Принцип дії двигуна вентильного типу

Робота прецизійних систем вимагає серйозного контролю. Для виконання контролюючих функцій в таких системах прийнято використовувати вентильний двигун (ВД), що дозволяє підвищити обчислювальні можливості мікроелектронного обладнання. Він же покращує властивості електродвигунів постійного струму, забезпечуючи високу щільність тривалого часу.

Конструктивні особливості

Цей тип електромотора має стандартну конструкцію. Вона складається з ротора, роль якого виконує магнітний диск, статорів і підшипників. Всі деталі укладені в міцний корпус. Статор ВД аналогічний тому, що використовується в асинхронних приладах. Основним його елементом виступає сталевий сердечник, по периметру якого розташовується обмотка з міді. Від кількості обмоток залежить, до якого типу буде ставитися вентильний електродвигун (однофаз, двофазному, трифазний).

Залежно від того, як витки обмотки розташовуються в статорі, форма його електрорушійної сили може бути:

1. Трапецеидальной (BLDC).
2. Синусоїдальної (PMSM).

Форма обмотки має прямий вплив на спосіб харчування двигунів. Зміна електричного струму також може відбуватися синусоидально або трапецеїдально.

Ротор являє собою кілька магнітів з постійним полем. Раніше для його виробництва застосовувалися магніти з фериту. Але рівень їх магнітної індукції досить малий, тому вони були замінені на вироби зі сплавів рідкоземельних елементів, що дозволяють досягти необхідного рівня індукції і одночасно зробити ротор більш компактним.

Невід'ємною частиною будь-якого вентильного двигуна є датчик положення ротора. В основі його роботи може бути закладений:

1. фотоелектричний принцип;
2. індуктивний принцип;
3. ефект Холла та інші явища.

Фотоелектричний датчик положення складається з трьох стаціонарних фотоприймачів, які по черзі закриваються обертається шторкою. Її рух синхронно руху ротора. Завдяки двійкового коду, що надходить з датчика, ротор може фіксуватися в шести різних положеннях. Перетворюючись в комбінацію керуючих напруг, сигнали регулюють силові ключі за особливою схемою. Кожна фаза роботи електродвигуна задіє два ключа, а підключеними до мережі є дві з трьох обмоток.

Датчик положення фотоелектричного типу відноситься до категорії найпоширеніших, оскільки є практично безінерційним. Також він дозволяє виключити запізнення в каналі зворотного зв'язку.

Принцип дії

Залежно від особливостей конструкції і технічних характеристик виділяють асинхронний, синхронний і індуктивний вентильний двигун. Принцип роботи кожного з них грунтується на індукуванні непостійних магнітних полюсів на роторі. При подачі напруги починається його обертання відповідно до полюсами статора, внаслідок чого опір магнітного поля зводиться до мінімуму.

Відомості про стан ротора використовуються як інструмент управління фазою подачі напруги. Накладення сигналів на кутову ненасичену фазу індуктивності здійснюється таким чином, що її максимальне значення збігається з мінімальним опором полюса.

Щоб високі вольт-секунди не чинили негативного впливу на працюючу електроніку, слід передбачити обмеження фазного струму на невисоких швидкостях двигуна. Роль обмежувачів в цьому випадку виконують датчики. При високих швидкостях необхідність в обмеженні струму відпадає.

Вирівняний кут керуючого напруги одиночного імпульсу дозволяє оптимізувати продуктивність обладнання. Процес її перетворення наочно демонструється у вигляді траєкторії реактивної енергії.Перетворене в механічну енергію харчування відповідає за мощностную область. Відключення електроенергії призводить до того, що надлишкова або залишкова енергія переходить до статора. Вплив магнітного поля на працюючий вентильний електродвигун є мінімальним. Це відрізняє ВД від інших аналогічних пристроїв.

Переваги і недоліки

Електродвигуни такого типу знайшли широке застосування у виробничій та промисловій сфері. Це обумовлюється наступними перевагами ВД:

1. широким інтервалом для модифікування частоти обертання;
2. максимально точним позиціонуванням;
3. швидкодією і високою динамікою;
4. економічно вигідним техобслуговуванням;
5. достатньою захищеністю від вибухів;
6. стійкістю до великих навантажень при обертанні;
7. м'яким перемиканням швидкостей;
8. хорошим ККД, що перевищує 90%;
9. великим робочим ресурсом і терміном служби.

При тривалій роботі вентильного двигуна не відбувається небезпечного перегріву основних елементів, що робить процес його експлуатації більш ефективним і безпечним.

Цей різновид електродвигуна володіє певними недоліками. Вони знаходять своє вираження в складній системі управління і високому рівні шуму в процесі роботи. Також до очевидних мінусів слід віднести високу ціну, обумовлену застосуванням високовартісних постійних магнітів, що використовуються при виготовленні ротора.

кількість фаз

Вентильний електродвигун, як і інші види пристроїв, може функціонувати від постійного і змінного струму. Зустрічаються двигуни, розраховані на різну кількість фаз.

однофазний відноситься до категорії найпростіших, що мають мінімальну кількість зв'язків з електронікою. Характеризується наявністю пульсацій, високим крутним моментом. Однофазний прилад не може запускатися на всіх кутових позиціях, використовується в установках, де важлива висока швидкість.

двофазний мотор активує повітряний зазор, а при додатковому налаштуванні в полюсах ротора створюється асиметрія. Має високий крутний момент, який може спровокувати негативні наслідки під час експлуатації.

трифазне пристрій показує ефективність при запуску і створенні крутного моменту без задіяння великої кількості фаз. При наявності парного кількості полюсів оптимально підходить для техніки, в якій важливу роль грає висока потужність при невеликій швидкості роботи (наприклад, для насосів). У процесі роботи створюється високий крутний момент і великий рівень шуму.

чотирьохфазна двигун позбавлений недоліків через завищений крутного моменту і наявності пульсацій. Однак характерна для нього висока потужність і вартість не дозволяє широко використовувати такий мотор в різному устаткуванні.