Двигуна

Вентильний двигун: принцип роботи і схема, FB.ru

11.10.2015

Вентильний двигун: принцип роботи і схема

Для того щоб вирішувати завдання по контролю сучасних прецизійних систем, все частіше використовується вентильний двигун. Це характеризується великою перевагою таких приладів, а також активним формуванням обчислювальних можливостей мікроелектроніки. Як відомо, вони можуть забезпечити високу щільність тривалого часу та енергоефективності у порівнянні з іншими видами двигунів.

Схема вентильного двигуна

3. Підшипник.

4. Магнітний диск (ротор).

5. Підшипник.

6. Статор з обмоткою.

7. Передня частина корпусу.

У вентильного двигуна є взаємозв’язок між багатофазної обмоткою статора і ротора. У них присутні постійні магніти і вбудований датчик положення. Комутація приладу реалізовується за допомогою вентильного перетворювача, внаслідок чого він і отримав таку назву.

Схема вентильного двигуна складається із задньої кришки і друкованої плати датчиків, втулки підшипника, валу і самого підшипника, магнітів ротора, ізолюючого кільця, обмотки, трельчатой пружини, проміжної втулки, датчика Холла, ізоляції, корпусу і проводів.

У разі з’єднання обмоток «зіркою» пристрій має великі постійні моменти, тому таку збірку застосовують для управління осями. У разі скріплення обмоток «трикутником» їх можна використовувати для роботи з великими швидкостями. Найчастіше кількість пар полюсів обчислюється чисельністю магнітів ротора, які допомагають визначити співвідношення електричних і механічних обертів.

Статор може бути виготовлений з безжелезным або залізним сердечником. Використовуючи такі конструкції з першим варіантом, можна забезпечити відсутність тяжіння магнітів ротора, але і в цю ж мить знижується на 20% ефективність двигуна із-за зменшення значення постійного моменту.

Вентильний двигун: принцип роботи і схема, FB.ru

Зі схеми видно, що в статорі струм утворюється в обмотках, а в роторі створюється за допомогою високоенергетичних постійних магнітів.

Умовні позначення:

— VT1-VT7 — транзисторні комунікатори;

— A, B, C — фази обмоток;

— M — момент двигуна;

— DR — датчик положення ротора;

— U — регулятор напруги живлення двигуна;

— S (south), N (north) — напрямок магніту;

— UZ — частотний перетворювач;

— BR — датчик частоти обертання;

— VD — стабілітрон;

— L — котушка індуктивності.

Схема двигуна показує, що одним з основних переваг ротора, в якому встановлені постійні магніти, є зменшення його діаметра і, як наслідок, скорочення моменту інерції. Такі пристосування можуть бути вбудованими в сам прилад або розташованими на його поверхні. Зниження цього показника дуже часто призводить до невеликим значенням балансу моменту інерції самого двигуна і приведеного до його валу навантаження, який і ускладнює роботу приводу. З цієї причини виробники можуть запропонувати стандартний і підвищений у 2-4 рази момент інерції.

Принципи роботи

Вентильний двигун: принцип роботи і схема, FB.ru

На сьогоднішній день стає дуже популярним вентильний двигун, принцип роботи якого заснований на тому, що контролер пристрою починає комутувати обмотки статора. Завдяки цьому вектор магнітного поля залишається завжди зрушеним на кут, що наближається до 900 (-900) щодо ротора. Контролер розрахований на керування струмом, який рухається через обмотки двигуна, в тому числі і величиною магнітного поля статора. Отже, можна регулювати момент, який впливає на прилад. Показник кута між векторами може визначити напрямок обертання, що діє на нього.

Треба враховувати, що мова йде про електричних градусах (вони значно менше геометричних). Для прикладу наведемо розрахунок вентильного двигуна з ротором, який в собі має 3 пари полюсів. Тоді його оптимальним кутом буде 900 /3=300. Ці пари передбачають 6 фаз обмоток комутації, тоді виходить, що вектор статора може переміщатися стрибками по 600. З цього видно, що справжній кут між векторами обов’язково буде варіюватися в межах від 600 до 1200, починаючи з обертання ротора.

Вентильний двигун, принцип роботи якого грунтується на звороті фаз комутації, з-за яких потік збудження підтримується відносно постійним рухом якоря, після їх взаємодії починає формувати обертовий момент. Він спрямовується повернути ротор таким способом, щоб всі потоки збудження і якоря збіглися докупи. Але під час його розвороту датчик починає перемикати обмотки, і потік переміщується на наступний крок. У цей момент результуючий вектор зрушиться, але залишиться повністю нерухомим порівняно з потоком ротора, що в підсумку і створить обертаючий момент вала.

Переваги

Застосовуючи вентильний двигун в роботі, можна зазначити такі його переваги:

— можливість застосування широкого діапазону для модифікування частоти обертання;

— висока динаміка і швидкодія;

— максимальна точність позиціонування;

— невеликі витрати на технічне обслуговування;

— пристрій можна віднести до вибухозахищених об’єктів;

— має здатність переносити великі перевантаження в момент обертання;

— високий ККД, який складає більше 90%;

— є ковзні електронні контакти, які суттєво збільшують робочий ресурс і термін служби;

— при тривалій роботі немає перегріву електродвигуна.

Недоліки

Незважаючи на величезну кількість переваг, вентильний двигун також має і недоліки в експлуатації:

— досить складне управління електродвигуном;

— відносно висока ціна пристрою через застосування в його конструкції ротора, який має дорогі постійні магніти.

Вентильний индукторный двигун

Вентильний двигун: принцип роботи і схема, FB.ru

Вентильно-индукторный двигун — це пристрій, в якому передбачено переключающееся магнітне опір. У ньому перетворення енергії відбувається за рахунок зміни індуктивності обмоток, які розташовуються на явно виражених зубцях статора при пересуванні зубчастого магнітного ротора. Харчування пристрій одержує від електричного перетворювача, по черзі перемикаючого обмотки двигуна в строгості з переміщення ротора.

Вентильно-индукторный двигун являє собою комплексну систему, в якій працюють спільно різноманітні за своєю фізичною природою компоненти. Для вдалого проектування таких пристроїв необхідні поглиблені знання в області конструювання машин і механіки, а також електроніки, електромеханіки та мікропроцесорної техніки.

Сучасне пристрій виступає як електродвигун, що діє спільно з електронним перетворювачем, який виготовляється за інтегральною технологією з використанням мікропроцесора. Він дозволяє здійснити якісне управління двигуном з найкращими показниками переробки енергії.

Властивості двигуна

Вентильний двигун: принцип роботи і схема, FB.ru

Такі пристрої володіють високою динамікою, великою перевантажувальною здатністю і точним позиціонуванням. Завдяки тому що в них відсутні рушійні частини, їх використання можливе у вибухонебезпечній агресивному середовищі. Такі двигуни називають також і безколекторними, їх основною перевагою, порівняно з колекторними, є швидкість, яка залежить від напруги живлення навантажувального моменту. Також ще одним важливим властивістю вважається відсутність стирающихся і тертьових елементів, які перемикають контакти, завдяки чому зростає ресурс користування апаратом.

Вентильні двигуни постійного струму

Всі двигуни постійного струму можна назвати безколекторними. Вони працюють від мережі з постійним струмом. Щітковий вузол передбачений для електричного об’єднання ланцюгів ротора і статора. Така деталь є найбільш вразливою і досить складним в обслуговуванні та ремонті.

Вентильний двигун постійного струму працює за тим же принципом, що і всі синхронні пристрою такого типу. Він являє собою замкнуту систему, що включає силовий напівпровідниковий перетворювач, датчик положення ротора і координатор.

Вентильні двигуни змінного струму

Такі пристрої отримують живлення від мереж змінного струму. Швидкість обертання ротора і руху першої гармоніки магнітної сили статора повністю збігаються. Даний підтип двигунів можна використовувати при високих потужностях. До цієї групи відносяться крокові і вентильні реактивні апарати. Відмінною особливістю крокових пристроїв є дискретне кутове зміщення ротора при його роботі. Живлення обмоток формується за допомогою напівпровідникових компонентів. Керування вентильним двигуном здійснюється при послідовному зміщенні ротора, яке і створює переключення його живлення з одних обмоток на інші. Це пристрій можна розділити на одно-, трьох — і багатофазні, перші з яких можуть містити пускову обмотку або фазозсувну ланцюг, а також запускати вручну.

Принцип роботи синхронного двигуна

Вентильний двигун: принцип роботи і схема, FB.ru

Вентильний синхронний двигун працює на основі взаємодії магнітних полів ротора і статора. Схематично магнітне поле при обертанні можна зобразити плюсами цих магнітів, які рухаються зі швидкістю магнітного поля статора. Поле ротора також можливо зобразити як постійний магніт, який робить оберти синхронно з полем статора. У разі відсутності зовнішнього обертаючого моменту, що прикладається до валу апарату, осі повністю збігаються. Впливові сили тяжіння проходять уздовж всієї осі полюсів і можуть компенсувати один одного. Кут між ними дорівнює нулю.

