По теме магистерской работы мной написана энциклопедическая статья : «Вентильный электродвигатель».
Статья размещена автором в электронной энциклопедии – Википедии
Перейти непосредственно на статью в Википедии можно по этой ссылке: http://ru.wikipedia.org/wiki/Вентильный электродвигатель
Энциклопедия является свободной и каждый пользователь может ее
редактировать. Поэтому оригинал статьи «Вентильный электродвигатель» представлен на этой
странице.
Вентильный электродвигатель – это тип синхронной машины, реализованный
в замкнутой системе с использованием датчика положения ротора, системы управления
(преобразователя координат) и силового полупроводникового преобразователя. Часто их также
называют бесконтактными двигателями постоянного тока или обращенной машиной постоянного тока.В вентильном двигателе (ВД) индуктор находится на роторе (в виде постоянных магнитов), якорная обмотка находится на статоре. Напряжение питания обмоток двигателя формируется в зависимости от положения ротора. Если в двигателях постоянного тока для этой цели использовался коллектор, то в вентильном двигателе его функцию выполняет полупроводниковый коммутатор.
Основным отличием ВД от синхронного двигателя является его самосинхронизация с помощью ДПР, в результате чего у ВД, наоборот, частота вращения поля пропорциональна частоте вращения ротора, а частота вращения ротора зависит от напряжения питания.
По способу укладки витков в обмотки статора различают двигатели имеющие обратную электродвижущую силу трапецеидальной и синусоидальной формы. По способу питания фазный электрический ток в соответствующих типах двигателя также изменяется трапецеидально или синусоидально.
Вначале использовались ферритовые магниты для изготовления ротора. Они распространены и дешевы, но им присущ недостаток в виде низкого уровня магнитной индукции. Сейчас получают популярность магниты редкоземельных сплавов, так как они позволяют получить высокий уровень магнитной индукции и уменьшить размер ротора.
В двигателях большой мощности вместо постоянного магнита на роторе используется электромагнит. Напряжение питания к нему подается через контактные кольца установленные на роторе.
Фотоэлектрический датчик, в классическом виде, содержит три неподвижных фотоприемника, которые поочередно закрываются шторкой вращающейся синхронно с ротором. Это показано на рисунке. Двоичный код, получаемый с ДПР, фиксирует шесть различных положений ротора. Сигналы датчиков преобразуются управляющим устройством в комбинацию управляющих напряжений, которые управляют силовыми ключами, так, что в каждый такт (фазу) работы двигателя включены два ключа и к сети подключены последовательно две из трех обмоток якоря. Обмотки якоря U, V, W расположены на статоре со сдвигом на 120 и их начала и концы соединены так, что при переключении ключей создается вращающееся магнитное поле.
Коммутация производится так, что поток возбуждения ротора – Ф поддерживается постоянным относительно потока якоря. В результате взаимодействия потока якоря и возбуждения создается вращающий момент M, который стремится развернуть ротор так, чтобы потоки якоря и возбуждения совпали, но при повороте ротора под действием ДПР происходит переключение обмоток и поток якоря поворачивается на следующий шаг.
В этом случае и результирующий вектор тока будет сдвинут и неподвижен относительно потока ротора, что и создает момент на валу двигателя.
В двигательном режиме работы МДС статора опережает МДС ротора на угол 90°, который поддерживается с помощью ДПР. В тормозном режиме МДС статора отстает от МДС ротора, угол 90° так же поддерживается с помощью ДПР.
Регулирование подводимого напряжения к двигателю осуществляется с помощью силовых ключей. Кроме этого силовые ключи регулируют подводимое к двигателю напряжение, за счет чего и осуществляется изменение скорости на валу двигателя.
В отличие от щеточного электродвигателя постоянного тока, коммутация в ВД осуществляется и контролируется с помощью электроники.
Распространены системы управления, реализующие алгоритмы широтно-импульсного регулирования и широтно-импульсной модуляции при управлении ВД.
Система, обеспечивающая самый широкий диапазон регулирования скорости – у двигателей с векторным управлением. С помощью преобразователя частоты осуществляется регулирование скорости двигателя и поддержание потокосцепления в машине на заданном уровне.
Особенность регулирования электропривода с векторным управлением – контролируемые координаты, измеренные в неподвижной системе координат преобразуются к вращающейся системе, из них выделяется постоянное значение, пропорциональное составляющим векторов контролируемых параметров, по которым осуществляется формирование управляющих воздействий, далее обратный переход.
Недостатком этих систем является сложность управляющих и функциональных устройств для широкого диапазона регулирования скорости.
ВД с электронными системами управления часто объединяют в себе лучшие качества бесконтактных двигателей и двигателей постоянного тока.
Достоинства:
Недостатки:
