Động cơ van

Theo quy luật, máy điện một chiều có các chỉ số kinh tế và kỹ thuật cao hơn (tính tuyến tính của các đặc tính, hiệu suất cao, kích thước nhỏ, v.v.) so với máy điện xoay chiều. Một nhược điểm đáng kể là sự hiện diện của thiết bị chổi than, làm giảm độ tin cậy, tăng mômen quán tính, tạo nhiễu sóng vô tuyến, nguy cơ cháy nổ, v.v. Do đó, một cách tự nhiên, nhiệm vụ tạo ra một động cơ DC không tiếp xúc (không chổi than).

Giải pháp cho vấn đề này trở nên khả thi với sự ra đời của các thiết bị bán dẫn. Trong động cơ điện một chiều không tiếp điểm, gọi là động cơ dòng điện van không đổi, bộ chổi than được thay thế bằng công tắc bán dẫn, phần ứng đứng yên, rôto đứng yên. Nam châm vĩnh cửu.

Nguyên lý hoạt động của động cơ van

Động cơ van được hiểu là một hệ thống truyền động điện biến thiên bao gồm một động cơ điện xoay chiều có cấu trúc tương tự như máy điện đồng bộ, bộ chuyển đổi van và các thiết bị điều khiển cung cấp chuyển mạch của các mạch cuộn dây động cơ tùy thuộc vào vị trí của rôto động cơ.Theo nghĩa này, một động cơ van tương tự như một động cơ DC trong đó, bằng một công tắc chuyển mạch, vòng quay của cuộn dây phần ứng, nằm bên dưới các cực trường, được kết nối.

Động cơ DC là một thiết bị cơ điện phức tạp kết hợp máy điện đơn giản nhất và hệ thống điều khiển điện tử.

Động cơ dòng điện một chiều có những nhược điểm nghiêm trọng, chủ yếu là do sự hiện diện của bộ thu chổi than:

1. Độ tin cậy của bộ thu gom không đủ, cần phải bảo trì định kỳ.

2. Các giá trị giới hạn của điện áp phần ứng và theo đó là công suất của động cơ DC, giới hạn việc sử dụng chúng cho các ổ đĩa công suất cao, tốc độ cao.

3. Hạn chế khả năng quá tải của động cơ điện một chiều, hạn chế tốc độ biến thiên của dòng điện phần ứng, điều này rất cần thiết cho hệ truyền động điện có tính động cao.

Trong động cơ van, những nhược điểm này không tự biểu hiện, vì ở đây, công tắc thu chổi than được thay thế bằng công tắc không tiếp xúc được thực hiện trên thyristor (đối với ổ công suất cao) hoặc bóng bán dẫn (đối với ổ có công suất lên tới 200 kW ). Dựa trên điều này, một động cơ van có cấu trúc dựa trên máy đồng bộ thường được gọi là động cơ DC không tiếp xúc.

Về khả năng điều khiển, động cơ không chổi than cũng tương tự như động cơ DC—tốc độ của nó được điều chỉnh bằng cách thay đổi cường độ của điện áp DC được áp dụng. Do chất lượng điều chỉnh tốt, động cơ van được sử dụng rộng rãi để điều khiển nhiều loại rô bốt, máy cắt kim loại, máy công nghiệp và cơ chế.

Cổ góp tranzito nam châm vĩnh cửu có truyền động điện

Động cơ van loại này được chế tạo trên cơ sở máy đồng bộ ba pha có nam châm vĩnh cửu trên rôto. Cuộn dây stato ba pha được cung cấp dòng điện một chiều nối tiếp với hai cuộn dây pha nối tiếp. Việc chuyển đổi các cuộn dây được thực hiện bởi một công tắc bóng bán dẫn được chế tạo theo mạch cầu ba pha, các công tắc bóng bán dẫn được mở và đóng tùy thuộc vào vị trí của rôto động cơ. Sơ đồ động cơ van được hiển thị trong hình.

Quả sung. 1. Sơ đồ động cơ van có công tắc bán dẫn

Mô-men xoắn do động cơ tạo ra được xác định bởi sự tương tác của hai luồng:

• stato được tạo bởi dòng điện trong cuộn dây stato,

• rôto được tạo ra từ nam châm vĩnh cửu năng lượng cao (dựa trên hợp kim samarium-coban và các loại khác).

trong đó: θ là góc khối giữa vectơ từ thông stato và rôto; pn là số cặp cực.

Từ thông stato có xu hướng làm quay rôto nam châm vĩnh cửu sao cho từ thông rôto trùng hướng với từ thông stato (đừng quên kim nam châm, la bàn).

