є. Біляковський, О. В. Макарчук та ін. ; М-во освіти і науки, молоді та спорту України, Нац. ун-т "Львів. політехніка". – Л. : Вид-во Львів. політехніки, 2011. – 288 с. : іл. – Бібліогр.: с. 263-265 (36 назв). –
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Ve ntilnij elektrodvigu n tip sinhronnoyi mashini realizovanij v zamknutij sistemi z vikoristannyam datchika polozhennya rotora sistemi keruvannya peretvoryuvacha koordinat i silovogo Chasto yih takozh nazivayut bezkontaktnimi bezkolektornimi dvigunami postijnogo strumu abo obernenoyu mashinoyu postijnogo strumu Princip roboti trifaznogo ventilnogo dvigunaOpis VDCej tip dviguna stvorenij z metoyu polipshennya vlastivostej dviguniv postijnogo strumu U ventilnomu dviguni VD induktor znahoditsya na rotori u viglyadi postijnih magnitiv yakirna obmotka znahoditsya na statori Napruga zhivlennya obmotok dviguna formuyetsya zalezhno vid polozhennya rotora Yaksho v dvigunah postijnogo strumu dlya ciyeyi meti vikoristovuvavsya kolektor to u ventilnomu dviguni jogo funkciyu vikonuye Osnovnoyu vidminnistyu VD vid sinhronnogo dviguna ye jogo samosinhronizaciya za dopomogoyu DPR vnaslidok chogo u VD navpaki chastota obertannya polya proporcijna chastoti obertannya rotora a chastota obertannya rotora zalezhit vid naprugi zhivlennya Stator Stator maye tradicijnu konstrukciyu i shozhij na stator asinhronnogo dviguna Vin skladayetsya z korpusu oserdya z elektrotehnichnoyi stali i midnoyi obmotki ukladenoyi v pazi po perimetru oserdya Kilkist obmotok viznachaye kilkist faz dviguna Zvichajno ce trifazni ridshe chotirifazni dviguni Za sposobom ukladannya vitkiv v obmotki statora rozriznyayut dviguni sho mayut zvorotnyu elektrorushijnu silu trapecoyidnoyi i sinusoyidalnoyi formi Za sposobom zhivlennya faznij elektrichnij strum u vidpovidnih tipah dviguna takozh zminyuyetsya trapeciyepodibno abo sinusoyidalno Rotor Rotor vigotovlyayetsya z vikoristannyam postijnih magnitiv i maye zvichajno vid dvoh do vosmi par polyusiv z cherguvannyam pivnichnogo i pivdennogo polyusiv Spochatku vikoristovuvalisya feritovi magniti dlya vigotovlennya rotora Voni poshireni i deshevi ale yim vlastivij nedolik u viglyadi nizkogo rivnya magnitnoyi indukciyi Zaraz oderzhuyut populyarnist magniti oskilki voni dozvolyayut otrimati visokij riven magnitnoyi indukciyi i zmenshiti rozmir rotora V dvigunah velikoyi potuzhnosti zamist postijnogo magnitu na rotori vikoristovuyetsya elektromagnit Napruga zhivlennya do nogo podayetsya cherez kontaktni kilcya vstanovleni na rotori Datchik polozhennya rotora Datchik polozhennya rotora DPR realizuye zvorotnij zv yazok za polozhennyam rotora vikonuye tu zh funkciyu sho i kolektor v dviguni postijnogo strumu Jogo robota mozhe buti zasnovana na riznih principah induktivnij na efekti Holla i t d Najbilshu populyarnist otrimali davachi Holla i fotoelektrichni oskilki voni praktichno bezinercijni i dozvolyayut pozbutisya zapiznennya v kanali zvorotnogo zv yazku za polozhennyam rotora Fotoelektrichnij datchik v klasichnomu viglyadi mistit tri neruhomi fotoprijmachi yaki po cherzi zakrivayutsya shtorkoyu sho obertayetsya sinhronno z rotorom Ce pokazano na malyunku Dvijkovij kod sho oderzhuyetsya z DPR fiksuye shist riznih polozhen rotora Signali davachiv peretvoryuyutsya keruyuchim pristroyem v kombinaciyu keruyuchih naprug yaki keruyut silovimi klyuchami tak sho v kozhnij takt fazu roboti dviguna vklyucheni dva klyuchi i do merezhi pidimkneni poslidovno dvi z troh obmotok yakorya Obmotki yakorya U V W roztashovani na statori iz zsuvom na 120 i yih pochatki i kinci z yednani tak sho pri peremikanni klyuchiv stvoryuyetsya obertove magnitne pole Sistema keruvannya VD Sistema keruvannya mistit silovi klyuchi chasto tiristori abo silovi tranzistori z izolovanim zatvorom Z nih zbirayetsya invertuvannya naprugi abo invertuvannya strumu Sistema keruvannya klyuchami zvichajno realizuyetsya na osnovi vikoristannya mikrokontrolera Nayavnist mikroprocesora vimagaye veliku kilkist obchislyuvalnih operacij z keruvannya dviguna red Princip roboti VD Princip roboti VD gruntuyetsya na vikoristanni davacha polozhennya rotora DPR peretvoryuvacha koordinat i silovogo napivprovidnikovogo peretvoryuvacha Voni spilno formuyut na obmotkah statora mashini fazni naprugi takim chinom shob rezultuyuchij vektor naprugi