http://www.yartpp.ru/vesti_stat25.htm

Масленников В.С., к.т.н., доц.

ВЫСОКОМОМЕНТНЫЕ ВЕНТИЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

       В электроприводах производственных механизмов используются два типа электродвигателей - нерегулируемые с постоянной частотой вращения и регулируемые электродвигатели. Высокомоментные вентильные двигатели (ВМВД) - новые технические объекты - были задуманы и созданы для применения в регулируемых электроприводах.

       Техническим предшественником ВМВД является регулируемый электропривод постоянного тока, содержащий электронный усилитель мощности и высокомоментный коллекторный двигатель, работоспособность щеточно-коллекторного узла которого поддерживается посредством периодического ухода и ремонта. В ВМВД функцию коллектора выполняет работающий по сигналам датчика углового положения вала электронный коммутатор. Благодаря высокому быстродействию современных электронных силовых ключей коммутатор способен работать и как усилитель мощности. В результате устраняется содержащий скользящие контакты малонадежный коллектор со щетками.

       Для ВМВД, как и для коллекторных двигателей, характерно высокое быстродействие, которое обеспечивается высокими значениями максимально допустимых вращающих моментов, превышающих номинальные в пять и более раз, а также малой электромагнитной инерционностью. Другой важной характеристикой ВМВД является широкий диапазон регулирования частоты вращения. ВМВД сохраняют высокую управляемость во всех четырех квадрантах механической характеристики, а их масса и габариты должны быть минимальными, чтобы при размещении на подвижных узлах конструкций - на каретках или движущихся платформах - они не создавали бы проблем с перемещением этих узлов.

       Область применения ВМВД - следяще-регулируемый электропривод станочного оборудования, робототехнических устройств, систем позиционирования и ориентации разнообразных автоматических приборов, электропривод высоконагруженных управляемых рабочих механизмов с тяжелыми условиями пуска и необходимостью обеспечения интенсивного торможения: подъемники, лебедки, намоточные механизмы.

       Созданию ВМВД предшествовали многолетние теоретические и экспериментальные работы, технический поиск. В качестве начальных сведений о регулируемых вентильных электродвигателях использованы результаты исследований, полученные автором в начале 70-х годов. Тогда была построена модель, описывющая рабочие процессы в подобных электродвигателях, теоретически и экспериментально обоснована на ее достоверность. Экспериментальные исследования проводились на вентильных микродвигателях серии МБ - одной из первых отечественных серий. Были сделаны важные выводы о связи статических, динамических и энергетических характеристик вентильных двигателей с параметрами коммутационных и управляющих сигналов.

       На основе анализа модели рабочих процессов был определен ряд основных параметров коммутатора и электромеханического преобразователя ВМВД, что позволило перейти к следующему этапу работ по созданию ВМВД - поиску схемно-конструкторских решений, обеспечивающих получение специфичных для подобных двигателей характеристик. В результате сравнительных исследований изготовленных для этой цели экспериментальных образцов электромеханических преобразователей с постоянными магнитами в системах возбуждения, имеющих различные конструкции роторов, выбрана наиболее целесообразная конструкция магнитной системы и схема расположения статорной обмотки. Создан ряд новых схем коммутаторов, на лучшие из них получены авторские свидетельства об изобретениях.

       Цель дальнейших работ по созданию ВМВД состояла в построении проектной модели и создании методик позволяющих выполнять расчеты по выбору геометрических размеров электромеханических преобразователей, параметров обмоток, функционально-логических и силовых фрагментов схем и конструкций электронных коммутаторов. Составление проектной модели, проверка ее достоверности и точности сопровождалось исследованиями и схемно-конструкторской доводкой двух изготовленных для этой цели экспериментальных образцов ВМВД.

       Научно-исследовательские работы по поиску схемно-конструкторских решений для ВМВД, построению проектной модели и разработке расчетных методик проводились в основном с конца 70-х и до середины 80-х годов и отражены в соответствующих отчетах по НИР, имеющих государственную регистрацию.

       Найденные схемно-конструкторские решения и разработанные методики проектирования были использованы также при создании вентильного электродвигателя со значительно отличающимися от ВМВД характеристиками, предназначенного, для шпиндельных рабочих механизмов и в качестве тягового для транспорта.

       Оценка точности расчетов полученных параметров и характеристик показала, что разработанные проектные методики позволяют либо значительно сократить, либо полностью исключить трудоемкие экспериментально-доводочные работы при разработке серий вентильных электродвигателей различного назначения.

       На основе созданного научно-технического задела в виде алгоритмов функционирования ВМВД, методик проектирования и схемно-конструкторских решений СКБ завода "Машприбор", г. Ярославль, в 1987 - 1992г. выполнило ОКР "Разработка комплектных электроприводов подач с высокомоментными бесколлекторными электродвигателями постоянного тока для специальных металлообрабатывающих станков". При выполнении ОКР была разработана конструкторская документация на серию вентильных электродвигателей.

       Экспериментальные исследования и стендовые заключительные испытания при завершении ОКР показали, что замена коллекторных двигателей является эквивалентной и полноценной. При этом благодаря устранению коллекторов значительно повышается надежность, увеличивается перегрузочная способность и соответственно быстродействие электропривода.

       В результате выполнения работ по созданию и применению ВМВД практически подтверждено также, что вентильные электродвигатели являются новым поколением регулируемых электродвигателей, бесконтактными аналогами коллекторных электродвигателей, снабженных усилителями мощности. Данное обстоятельство позволяет использовать вентильные электродвигатели для замены износившихся коллекторных, что открывает перспективы модернизации технических объектов, а также для создания новых поколений техники. Этой цели могут послужить знания и опыт, полученные при создании и практическом применении ВМВД.

       В настоящее время продолжаются работы по улучшению эксплуатационных характеристик ВМВД, снижению их себестоимости, расширению области применения. По всем направлениям получены положительные результаты, позволяющие, в частности, сделать вывод о том, что пришло время замены регулируемых и высоконагруженных коллекторных двигателей вентильными.