У разі якщо на вал машини буде впливати гальмівний момент, то ротор переміщається у бік із запізненням. Завдяки цьому сили тяжіння розбиваються на складові, які направляються уздовж осі плюсових показників і перпендикулярно до осі полюсів. Якщо буде прикладатися зовнішній момент, який створює прискорення, тобто починає діяти по напрямку обертання вала, картинка по взаємодії полів повністю зміниться на зворотну. Спрямованість кутового зміщення починає трансформуватися на протилежне, і в зв’язку з цим змінюється напрямок тангенціальних сил і вплив електромагнітного моменту. При такому розкладі двигун стає гальмівним, а апарат працює як генератор, який підводиться до валу перетворює механічну енергію в електричну. Далі вона перенаправляється в мережі, що живить двигун.

Коли буде відсутній зовнішній, явнополюсный момент почне приймати положення, при якому вісь полюсів магнітного поля статора буде збігатися з поздовжньою. Це розміщення стане відповідати мінімальному опору потоку в статорі.

У випадку впливу на вал машини гальмівного моменту ротор відхилиться, при цьому магнітне поле статора буде деформованим, так як потік прагне замкнутися за найменшого опору. Для його визначення необхідні силові лінії, спрямованість яких у кожній з точок буде відповідати рухові дії сили, тому зміна поля призведе до появи тангенціального взаємодії.

Розглянувши всі ці процеси в синхронних двигунах, можна виявити демонстративний принцип оборотності різноманітних машин, тобто можливість будь-якого електричного апарата змінити спрямованість перетвореної енергії на протилежну.

Безколекторні двигуни з постійними магнітами

Вентильний двигун: принцип роботи і схема, FB.ru

Вентильний двигун з постійними магнітами використовується для вирішення серйозних оборонних і промислових завдань, так як такий пристрій має великий запас потужності та ефективності.

Ці прилади найчастіше застосовуються в галузях, де необхідні порівняно низькі споживають потужності і невеликі габарити. Вони можуть мати самі різні габарити, без технологічних обмежень. У той же час великі апарати не є абсолютно новими, їх найчастіше виробляють компанії, які прагнуть подолати економічні труднощі, які обмежують асортимент цих приладів. У них є свої переваги, серед яких можна відзначити високу ефективність із-за втрат в роторі і велику щільність потужності. Для управління безколекторними двигунами потрібен частотно-регульований привід.

Аналіз витрат і результатів показує, що пристрої з постійними магнітами набагато краще, порівняно з іншими, альтернативними технологіями. Найчастіше вони використовуються для галузей промисловості з досить важким розпорядком роботи суднових двигунів, у військовій і оборонній галузі та інших підрозділах, число яких безупинно зростає.

Реактивний двигун

Вентильний двигун: принцип роботи і схема, FB.ru

Вентильно-реактивний двигун працює з використанням двофазних обмоток, які встановлено навколо діаметрально протилежних полюсів статора. Подача живлення просувається до ротора відповідно з полюсами. Таким чином, його протидію повністю зводиться до мінімуму.

Вентильний двигун, своїми руками створений, забезпечує високоефективну швидкість приводу при оптимізованому магнетизмі для роботи з реверсом. Інформація про місце розташування ротора використовується для того, щоб управляти фазами подачі напруги, так як це є оптимальним для досягнення безперервного і плавного крутного моменту і високої ефективності.

Сигнали, які видає реактивний двигун, що накладаються на кутову ненасичену фазу індуктивності. Мінімальний опір полюса повністю відповідає максимальній індуктивності пристрою.

Позитивний момент можна отримати тільки при кутах, коли показники позитивні. На невеликих швидкостях фазний струм обов’язково має бути обмеженим, щоб провести захист електроніки від високих вольт-секунд.

Механізм перетворення можна ілюструвати лінією реактивної енергії. Мощностная сфера характеризує собою харчування, яке перетворюється в механічну енергію. У разі різкого відключення надлишкова або залишкова сила повертається до статора. Мінімальні показники впливу магнітного поля на продуктивність пристрою є основною його відмінністю від схожих пристроїв.

Короткий опис статті: двигуна Для того щоб вирішувати завдання по контролю сучасних прецизійних систем, все частіше використовується вентильний двигун. Це характеризується великою перевагою таких приладів, а також активним формуванням обчислювальних можливостей мікроелектроніки. вентильний двигун вентильно индукторный двигун вентильний двигун принцип роботи

Джерело: Вентильний двигун: принцип роботи і схема — FB.uk

Також ви можете прочитати