zavzhdi buv zsunutij na kut 90 i neruhomij shodo osi magnitnogo polya rotora Komutaciya provoditsya tak sho potik zbudzhennya rotora F0 pidtrimuyetsya postijnim shodo potoku yakorya V rezultati vzayemodiyi potoku yakorya i zbudzhennya stvoryuyetsya obertovij moment M yakij pragne rozvernuti rotor tak shob potoki yakorya i zbudzhennya zbigalisya ale pri povoroti rotora pid diyeyu DPR vidbuvayetsya peremikannya obmotok i potik yakorya povertayetsya na chergovij krok V comu vipadku i rezultuyuchij vektor strumu bude zsunenij i neruhomij shodo potoku rotora sho i stvoryuye moment na valu dviguna V ruhovomu rezhimi roboti MRS statora viperedzhaye MRS rotora na kut 90 yakij pidtrimuyetsya za dopomogoyu DPR V galmivnomu rezhimi MRS statora vidstaye vid MRS rotora kut 90 tak samo pidtrimuyetsya za dopomogoyu DPR red Keruvannya dvigunom Shvidkist VD regulyuyetsya velichinoyu naprugi sho pidvoditsya do statora Na obmotki statora neobhidno poslidovno podavati naprugu Regulyuvannya naprugi sho pidvoditsya do dviguna zdijsnyuyetsya za dopomogoyu silovih Okrim cogo silovi klyuchi regulyuyut naprugu sho pidvoditsya do dviguna za rahunok chogo i zdijsnyuyetsya zmina shvidkosti na valu dviguna Na vidminu vid shitkovogo elektrodviguna postijnogo strumu komutaciya u VD zdijsnyuyetsya i kontrolyuyetsya za dopomogoyu elektroniki napr elekronnogo regulyatora hodu Poshireni sistemi keruvannya sho realizuyut algoritmi i shirotno impulsnoyi modulyaciyi pri keruvanni VD Sistema sho zabezpechuye najshirshij diapazon regulyuvannya shvidkosti u dviguniv z Za dopomogoyu peretvoryuvacha chastoti zdijsnyuyetsya regulyuvannya shvidkosti dviguna i pidtrimka potokozcheplennya v mashini na zadanomu rivni Osoblivist regulyuvannya elektroprivodu z vektornim keruvannyam kontrolovani koordinati zmiryani v neruhomij sistemi koordinat peretvoryatsya do sistemi sho obertayetsya z nih vidilyayetsya postijne znachennya proporcijne skladovim vektoriv kontrolovanih parametriv po yakih zdijsnyuyetsya formuvannya keruvalnih dij dali zvorotnij perehid Nedolikom cih sistem ye skladnist keruvalnih i funkcionalnih pristroyiv dlya shirokogo diapazonu regulyuvannya shvidkosti Perevagi i nedoliki VD Ostannim chasom cej tip dviguniv shvidko nabuvaye populyarnist pronikayuchi v bagato galuzej promislovosti Znahodit zastosuvannya v riznih sferah vikoristovuvannya vid pobutovih priladiv do rejkovogo transportu VD z elektronnimi sistemami keruvannya chasto ob yednuyut u sobi najkrashi yakosti i dviguniv postijnogo strumu Bezkolektornij dvigun dlya aviamodelej ta elektronnij regulyator hodu 1 bezkolektornij elektrodvigun 2 provoda primikannya dviguna 3 kabel primikannya do prijmacha podacha signalu 4 elektronnij regulyator hodu 5 provoda primikannya akumulyatora 6 ro znim akumulyatora 7 kontakti primikannya dviguna 8 mufta propelera Perevagi Visoka shvidkodiya i dinamika tochnist pozicionuvannya Shirokij diapazon zmini chastoti obertannya Bezkontaktnist i vidsutnist vuzliv sho vimagayut tehobslugovuvannya bezkolektorna mashina Mozhlivist vikoristannya u vibuhonebezpechnomu i agresivnomu seredovishi Velika po momentu Visoki energetichni pokazniki KKD ponad 90 i cosf ponad 0 95 Velikij termin sluzhbi visoka nadijnist i pidvishenij resurs roboti za rahunok vidsutnosti kovznih elektrichnih kontaktiv Nizkij peregriv elektrodviguna pri roboti v rezhimah z mozhlivimi perevantazhennyami Nedoliki Vidnosno skladna sistema keruvannya dvigunom Visoka vartist dviguna obumovlena vikoristovuvannyam dorogih postijnih magnitiv v konstrukciyi rotoraZastosuvannyaZavdyaki visokij nadijnosti ta tochnij kerovanosti ventilni dviguni mayut shiroke zastosuvannya vid komp yuternih ventilyatoriv i CD DVD privodiv do robotiv i kosmichnih raket Shiroke zastosuvannya VD znajshli v promislovosti v sistemah regulyuvannya shvidkosti z velikim diapazonom i visokim tempom puskiv zupinok i reversu v aviacijnij tehnici Osoblivo populyarnimi bezkolektorni elektrodviguni stali v modelizmi nimi osnashuyut rizni radiokerovani avia avto ta sudomodeli PosilannyaLiteraturaTeoriya ta sintez ventilnih dviguniv postijnogo strumu monografiya V I Tkachuk I Ye Bilyakovskij O V Makarchuk ta in M vo osviti i nauki molodi ta sportu Ukrayini Nac un t Lviv politehnika L Vid vo Lviv politehniki 2011 288 s il Bibliogr s 263 265 36 nazv ISBN 978 617 607 199 0