Khoảnh khắc lớn nhất được tạo ra trên trục rôto sẽ ở một góc giữa các vectơ từ thông bằng π / 2 và sẽ giảm về 0 khi các dòng từ thông tiếp cận. Sự phụ thuộc này được thể hiện trong hình. 2.

Ta hãy xét giản đồ không gian của các vectơ từ thông tương ứng với chế độ động cơ (với số cặp cực pn = 1). Giả sử rằng tại thời điểm này, các bóng bán dẫn VT3 và VT2 được bật (xem sơ đồ trong Hình 1). Sau đó, dòng điện chạy qua cuộn dây của pha B và theo hướng ngược lại qua cuộn dây của pha A. Kết quả là vectơ ppm. stato sẽ chiếm vị trí F3 trong không gian (xem hình 3).

Nếu rôto hiện đang ở vị trí như trong hình. 4, sau đó động cơ sẽ phát triển theo 1 mô-men xoắn cực đại mà rôto sẽ quay theo chiều kim đồng hồ. Khi góc θ giảm, mô-men xoắn sẽ giảm. Khi rôto quay 30 °, cần phải theo đồ thị trong hình. 2. chuyển đổi dòng điện trong các pha của động cơ sao cho vectơ ppm stato thu được ở vị trí F4 (xem Hình 3). Để thực hiện việc này, hãy tắt bóng bán dẫn VT3 và bật bóng bán dẫn VT5.

Việc chuyển pha được thực hiện bằng công tắc bóng bán dẫn VT1-VT6 được điều khiển bởi cảm biến vị trí rôto DR; trong trường hợp này, góc θ được duy trì trong phạm vi 90 ° ± 30 °, tương ứng với giá trị mô-men xoắn cực đại với các gợn sóng nhỏ nhất. Tại ρn = 1, sáu công tắc phải được thực hiện trên một vòng quay của rôto, do đó ppm. stato sẽ thực hiện một vòng quay hoàn toàn (xem Hình 3). Khi số cặp cực lớn hơn 1, chiều quay của vectơ ppm của stato và rôto sẽ là 360/pn độ.

Quả sung. 2. Sự phụ thuộc của momen động cơ vào góc giữa vectơ từ thông stato và rôto (tại pn = 1)

Quả sung. 3. Sơ đồ không gian của stato ppm khi chuyển pha của động cơ van

Quả sung. 4. Sơ đồ không gian ở chế độ động cơ

Điều chỉnh giá trị mô-men xoắn được thực hiện bằng cách thay đổi giá trị ppm. stato, tức là thay đổi giá trị trung bình của dòng điện trong cuộn dây stato

trong đó: R1 là điện trở dây quấn stato.

Vì từ thông động cơ không đổi, nên suất điện động cảm ứng trong hai cuộn dây stato mắc nối tiếp sẽ tỷ lệ với tốc độ rôto.Phương trình cân bằng điện cho mạch stato sẽ là

Khi tắt công tắc, dòng điện trong cuộn dây stato không biến mất ngay mà được đóng lại thông qua điốt ngược và tụ lọc C.

Do đó, bằng cách điều chỉnh điện áp cung cấp cho động cơ U1, có thể điều chỉnh độ lớn của dòng điện stato và mô-men xoắn của động cơ

Dễ dàng nhận thấy rằng các biểu thức thu được tương tự như các biểu thức tương tự cho động cơ DC, với kết quả là đặc tính cơ của động cơ van trong mạch này tương tự như đặc tính của động cơ DC kích từ độc lập tại Φ = const .

Một sự thay đổi được thực hiện trong điện áp cung cấp của động cơ không chổi than trong mạch đang được xem xét bằng phương pháp điều chỉnh độ rộng xung… Bằng cách thay đổi chu kỳ hoạt động của các xung của bóng bán dẫn VT1-VT6 trong thời gian đưa vào, có thể điều chỉnh giá trị trung bình của điện áp cung cấp cho cuộn dây stato của động cơ.

Để áp dụng chế độ dừng, thuật toán hoạt động của công tắc bóng bán dẫn phải được thay đổi sao cho vectơ ppm của stato trễ hơn vectơ từ thông rôto. Sau đó, mô-men xoắn động cơ sẽ trở nên tiêu cực. Vì một bộ chỉnh lưu không điều khiển được lắp đặt ở đầu vào của bộ chuyển đổi nên việc tái tạo năng lượng hãm trong mạch này là không thể.

Trong quá trình tắt máy, tụ điện của bộ lọc C được sạc lại. Việc giới hạn điện áp trên các tụ điện được thực hiện bằng cách nối điện trở xả qua bóng bán dẫn VT7. Theo cách này, năng lượng phanh bị tiêu tán trong điện trở tải.