Вентильные электродвигатели

Регулировочная и механическая характеристики ВЭД идентичны регулировочной и механической характеристикам электрического двигателя постоянного тока и линейны.
В русской литературе электрический двигатель называют вентильным электродвигателем, если противо-электродвижущая сила управляемой синхронной электрической машины синусоидальная, а бесконтактным электрическим двигателем постоянного тока, если противо-электродвижущая сила трапецеидальная.

1.1 Общие сведения о вентильных электродвигателях
Регулировочная и механическая характеристики ВЭД идентичны регулировочной и механической характеристикам электрического двигателя постоянного тока и линейны. Как и электрические двигатели постоянного тока, ВЭД работают от электрической сети постоянного тока. ВЭД необходимо рассматривать как электрический двигатель постоянного тока, в котором щёточно-коллекторный узел (ЩКУ) заменён электроникой. Это указано в слове «вентильный», то есть «управляемый силовыми ключами» (вентилями). Фазные токи ВЭД имеют синусоидальную форму. В роли усилителя мощности, как правило, применяется автономный инвертор напряжения тока с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).
Вентильный электрический двигатель необходимо отличать от бесколлекторного электродвигателя постоянного тока (БДПТ), имеющего трапецеидальное распределение магнитного поля в зазоре и, соответственно, определяется фазными напряжениями прямоугольной формы.
...

1.2 Принцип работы ВЭД
На входы преобразователя координат (Рисунок 1.1) поступают напряжения постоянного электрического тока Uq, действие которого индентично напряжению якоря электродвигателя постоянного тока, и Ud, аналогичное напряжению возбуждения электродвигателя постоянного тока.

ПК — преобразователь координат, УМ — усилитель мощности, СЭМП — синхронный электромеханический преобразователь, ДПР — датчик положения ротора двигателя.
Рисунок 1.1 - Структура двухфазного вентильного электродвигателя с синхронной машиной с постоянными магнитами на роторе

Сигналы Uq и Ud представляют проекции вектора напряжения управления = [Uq и Ud], которая связана с ротором вентильного электродвигателя. Преобразователь координат преобразует проекци Uq и Ud в проекции Uα и Uβ неподвижной системы координат [α,β], которая связана со статором.
...

1.3 Устройство ВЭД
Конструктивно современные вентильные привода состоят из электромеханической части (ДПР и синхронной машины) и из управляющей части (силовой мост и микроконтроллер).
По расположению ротора вентильные электрические двигатели делятся на внешнероторные и внутрироторные.
Упоминая о конструкции вентильного электродвигателя, необходимо иметь в виду и неконструктивный элемент системы — программу (логику) управления.
Синхронная электрическая машина, которая используется в вентильном электродвигателе, состоит из ротора и шихтованного статора, включающего в себя многофазную обмотку.
В качестве датчиков положения ротора в бесколлекторном электрическом двигателе постоянного тока применяются датчики Холла, а в ВЭД — накапливающиеся датчики и вращающиеся трансформаторы. В «бездатчиковых» системах информация о положении ротора двигателя может определятся при помощи системы управления по мгновенным и точным значениям фазных токов.
...

2. Область применения, достоинства и недостатки ВЭД
2.1 Область применения
Благодаря хорошей управляемости и высокой надежности, ВЭД нашли широкое применение в спектре приложений: от компьютерных вентиляторов и CD/DVD-приводов до роботов и космических ракет. Широкое распространение ВЭД нашли в промышленности, особенно в системах регулирования скорости с большим диапазоном пусков и высоким темпом, остановок и реверса; авиационной технике, биомедицинской аппаратуре, бытовой технике, автомобильном машиностроении и так далее.
Бытовые электроприборы являются одними из крупнейших потребителей рынка электродвигателей. Это обусловлено тем, что электродвигатели применяются практически во всех бытовых приборах, таких как холодильник, пылесос, посудомоечные машины, кондиционер, сушилки и другие потребители. Помимо того электромашины использует и мелкогабаритная техника, такая как миксеры, вентиляторы охлаждения электронных компонентов и другие.5

2.2 Схемы вентильного электрического двигателя
Трёхобмоточный двигатель с однополупериодным питанием.
Схема включения трёхобмоточного электрического двигателя с трехимпульсным питанием изображена на Рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Схема включения трёхобмоточного двигателя с трехимпульсным питанием

На статоре имеются три обмотки (1, 2, 3) расположенные под углом сто двадцать градусов, каждая подключается к источнику питания с помощью транзисторного ключа.
Для управления Т1,Т2, Т3. используются три датчика Холла.
В стандартном коллекторном электрическом двигателе постоянного тока якорь является ротором, а постоянные магниты расположены на статоре двигателя. Такую конструкцию очень трудно реализовать в вентильном электрическом ДПТ.
Конструкция современного вентильного электрического двигателя близка к конструкции двигателя переменного тока. Однако общепринятой и наиболее эффективной конструкцией является трёхфазная конструкция двигателя, работающая при двухполупериодном управлении.
...

2.3 Достоинства и недостатки ВЭД
Применяя ВЭД в работе, можно отметить такие его достоинства:
- возможность применения широкого диапазона для модифицирования частоты вращения;
- высокая динамика и быстродействие;
- максимальная точность позиционирования;
- небольшие затраты на техническое обслуживание;
- устройство можно отнести к взрывозащищенным объектам;
- имеет способность переносить большие перегрузки в момент вращения;
- высокий коэффициента полезного действия, который составляет более девяноста процентов;
- имеются скользящие электронные контакты, которые существенно увеличивают рабочий ресурс и срок службы;
- при длительной работе нет перегрева электрического двигателя.
Несмотря на огромное количество достоинств, ВЭД также имеет и недостатки в эксплуатации:
- довольно сложное управление ВЭД;
- относительно высокая цена устройства из-за применения в его конструкции ротора, который имеет дорогостоящие постоянные магниты.
...

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе проделанной работы выполнены все задачи для достижения поставленной цели: рассмотрены общие сведения о вентильных электрических двигателях, принцип их работы и их устройство, область применения ВЭД, схемы вентильного электрического двигателя, достоинства и недостатки ВЭД.
Из вышеизложенного материала следует сделать несколько выводов: во-первых, вентильные двигатели, сочетающие в себе надёжность машин переменного тока с хорошей управляемостью машин постоянного тока, являются альтернативой двигателям постоянного тока, характеризующиеся рядом изъянов, которые связаны с щеточно-коллекторным узлом, таких как искрение, помехи, износ щёток, плохой теплоотвод якоря и др.
...