6. . Тұрақты ток вентильді қозғалтқышының құрылысы мен жұмыс істеу принципі

Жартылай өткізгіш техниканың дамуы нәтижесінде щеткалы-коллекторлы бөлігі транзисторлар немесе басқа жартылай өткізгішті түйіспесіз аспаптармен ауыстырылған, кілтті режимде жұмыс істейтін қозғалтқыштарды жасауға мүмкіндік береді. Олар тұрақты тоқпен жұмыс істейтін түйіспесіз тұрақты ток қозғалтқыштар вентильді қозғалтқыштар болып табылады.

Бұл қозғалтқыштардың жұмыс принципінің мәні келесіде: мұндағы 2 жарты сақиналар колекторлары Т1 - Т4 кілті транзисторлармен алмастырылады және 7. 10 а - суретке сай орналасу ротор датчигімен басқарылады. (ротордың орыналасу датчигі ДПР) Т1жәнеТ4 ашық, ал Т2 және Т3 тұйықталсын (ашық транзисторлар үзік сызықтармен берілген) және тұрақты тоқ көзінен Ф_я-якорьдің магнит ағыны әсерінен бұранда ережесі бойынша тоқ өтеді. Ротордың орналасуы Ф_н-негізгі ағын қоздыру ағыны жоғары бағытталған кезде қалыпты болады. Магнит ағыны векторларының орналасуы кезінде роторға айналу иінкүші М роторға әсер етеді және ротор Ф_н негізгі және Ф_я якорь ағындары бір жаққа бағытталатындай етіп бұрылуға тырысады. (7.10 б-сурет)

Егер осы уақыт мезетінде ДОР транзисторларды ауыстырып қосады Т2 және Т4- ті ашып Т1 және Т4 -ті тұйықтасақ, орамдағы токтың бағыты қарама –қарсыға өзгереді, яғни Ф_я ағынын 180 градусқа бұрады.

7.10-сурет. Вентильді қозалтқыштың жұмыс жасау принципі:

1-якорь орамы; 2-ротор; 3-ротордың орналасу датчигі;

Сонымен қатар, ротор инерциясы боиынша 7.10 в - суретке сай Ф_я және Ф₀ ағындардың жаңа бағытына байланысты сағат тіліне қарсы бұрылып М-айналу иінкүшінің әсерінен айналуын жалғастырады.

Ротор ағындар 7.10 г-суретте көрсетілгендей бағытқа сәйкес келетін күйге орын ауыстырғанда ДПР орамдардағы токтың бағытын бұрынғыға 7.10 а-суретіне сәйкес жағдайға өзгертеді және ротор айналуын жалғастыра береді.

Мұндай құрылғының кемшіліктеріне мыналар жатады: айналу иінкүшінің біркелкі еместігі Ф_я ағынының 180⁰ бағытқа секірмелі орын аустыруы, ротордың тоқтап қалу мүмкіндігі немесе іске қосу иінкүшінің болмауы және іске қосу кезінде ротордың айналу бағытының белгісіздігі. Бұл жетіспеушіліктерді жою үшін көпсекциялы орамдарға көшу керек.

Бұл транзистор санының көбеюіне және сызбанұсқаның күрделене түсуі мен сипатталады.

Тиімді шешім ол, алты трнзисторлы коммутаторы бар үш секциялы орамды қолдану, оның сызбанұсқасы 7.11 -суретте көрсетілген.

Статор орамдары (1) жұлдызшалап немесе үшбұрыштап жалғанған асинхронды немесе синхронды машиналардың орамына ұқсас үш фазалы болып жасалады. Ротор (2) тұрақты магниттен жасалады (ротор электромагнит арқылы қоздырылады). Суретте бейнеленген қозғалтқыштың 1 жұп полюстері бар, (2 және 3 жұпты полюстілері де бар).

Жартылай өткізгішті коммутатор негізінде басқарылатын инвертор болып табылады. Ол статордың фазалық А, В және С орамдарына ДПР ротордың орналасу датчигінен келіп түсетін сигналдарға сәйкес кернеу береді. Ротордың орналасу датчигі жалпы жағдайда ол трансформаторлы, сыйымдылықты, оптикалық және Холл датчикті болуы мүмкін.

Ротордың күй датчигі ДПР 3 кірісіне коммутатормен бір блокта жасалған көмекші аз қуатты генератордан жиілігі 5–30 кГц айнымалы кернеу берілетін трансформатор ретінде жасалған. Бұл кернеу ДПР екінші реттік орамдарына тасымалданады, бірақ ондағы ЭҚК ротордың бұрылу бұрышына сәйкес күрт өзгереді.

