Вентильный электропривод переменного тока.

В настоящее время в промышленности используется другая разновидность приводов с самоуправляемыми синхронными двигателями с постоянными магнитами на роторе, за которой в отечественной технической литературе закрепились названия «вентильный электропривод» и «вентильный двигатель». Они выпускаются серийно на мощности до нескольких десятков кВт.

Общими отличительными признаками, свойственными всем самоуправляемым синхронным двигателям с постоянными магнитами на роторе являются:

1) задание частоты питания ω₀ равной, с учетом числа пар плюсов р_П, частоте вращения ротора ω: ω₀ = р_Пω, чем обеспечивается работа в синхронизме в любой момент времени;

2) наличие датчика положения ротора, измеряющего текущие значения угла поворота и частоты вращения ротора;

3) электронный коммутатор напряжения питания обмоток статора.

Двигатель

Статор вентильных двигателей конструктивно аналогичен статору асинхронного двигателя. Обмотки статора выполняются трехфазными или двухфазными с числом пар полюсов, равным числу пар полюсов ротора. Отечественная промышленность выпускала двухфазные двигатели типа ДБМ (двигатель бесконтактный моментный). Однако в настоящее время в связи с подавляющим распространением преобразователей частоты основным исполнением ведущих отечественных и зарубежных фирм стали трехфазные двигатели. Это позволяет использовать одни и те же преобразователи частоты как с асинхронными, так и с вентильными двигателями.

Большинство фирм выпускают двигатели с числом пар полюсов р_П = 3, поперечное сече-

ние которого показано на рис. 3. Пакеты железа статора 1 и ротора 3 набраны из листов электро-технической В пазах статора 2 укладывается его обмотка. Постоянные магниты 4 наклеены на поверхность пакета ротора. Листы стали ротора имеют отверстия 5, вырубаемые при штамповке При сборке пакета ротора в нем образуются продольные каналы и благодаря им уменьшают-ся масса и момент инерции ротора, улучшаются

условия охлаждения.

Рис.2.20. Поперечное сечение двигателя.

Применение постоянных магнитов на роторе позволяет: 1) избавиться от щеточного контакта; 2) облегчить ротор и уменьшить его момент инерции; 3) из-за отсутствия нагреваемых обмоток на роторе облегчить проблему охлаждения.

Рис.2.21. Разрез синхронного двигателя с постоянными магнитами.

На рис.2.21 представлен разрез синхронного двигателя с постоянными магнитами с встроенными датчиком (резольвером) 5 и электромагнитным тормозом 6. Кроме них показаны: 1 – корпус статора; 2 – обмотка статора; 3 – пакет железа статора; 4 – ротор с постоянными магнитами, поперечное сечение которого показано на рис.2.20.

Датчик положения ротора

Основное требование к датчику - выдавать информацию о текущем положении ротора в каждый момент времени, а не только в определенных точках оборота, как это было в предыдущем приводе. В этом случае появляется возможность организовать непрерывное управление и плавное вращение ротора. Другое требование – строго фиксированная его установка. Он должен быть сориентирован так, чтобы начало отсчета совпадало с осью фазы А обмотки статора. Это необходимо для формирования такого значения фазы выходного напряжения преобразователя частоты, при котором в любой момент времени обеспечивалась бы ортогональность векторов потоков статора и ротора. Так как согласно (2) при θ = π/2 = const и Ф = const требуемое значение момента достигается при наименьших значениях Ψ₁ и тока обмотки статора, то при выполнении

этого условия достигается оптимизация управления приводом, т.к. sinθ будет всегда иметь максимальное значение, равное единице, независимо от нагрузки двигателя.

Совершенно очевидно, что такая ориентация может быть выполнена только при сборке двигателя во время его изготовления. Поэтому вентильные двигатели выпускаются

всегда с встроенным датчиком положения ротора.Наиболее распространенный датчик, используемый большинством фирм – так называемый резольвер, внешний вид и

у стройство которого показаны на рис.2.21.

Рис.2.21. Резольвер Рис.2.22. Выходные напряжения резольвера.

На рис.2.22 показаны выходные напряжения V₁ и V₂. Они представляют собой напряжения с частотой напряжения питания, модулированные низкочастотным гармоническим сигналом с периодом, равным времени одного оборота вала. Два напряжения необходимы для определения направления вращения. Такие сигналы требуют последующей обработки. Поэтому кроме датчика необходимо располагать опцией – устройством сопряжения с датчиком, на выход которого поступает информация не только об угле поворота, но и частоте вращения.

Другой тип датчика, в настоящее время получающий все большее применение, - датчик абсолютного отсчета с интерфейсом Hyperface, предложенный германской фирмой Stegmann в 1996 г. Они выпускаются в двух модификациях – с оптическими и магнитными (датчики Холла) чувствительными элементами.

Отличительная особенность датчиков абсолютного отсчета состоит в том, что они выдают информацию о фактическом положении ротора, а для двигателя – вектора его магнитного поля. Поэтому ее можно использовать для требуемой ориентации векторов, и отпадает необходимость делать датчик встраивемым, что упрощает изготовление и снижает стоимость самого двигателя. Это свойственно всем датчикам абсолютного отсчета, но датчики с интерфейсом Hyperface имеют более высокие точность, скорость обработки информации и линейность характеристик, что делает их использование предпочтительным в приводах с высокими требованиями по качеству регулирования. Для его применения также требуется дополнительное устройство сопряжения с датчиком.