Вентильные электродвигатели

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.
…

2.2 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.
…