ОСОБЛИВОСТІ СИСТЕМ КЕРУВАННЯ БЕЗЩІТКОВИМ ДВИГУНОМ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Трандафілов В.М., студент; Божко В.В., асист.
ДВНЗ «Донецький національний технічний університет»

          Безконтактні (безщіткові) двигуни постійного струму (БДПС) (у англомовній літературі звані «brushless DC motors», а у вітчизняній – вентильні двигуни), в яких конструкція синхронної машини (СМ) магнітоелектричного збудження із рівномірним повітряним зазором, обумовлює трапецоїдну форму індукції у повітряному зазорі та фазних електрорушійних сил (ЕРС) статора. При більшій потужності збудження йде від обмотки збудження. Із технологічних міркувань такий ротор легше виготовити ніж той, що забезпечить синусоїдальне розподілення індукції [1].
          БДПС мають високі енергетичні показники та можуть використовуватись в механізмах з будь-яким типом навантаження. БДПС за принципом дії є оберненою машиною постійного струму зі збудженням від постійних магнітів на роторі та обмоткою якоря на статорі. Функції щітково-колекторного вузла бере на себе напівпровідниковий комутатор, що живить обмотку якоря і що перемикається в залежності від положення ротора. Характеристики БДПС аналогічні характеристикам машини постійного струму з незалежним збудженням.
          Живлення обмоток статора може здійснюватись тільки через напівпровідниковий комутатор, в ролі якого може виступати автономний інвертор напруги з широтно-імпульсною модуляцією, автономний інвертор струму чи безпосередній перетворювач частоти. Два останні способи частіше застосовують у двигунах середньої та більшої потужності.
          Існують два типи комутації струму: 120- та 180-градусна. Для першого типу характерними особливостями є те, що під напругою можуть знаходитись тільки дві фази статора, а також те, що електромеханічний момент двигуна буде мати шуми у своєму складі. У другому випадку – під напругою постійно знаходяться три фази статора в наслідок чого отримуємо електромеханічний момент без шумів. Шуми будуть відсутні тільки при малих індуктивностях фаз статора, але залежать від частоти перемикання ключів комутатора.
          Датчики положення ротора (ДПР) [2] служать для реалізації алгоритму перемикання комутатора. Бувають наступні типи ДПР: індуктивні чи ємнісні дискретні, а також на базі датчиків Хола і постійних магнітів, фотоелектричні, гальваномагнітні (найбільш розповсюджені два останні). Проте ДПР ускладнює конструкцію двигуна і знижує надійність електропривода. Також, існує круг механізмів, де використання ДПР неможливе. В зв'язку з цим часто застосовуються так звані «бездатчикові» (sensorless) алгоритми керування.
          На перший погляд може здатися, що БДПС схожий з частотно-керованим синхронним двигуном без зворотного зв'язку за положенням ротора (наявність синхронної машини та напівпровідникового комутатора), але це суто зовні. Хоча в обох випадках при регулюванні швидкості частота фазних струмів змінюється, проте, істотна відмінність БДПС – саме у залежності частоти струму від частоти обертання, а не навпаки. БДПС ніколи не працює в режимі синхронізму, оскільки ротор внаслідок позиційно-залежного перемикання фаз статора не зможе наздогнати поле статора. Якщо вести мову про БДПС, то його особливість - у дискретному характері руху поля статора. Оскільки інвертор має лише 6 станів, вектор намагнічувальної сили статора може займати тільки 6 положень.

Бібліографічний список:

1. Казачковський М.М. Комплектні електроприводи: [Навч. посібник] / М.М. Казачковський. – Дніпропетровськ: Національний гірничий університет, 2003. – 226 с.
2. Корельский Д.В. Обзор современных методов управления синхронными двигателями с постоянными магнитами / Д.В. Корельский, Е.М. Потапенко, Е.В. Васильева // “Радіоелектроніка. Інформатика. Управління”. – 2001. – № 2. – C. 155-159.