Kontrol penyearah

Kata «katup» pada nama mesin berasal dari kata «katup», yang berarti sakelar semikonduktor. Jadi, pada prinsipnya, penggerak dapat disebut penggerak katup jika mode operasinya dikendalikan oleh konverter khusus dari sakelar semikonduktor yang dikendalikan.

Penggerak katup itu sendiri adalah sistem elektromekanis yang terdiri dari mesin sinkron dengan magnet permanen pada rotor dan komutator elektronik (yang menggerakkan belitan stator) dengan sistem kontrol berbasis sensor otomatis.

Di banyak bidang teknologi di mana motor asinkron atau mesin DC secara tradisional dipasang, saat ini motor katup justru sering ditemukan karena bahan magnetik menjadi lebih murah dan dasar elektronik semikonduktor dan sistem kontrol berkembang sangat cepat.

Motor sinkron rotor magnet permanen memiliki sejumlah keunggulan:

• tidak ada perangkat untuk mengumpulkan sikat, oleh karena itu sumber daya motor lebih panjang dan keandalannya lebih tinggi daripada mesin dengan kontak geser, selain itu, kisaran putaran operasi lebih tinggi;

• berbagai tegangan suplai belitan; kelebihan torsi yang signifikan diperbolehkan - lebih dari 5 kali;

• dinamika tinggi saat ini;

• dimungkinkan untuk menyesuaikan kecepatan dengan mempertahankan torsi pada putaran rendah atau dengan mempertahankan daya pada putaran tinggi;

• Efisiensi lebih dari 90%;

• kerugian menganggur minimal;

• fitur kecil berat dan ukuran.

Magnet neodymium-besi-boron sepenuhnya mampu menciptakan induksi pada celah urutan 0,8 T, yaitu, pada level mesin asinkron, dan tidak ada kerugian elektromagnetik utama pada rotor seperti itu. Ini berarti bahwa beban saluran pada rotor dapat ditingkatkan tanpa meningkatkan kerugian total.

Ini adalah alasan untuk efisiensi elektromekanis yang lebih tinggi. mesin katup dibandingkan dengan mesin brushless lainnya seperti motor induksi. Untuk alasan yang sama, motor katup sekarang menempati tempat yang layak di katalog pabrikan asing dan domestik terkemuka.

Kontrol sakelar inverter pada motor magnet permanen secara tradisional dilakukan sebagai fungsi dari posisi rotornya. Karakteristik kinerja tinggi yang dicapai membuat aktuasi katup sangat menjanjikan dalam rentang daya kecil dan menengah untuk sistem otomasi, peralatan mesin, robot, manipulator, perangkat koordinat, jalur pemrosesan dan perakitan, sistem panduan dan pelacakan, untuk penerbangan, obat-obatan, transportasi, dll. . .G.

Secara khusus, motor katup cakram traksi dengan daya lebih dari 100 kW diproduksi untuk transportasi listrik perkotaan. Di sini, magnet neodymium-besi-boron digunakan dengan aditif paduan yang meningkatkan gaya koersif dan meningkatkan suhu pengoperasian magnet hingga 170 ° C, sehingga motor dapat dengan mudah menahan arus lima kali lipat dan kelebihan torsi jangka pendek.

Penggerak kemudi untuk kapal selam, darat dan pesawat terbang, motor beroda, mesin cuci—motor katup menemukan aplikasi yang berguna di banyak tempat saat ini.

Motor katup terdiri dari dua jenis: arus searah (BLDC - DC tanpa sikat) dan arus bolak-balik (PMAC - magnet permanen AC). Pada motor DC, rotasi EMF trapesium pada belitan disebabkan oleh susunan magnet rotor dan belitan stator Pada motor AC, gaya gerak listrik rotasi adalah sinusoidal. Pada artikel ini kita akan berbicara tentang kontrol jenis motor brushless yang sangat umum - BLDC (arus searah).

Motor katup DC dan prinsip kontrolnya Motor BLDC dibedakan dengan adanya sakelar semikonduktor yang berfungsi sebagai pengganti blok pengumpul sikat yang merupakan karakteristik dari mesin DC dengan belitan stator dan rotor magnet.

