Gelijkrichter controle

Het woord «valve» in de naam van de motor komt van het woord «valve», wat een halfgeleiderschakelaar betekent. De aandrijving kan dus in principe een klepaandrijving worden genoemd als de werking ervan wordt bestuurd door een speciale omzetter van gestuurde halfgeleiderschakelaars.

De klepaandrijving zelf is een elektromechanisch systeem dat bestaat uit een synchrone machine met permanente magneten op de rotor en een elektronische commutator (die de statorwikkelingen aandrijft) met een automatisch sensorgebaseerd besturingssysteem.

In die vele gebieden van technologie waar traditioneel asynchrone motoren of DC-machines zijn geïnstalleerd, zijn tegenwoordig vaak juist klepmotoren te vinden omdat magnetische materialen goedkoper worden en de basis van halfgeleiderelektronica en besturingssystemen zich zeer snel ontwikkelt.

Synchrone motoren met permanente magneetrotor hebben een aantal voordelen:

• er is geen apparaat voor het verzamelen van borstels, daarom is het motorvermogen langer en is de betrouwbaarheid hoger dan dat van machines met glijdende contacten, bovendien is het bereik van de bedrijfsomwentelingen groter;

• een breed scala aan voedingsspanningen van de wikkelingen; aanzienlijke koppeloverbelasting is toegestaan ​​- meer dan 5 keer;

• hoge dynamiek van het moment;

• het is mogelijk om het toerental aan te passen met behoud van het koppel bij lage toeren of met behoud van het vermogen bij hoge toeren;

• Efficiëntie meer dan 90%;

• minimale inactieve verliezen;

• kleine kenmerken van gewicht en grootte.

Neodymium-ijzer-boormagneten zijn volledig in staat om een ​​inductie te creëren in de orde van grootte van 0,8 T, dat wil zeggen op het niveau van asynchrone machines, en de belangrijkste elektromagnetische verliezen in zo'n rotor zijn afwezig. Dit betekent dat de lijnbelasting op de rotor kan worden verhoogd zonder de totale verliezen te vergroten.

Dit is de reden voor het hogere elektromechanische rendement. klep motoren in vergelijking met andere borstelloze machines zoals inductiemotoren. Om dezelfde reden nemen klepmotoren nu een waardige plaats in in de catalogi van toonaangevende buitenlandse en binnenlandse fabrikanten.

De besturing van de inverterschakelaars op een permanentmagneetmotor wordt traditioneel gedaan als een functie van de rotorpositie. De aldus bereikte hoge prestatiekenmerken maken klepbediening veelbelovend in het kleine en middelgrote vermogensbereik voor automatiseringssystemen, werktuigmachines, robots, manipulatoren, coördinatenapparaten, verwerkings- en assemblagelijnen, geleidings- en volgsystemen, voor luchtvaart, geneeskunde, transport, enz. . .G.

Met name tractieschijfklepmotoren met een vermogen van meer dan 100 kW worden geproduceerd voor elektrisch stadsvervoer. Hier worden neodymium-ijzer-boormagneten gebruikt met legeringsadditieven die de dwangkracht verhogen en de bedrijfstemperatuur van de magneten verhogen tot 170 ° C, zodat de motor gemakkelijk bestand is tegen kortstondige vijfvoudige stroom- en koppeloverbelastingen.

Stuuraandrijvingen voor onderzeeërs, land en vliegtuigen, wielmotoren, wasmachines - klepmotoren vinden tegenwoordig op veel plaatsen nuttige toepassingen.

Klepmotoren zijn er in twee soorten: gelijkstroom (BLDC - borstelloze DC) en wisselstroom (PMAC - permanente magneet AC). Bij gelijkstroommotoren is de trapeziumvormige rotatie-EMV in de wikkelingen te wijten aan de opstelling van de rotormagneten en de statorwikkelingen.Bij wisselstroommotoren is de elektromotorische rotatiekracht sinusvormig. In dit artikel zullen we het hebben over de besturing van een veel voorkomend type borstelloze motor - BLDC (gelijkstroom).

DC-klepmotor en zijn besturingsprincipe BLDC-motoren onderscheiden zich door de aanwezigheid van een halfgeleiderschakelaar die werkt in plaats van het borstelverzamelblok dat kenmerkend is voor DC-machines met statorwikkeling en magnetische rotor.

