điều khiển chỉnh lưu

Từ «van» trong tên động cơ bắt nguồn từ từ «van», có nghĩa là công tắc bán dẫn. Do đó, về nguyên tắc, ổ đĩa có thể được gọi là ổ đĩa van nếu chế độ hoạt động của nó được điều khiển bởi một bộ chuyển đổi đặc biệt của các công tắc bán dẫn được điều khiển.

Bản thân truyền động của van là một hệ thống cơ điện bao gồm một máy đồng bộ có nam châm vĩnh cửu trên rôto và một cổ góp điện tử (cung cấp năng lượng cho cuộn dây stato) với hệ thống điều khiển tự động dựa trên cảm biến.

Trong nhiều lĩnh vực công nghệ mà động cơ không đồng bộ hoặc máy DC được lắp đặt theo truyền thống, ngày nay thường có thể tìm thấy động cơ van chính xác do vật liệu từ tính trở nên rẻ hơn và cơ sở của hệ thống điều khiển và điện tử bán dẫn phát triển rất nhanh .

Động cơ đồng bộ rôto nam châm vĩnh cửu có một số ưu điểm:

• không có thiết bị thu chổi than nên nguồn động cơ dài hơn, độ tin cậy cao hơn so với máy có tiếp điểm trượt, ngoài ra, phạm vi số vòng quay hoạt động cao hơn;

• một loạt các điện áp cung cấp của cuộn dây; cho phép quá tải mô-men xoắn đáng kể - hơn 5 lần;

• tính năng động cao của thời điểm này;

• có thể điều chỉnh tốc độ với việc bảo toàn mô-men xoắn ở số vòng quay thấp hoặc bảo toàn công suất ở số vòng quay cao;

• Hiệu quả trên 90%;

• tổn thất nhàn rỗi tối thiểu;

• tính năng nhỏ của trọng lượng và kích thước.

Nam châm neodymium-sắt-boron hoàn toàn có khả năng tạo ra cảm ứng trong khe hở theo thứ tự 0,8 T, nghĩa là ở cấp độ của máy không đồng bộ và không có tổn thất điện từ chính trong một rôto như vậy. Điều này có nghĩa là có thể tăng dòng tải trên rôto mà không làm tăng tổng tổn thất.

Đây là lý do cho hiệu suất cơ điện cao hơn. động cơ van so với các máy không chổi than khác như động cơ cảm ứng. Vì lý do tương tự, động cơ van hiện chiếm một vị trí xứng đáng trong danh mục của các nhà sản xuất hàng đầu trong và ngoài nước.

Việc điều khiển các công tắc biến tần trên động cơ nam châm vĩnh cửu theo truyền thống được thực hiện như một chức năng của vị trí rôto của nó. Do đó, các đặc tính hiệu suất cao đạt được làm cho việc truyền động van rất hứa hẹn trong phạm vi công suất vừa và nhỏ cho các hệ thống tự động hóa, máy công cụ, rô bốt, bộ điều khiển, thiết bị phối hợp, dây chuyền xử lý và lắp ráp, hệ thống hướng dẫn và theo dõi, cho ngành hàng không, y học, vận tải, v.v. . .g.

Đặc biệt, động cơ van đĩa kéo có công suất hơn 100 kW được sản xuất cho giao thông điện đô thị. Ở đây, nam châm neodymium-sắt-boron được sử dụng với các chất phụ gia hợp kim giúp tăng lực cưỡng bức và tăng nhiệt độ hoạt động của nam châm lên 170 ° C, để động cơ có thể dễ dàng chịu được quá tải dòng điện và mô-men xoắn gấp năm lần trong thời gian ngắn.

Bộ truyền động lái cho tàu ngầm, đất liền và máy bay, động cơ bánh xe, máy giặt—động cơ van ngày nay được ứng dụng hữu ích ở nhiều nơi.

Động cơ van có hai loại: dòng điện một chiều (BLDC — DC không chổi than) và dòng điện xoay chiều (PMAC — AC nam châm vĩnh cửu). Trong động cơ DC, EMF hình thang quay trong cuộn dây là do sự sắp xếp của nam châm rôto và cuộn dây stato, Trong động cơ AC, suất điện động quay có dạng hình sin. Trong bài viết này, chúng ta sẽ nói về việc điều khiển một loại động cơ không chổi than rất phổ biến - BLDC (dòng điện một chiều).

Động cơ van DC và nguyên tắc điều khiển của nó Động cơ BLDC được phân biệt bằng sự hiện diện của một công tắc bán dẫn hoạt động thay vì khối thu chổi than đặc trưng của máy điện một chiều với dây quấn stato và rôto kích từ.

Việc chuyển đổi cổ góp động cơ van diễn ra tùy thuộc vào vị trí hiện tại của rôto (tùy thuộc vào vị trí của rôto). Thông thường, cuộn dây stato là ba pha, giống như cuộn dây của động cơ cảm ứng nối sao và cấu tạo của rôto nam châm vĩnh cửu có thể khác.

Mômen truyền động trong BLDC được hình thành do sự tương tác giữa từ thông của stato và rôto: từ thông của stato luôn có xu hướng quay rôto ở vị trí sao cho từ thông của nam châm vĩnh cửu được lắp đặt trên nó trùng với hướng từ thông của stato.

Theo cách tương tự, từ trường của Trái đất định hướng kim la bàn—nó mở ra nó "dọc theo từ trường". Cảm biến vị trí rôto cho phép bạn giữ góc giữa các luồng không đổi ở mức 90 ± 30 °, ở vị trí này mô-men xoắn là tối đa.

Công tắc bán dẫn cấp nguồn cuộn dây stato BLDC là một bộ chuyển đổi bán dẫn được điều khiển với thuật toán 120 ° cứng để chuyển đổi điện áp hoặc dòng điện của ba pha hoạt động.

Một ví dụ về sơ đồ chức năng của phần nguồn của bộ chuyển đổi có khả năng hãm tái tạo được thể hiện trong hình trên. Ở đây, biến tần với điều chế xung biên độ của đầu ra được bao gồm bóng bán dẫn IGBT, và biên độ được điều chỉnh nhờ điều chế độ rộng xung trên một liên kết DC trung gian.

Về cơ bản, với mục đích này, các bộ biến tần thyristor với điện áp tự trị hoặc biến tần dòng điện có điều khiển công suất và bộ biến tần bóng bán dẫn với biến tần điện áp tự trị được điều khiển ở chế độ PWM hoặc với rơle điều chỉnh dòng điện đầu ra được sử dụng.

Do đó, các đặc tính cơ điện của động cơ tương tự như các máy DC truyền thống có kích từ điện từ hoặc độc lập, đó là lý do tại sao các hệ thống điều khiển BLDC được chế tạo theo nguyên tắc cổ điển của điều khiển tọa độ phụ của ổ đĩa DC với số vòng quay của rôto và các vòng dòng điện stato.

Để cổ góp hoạt động chính xác, có thể sử dụng cảm biến rời điện dung hoặc cảm ứng kết hợp với động cơ cực làm cảm biến hoặc hệ thống dựa trên cảm biến hiệu ứng Hall với nam châm vĩnh cửu.

Tuy nhiên, sự hiện diện của cảm biến thường làm phức tạp toàn bộ thiết kế của máy và trong một số ứng dụng, cảm biến vị trí rôto hoàn toàn không thể được lắp đặt. Do đó, trong thực tế, họ thường sử dụng các hệ thống điều khiển "không cảm biến". Thuật toán điều khiển không cảm biến dựa trên phân tích dữ liệu trực tiếp từ các đầu cuối của biến tần và tần số hiện tại của rôto hoặc nguồn điện.

Thuật toán không cảm biến phổ biến nhất dựa trên việc tính toán EMF cho một trong các pha của động cơ, hiện đang bị ngắt kết nối với nguồn điện. Quá trình chuyển đổi EMF của pha tắt sang 0 được cố định, độ dịch chuyển 90 ° được xác định, thời điểm mà tại đó điểm giữa của xung hiện tại tiếp theo sẽ giảm được tính toán. Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản, nhưng cũng có nhược điểm: ở tốc độ thấp, khá khó xác định thời điểm giao nhau bằng 0; việc giảm tốc sẽ chỉ chính xác ở tốc độ quay không đổi.

Trong khi đó, để kiểm soát chính xác hơn, các phương pháp phức tạp được sử dụng để ước tính vị trí của rôto: theo kết nối từ thông của các pha, theo sóng hài thứ ba của EMF của cuộn dây, theo sự thay đổi độ tự cảm của cuộn dây. cuộn dây pha.

Hãy xem xét một ví dụ về giám sát các kết nối phát trực tuyến. Độ gợn của mô-men xoắn BLDC khi động cơ được cung cấp xung điện áp hình chữ nhật được biết đạt tới 25%, dẫn đến vòng quay không đều, tạo ra giới hạn kiểm soát tốc độ bên dưới. Do đó, dòng điện gần như hình vuông được hình thành trong các pha của stato bằng các vòng điều khiển khép kín.