Pergantian komutator motor katup terjadi tergantung pada posisi rotor saat ini (tergantung pada posisi rotor). Paling sering, belitan stator tiga fase, sama dengan motor induksi terhubung bintang, dan konstruksi rotor magnet permanen bisa berbeda.

Momen penggerak di BLDC terbentuk sebagai hasil interaksi fluks magnet stator dan rotor: fluks magnet stator sepanjang waktu cenderung memutar rotor sedemikian rupa sehingga fluks magnet magnet permanen dipasang di atasnya bertepatan dengan arah fluks magnet stator.

Dengan cara yang sama, medan magnet Bumi mengarahkan jarum kompas—ia membukanya "di sepanjang medan". Sensor posisi rotor memungkinkan Anda menjaga sudut antara aliran konstan pada level 90 ± 30 °, pada posisi ini torsi maksimum.

Sakelar semikonduktor belitan stator BLDC adalah konverter semikonduktor terkontrol dengan algoritme keras 120 ° untuk mengalihkan tegangan atau arus dari tiga fase operasi.

Contoh diagram fungsional bagian daya konverter dengan kemungkinan pengereman regeneratif ditunjukkan pada gambar di atas. Di sini, inverter dengan modulasi amplitudo-pulsa dari output disertakan transistor IGBT, dan amplitudo disesuaikan berkat modulasi lebar pulsa pada tautan DC perantara.

Pada dasarnya, untuk tujuan ini, konverter frekuensi thyristor dengan inverter tegangan atau arus otonom dengan kontrol daya dan konverter frekuensi transistor dengan inverter tegangan otonom yang dikendalikan dalam mode PWM atau dengan pengaturan relai arus keluaran digunakan.

Akibatnya, karakteristik elektromekanis motor mirip dengan mesin DC tradisional dengan eksitasi magnetoelektrik atau independen, itulah sebabnya sistem kontrol BLDC dibangun sesuai dengan prinsip klasik kontrol koordinat budak penggerak DC dengan putaran rotor dan loop arus. stator.

Untuk pengoperasian komutator yang benar, sensor diskrit kapasitif atau induktif yang digabungkan dengan motor kutub dapat digunakan sebagai sensor atau sistem. berdasarkan sensor efek Hall dengan magnet permanen.

Namun keberadaan sensor seringkali memperumit desain mesin secara keseluruhan, dan pada beberapa aplikasi sensor posisi rotor tidak dapat dipasang sama sekali. Oleh karena itu, dalam praktiknya, mereka sering menggunakan sistem kontrol "tanpa sensor". Algoritma kontrol tanpa sensor didasarkan pada analisis data langsung dari terminal inverter dan frekuensi arus dari rotor atau catu daya.

Algoritme tanpa sensor paling populer didasarkan pada penghitungan EMF untuk salah satu fase motor, yang saat ini terputus dari catu daya. Transisi EMF dari fase off melalui nol adalah tetap, pergeseran 90 ° ditentukan, momen waktu di mana tengah pulsa arus berikutnya harus turun dihitung. Keuntungan dari metode ini adalah kesederhanaannya, tetapi ada juga kerugiannya: pada kecepatan rendah cukup sulit untuk menentukan momen zero crossing; perlambatan hanya akan akurat pada kecepatan rotasi konstan.

Sementara itu, untuk kontrol yang lebih akurat, metode kompleks digunakan untuk memperkirakan posisi rotor: menurut sambungan fluks fasa, menurut harmonik ketiga EMF belitan, menurut perubahan induktansi dari belitan fase.

Pertimbangkan contoh pemantauan koneksi streaming. Riak torsi BLDC ketika motor disuplai dengan pulsa tegangan persegi panjang diketahui mencapai 25%, menghasilkan putaran yang tidak rata, menciptakan batas kontrol kecepatan di bawah. Oleh karena itu, arus yang mendekati bentuk persegi terbentuk dalam fase stator melalui loop kontrol tertutup.