Het schakelen van de klepmotor-commutator vindt plaats afhankelijk van de huidige positie van de rotor (afhankelijk van de positie van de rotor). Meestal is de statorwikkeling driefasig, hetzelfde als die van een ster-verbonden inductiemotor, en de constructie van de permanente magneetrotor kan verschillen.

Het aandrijfmoment in BLDC wordt gevormd als een resultaat van de interactie van de magnetische fluxen van de stator en de rotor: de magnetische flux van de stator heeft de neiging om de rotor de hele tijd in een zodanige positie te draaien dat de magnetische flux van de permanente magneten erop geïnstalleerd valt samen met de richting van de magnetische flux van de stator.

Op dezelfde manier oriënteert het magnetische veld van de aarde de kompasnaald - het ontvouwt hem 'langs het veld'. Met de rotorpositiesensor kunt u de hoek tussen de stromen constant houden op het niveau van 90 ± 30 °, in deze positie is het koppel maximaal.

De halfgeleiderschakelaar BLDC-statorwikkeling is een gestuurde halfgeleideromvormer met een hard 120°-algoritme voor het schakelen van spanningen of stromen van drie bedrijfsfasen.

Een voorbeeld van een functioneel diagram van het vermogensgedeelte van een omvormer met de mogelijkheid van regeneratief remmen wordt weergegeven in de bovenstaande afbeelding. Hier is de omvormer met amplitude-pulsmodulatie van de uitgang inbegrepen IGBT-transistors, en de amplitude wordt aangepast dankzij pulsbreedtemodulatie op een tussenliggende DC-link.

In principe worden hiervoor thyristor-frequentieomvormers met een autonome spannings- of stroomomvormer met vermogensregeling en transistorfrequentieomvormers met een autonome spanningsomvormer in PWM-modus of met relaisregeling van de uitgangsstroom gebruikt.

Als gevolg hiervan zijn de elektromechanische eigenschappen van de motor vergelijkbaar met die van traditionele gelijkstroommachines met magneto-elektrische of onafhankelijke excitatie. de stator.

Voor de juiste werking van de commutator kan een capacitieve of inductieve discrete sensor gekoppeld aan de poolmotor worden gebruikt als sensor of systeem gebaseerd op Hall-effectsensoren met permanente magneten.

De aanwezigheid van een sensor bemoeilijkt echter vaak het ontwerp van de machine als geheel en in sommige toepassingen kan de rotorpositiesensor helemaal niet worden geïnstalleerd. Daarom nemen ze in de praktijk vaak hun toevlucht tot het gebruik van "sensorloze" besturingssystemen. Het sensorloze regelalgoritme is gebaseerd op de analyse van gegevens rechtstreeks van de omvormerterminals en de huidige frequentie van de rotor of voeding.

Het meest populaire sensorloze algoritme is gebaseerd op het berekenen van de EMF voor een van de fasen van de motor die op dat moment is losgekoppeld van de voeding. De EMF-overgang van de uit-fase door nul ligt vast, er wordt een verschuiving van 90 ° bepaald, het tijdstip waarop het midden van de volgende stroompuls moet vallen, wordt berekend. Het voordeel van deze methode is de eenvoud, maar er zijn ook nadelen: bij lage snelheden is het vrij moeilijk om het moment van nuldoorgang te bepalen; de vertraging zal alleen nauwkeurig zijn bij een constant toerental.

Ondertussen worden voor een meer nauwkeurige regeling complexe methoden gebruikt om de positie van de rotor te schatten: volgens de verbinding van de flux van de fasen, volgens de derde harmonische van de EMF van de wikkelingen, volgens veranderingen in de inductantie van de fase wikkelingen.

Overweeg een voorbeeld van het bewaken van streamingverbindingen. Het is bekend dat de BLDC-koppelrimpel wanneer de motor wordt gevoed met rechthoekige spanningspulsen 25% bereikt, wat resulteert in een ongelijkmatige rotatie, waardoor een snelheidsregelingslimiet ontstaat. Daarom worden in de statorfasen bijna vierkante stromen gevormd door middel van gesloten regellussen.