Коммутатор транзисторы кілтті режимде жұмыс істейді. ДПР орамындағы ЭҚК 5 қалыптастырғыштардың аттас кірістеріне келіп түседі, мұндағы жоғары жиілікті сигнал коммутатордың сәйкес транзисторларын жабатын импульстерге түрленеді.

Егер (7.11 - сурет) Т_а, Т_в және Т_с транзисторларын ашсақ, онда статор орамдарына олар арқылы тұрақты тоқ желісінен U кернеуі беріледі. Бұл кезде А және С орамдарында кернеудің 1/3 бөлігі төмендейді, ал В орамында берілген кернеудің 2/3 бөлігі оғалады. Орамдар жанындағы тілшелер орам кернеуінің бағытын білдіреді, ал олардың ұзындығы осы кернеулердің салыстырмалы мәнін көрсетеді.

2

7.11 -сурет. Ротордың орналасу датчигі бар вентильді қозғалтқыштың сызбанұсқасы:

1-якорь орамы, 2-ротор, 3-ротордың орналасу датчигі.

7.11 - суретке сәйкес 2- ротордың бұрылуы және РОД 30-электрлі градусты, бағыттағы транзистор Тс’ сигналдардан жабылады. ДПР келетін Т_с ашылады. U кернеу орам араларында кернеу өзара жіктеліп бөлінеді, 2-жағдайда көрсетілгендей 7.12 - суретке сай күйде болады. Мұндай жіктелу ротордың 60⁰ бұрылу кезінде болады, бұл жағдайларға 1-2-3-4-5-6-7, 7.12 - суретке сәйкес келеді. Статор орамындағы бірінші гармоникалық кернеу үзік сызықтармен көрсетілгенін байқау қиын емес, осылайша үш фазалы жүйе пайда болады, нәтижесінде статор орамы айналмалы магнит өрісін тудырады.

Осылайша қарастырылып отырған қозғалтқыш, жұмыс істеу үдерісі бойынша синхронды қозғалтқышқа ұқсас, бірақ көптеген артықшылықтарға ие.

Бұл қозғалтқыштардың бірінші ерекшелігі ротордың қандай күйде болмасын орналасуына тәуелсіз іске қосу моментінің болуы.

Ротордың айналу жиілігінң жоғарылауына байланысты статор орамдарына енетін ЭҚК жоғарылайды. Бұл ЭҚК орамдарға берілген кернеуге қарама-қарсы әсерлесетін болғандықтан орамдардағы токты төмендетеді,тиіснше айналдыру иінкүші де төмендейді. Қозғалтқыштың айналдыру иінкүші жүктеме иінкүшімен теңескенде ротордың айналу жиілігі қалыптасқан мәнге жетеді. Жүктеме иінкүшінің өзгерісі тұрақты ток қозғалтқыштарынадағы секілді айналу жиілігінің өзгеруіне әсер етеді. Бұл кезде орамдардағы ЭҚК айналу жиілігінің жаңа мәніне сәйкес келетіндей болып өзгереді.

Айналу жиілігінің өзгеруі коммутатордың транзисторларының ауысып қосылуына жаңадан әсер етеді, тиісінше статор өрісінің айналу жиілігі және онымен әрқашанда бірге синхронды айналатын ротордың айналу жиілігінің өзгеруіне әсер етеді. Бұл айналу жиілігі де ток көзі кернеуінің мәніне тәуелді: кернеу U өссе ол да жоғарылайды және орамдарға енетін ЭҚК көбейеді.

Сонымен, қарастырылып отырған қозғалтқышта ротордың айналу жиілігі n және токтың жиілігі f ток көзі кернеуінің, білікке түсетін жүктеменің функциясы болып табылады және синхронды машиналардағы секілді олармен келесі қатынаспен байланысты:

(7.13)

Бұл (7.13) тәуелділігі түйіспесіз тұрақты ток қозғалтқышының ТТТҚ екінші ерекшелігі болып табылады.

7.12-сурет. Фазалық орамдардағы кернеулердің уақытқа тәуелділігі

Мұндай қозғалтқыштың үшінші ерекшелігі Ө - фазалық ығысу бұрышының тұрақтылығы болып табылады. Ротор мен ротордың күй датчигі ДПР бір-бірімен қатаң байланыста болғандықтан, Ф_о және U₁ векторлары арасындағы фазалық ығысу да тұрақты. Е_о векторы Ф_о веторынан 90⁰ қалып жүретіндіктен бұл өстердің ығысуы θ бұрышының тұрақтылығын көрсетеді.