Motor katup

Mesin DC, pada umumnya, memiliki indikator teknis dan ekonomi yang lebih tinggi (karakteristik linearitas, efisiensi tinggi, dimensi kecil, dll.) daripada mesin arus bolak-balik. Kerugian yang signifikan adalah adanya peralatan sikat, yang mengurangi keandalan, meningkatkan momen inersia, menimbulkan gangguan radio, bahaya ledakan, dll. Oleh karena itu, tentu saja tugas membuat motor DC tanpa kontak (tanpa sikat).

Solusi untuk masalah ini menjadi mungkin dengan munculnya perangkat semikonduktor. Dalam motor DC tanpa kontak, yang disebut motor arus katup konstan, set sikat diganti dengan sakelar semikonduktor, angker tidak bergerak, rotor tidak bergerak. magnet permanen.

Prinsip pengoperasian mesin katup

Motor katup dipahami sebagai sistem penggerak listrik variabel yang terdiri dari motor listrik arus bolak-balik yang secara struktural mirip dengan mesin sinkron, konverter katup, dan perangkat kontrol yang menyediakan pergantian sirkuit belitan motor tergantung pada posisi rotor motor.Dalam pengertian ini, motor katup serupa dengan motor DC di mana, melalui sakelar pergantian, putaran belitan angker, yang terletak di bawah kutub medan, dihubungkan.

Motor DC adalah perangkat elektromekanis kompleks yang menggabungkan mesin listrik paling sederhana dan sistem kontrol elektronik.

Motor arus searah memiliki kelemahan serius, terutama karena adanya pengumpul sikat:

1. Keandalan peralatan kolektor yang tidak memadai, kebutuhan akan perawatan berkala.

2. Batasan nilai voltase angker dan, karenanya, daya motor DC, yang membatasi penggunaannya untuk penggerak berkecepatan tinggi dan berdaya tinggi.

3. Kapasitas kelebihan beban motor DC yang terbatas, membatasi laju perubahan arus jangkar, yang penting untuk penggerak listrik yang sangat dinamis.

Dalam mesin katup, kerugian ini tidak muncul dengan sendirinya, karena di sini sakelar pengumpul sikat diganti dengan sakelar non-kontak yang dibuat pada thyristor (untuk penggerak daya tinggi) atau transistor (untuk penggerak dengan daya hingga 200 kW ). Berdasarkan hal tersebut, motor katup yang secara struktural didasarkan pada mesin sinkron sering disebut motor DC tanpa kontak.

Dalam hal kemampuan kontrol, motor brushless juga mirip dengan motor DC—kecepatannya disesuaikan dengan memvariasikan besarnya tegangan DC yang diterapkan. Karena kualitas pengaturannya yang baik, motor katup banyak digunakan untuk menggerakkan berbagai robot, mesin pemotong logam, mesin dan mekanisme industri.

Komutator transistor magnet permanen dengan penggerak listrik

Motor katup jenis ini dibuat berdasarkan mesin sinkron tiga fase dengan magnet permanen pada rotor. Belitan stator tiga fasa disuplai dengan arus searah yang disuplai secara seri ke dua belitan fasa yang terhubung seri. Pergantian belitan dilakukan oleh sakelar transistor yang dibuat sesuai dengan rangkaian jembatan tiga fasa Saklar transistor dibuka dan ditutup tergantung pada posisi rotor motor. Diagram motor katup ditunjukkan pada gambar.

Ara. 1. Diagram motor katup dengan sakelar transistor

Torsi yang diciptakan oleh motor ditentukan oleh interaksi dua utas:

• stator yang dibuat oleh arus di belitan stator,

• rotor dibuat dari magnet permanen berenergi tinggi (berdasarkan paduan samarium-kobalt dan lain-lain).

di mana: θ adalah sudut padat antara stator dan vektor fluks rotor; pn adalah jumlah pasangan kutub.

Fluks magnet stator cenderung memutar rotor magnet permanen sehingga fluks rotor searah dengan fluks stator (jangan lupa jarum magnet, kompas).

Momen terbesar yang dibuat pada poros rotor akan berada pada sudut antara vektor fluks sebesar π / 2 dan akan berkurang menjadi nol saat aliran fluks mendekat. Ketergantungan ini ditunjukkan pada Gambar. 2.

Mari kita perhatikan diagram spasial dari vektor fluks yang sesuai dengan mode motor (dengan jumlah pasangan kutub pn = 1). Misalkan pada saat transistor VT3 dan VT2 dihidupkan (lihat diagram pada Gambar 1). Kemudian arus mengalir melalui belitan fase B dan berlawanan arah melalui belitan fase A. Vektor ppm yang dihasilkan. stator akan menempati posisi F3 di ruang angkasa (lihat gambar 3).

Jika rotor sekarang dalam posisi yang ditunjukkan pada gambar. 4, maka motor akan mengembangkan sesuai dengan 1 torsi maksimum dimana rotor akan berputar searah jarum jam. Saat sudut θ berkurang, torsi akan berkurang. Ketika rotor diputar 30 °, perlu sesuai dengan grafik pada gambar. 2. alihkan arus pada fasa motor sehingga vektor stator ppm yang dihasilkan berada pada posisi F4 (lihat Gambar 3). Untuk melakukan ini, matikan transistor VT3 dan nyalakan transistor VT5.

Pergantian fase dilakukan oleh sakelar transistor VT1-VT6 yang dikendalikan oleh sensor posisi rotor DR; dalam hal ini, sudut θ dipertahankan dalam 90 ° ± 30 °, yang sesuai dengan nilai torsi maksimum dengan riak terkecil. Pada ρn = 1, enam sakelar harus dibuat per satu putaran rotor, oleh karena itu ppm. stator akan berputar penuh (lihat Gambar 3). Ketika jumlah pasangan kutub lebih besar dari satu, rotasi vektor ppm stator dan rotor akan menjadi 360/pn derajat.

Ara. 2. Ketergantungan torsi motor pada sudut antara vektor fluks stator dan rotor (pada pn = 1)

Ara. 3. Diagram spasial stator ppm saat mengganti fase motor katup

Ara. 4. Diagram spasial dalam mode motor

Penyesuaian nilai torsi dilakukan dengan mengubah nilai ppm. stator, yaitu perubahan nilai rata-rata arus pada belitan stator

dimana: R1 adalah resistansi belitan stator.

Karena fluks motor konstan, ggl yang diinduksi dalam dua belitan stator yang terhubung seri akan sebanding dengan kecepatan rotor.Persamaan kesetimbangan listrik untuk rangkaian stator akan menjadi

Saat sakelar mati, arus di belitan stator tidak langsung hilang, tetapi ditutup melalui dioda terbalik dan kapasitor filter C.

Oleh karena itu, dengan mengatur tegangan suplai motor U1, dimungkinkan untuk mengatur besarnya arus stator dan torsi motor.

Sangat mudah untuk melihat bahwa ekspresi yang diperoleh mirip dengan ekspresi analog untuk motor DC, dengan hasil karakteristik mekanik motor katup di sirkuit ini mirip dengan karakteristik motor DC dengan eksitasi independen pada Φ = const .

Perubahan dilakukan pada tegangan suplai motor tanpa sikat di sirkuit yang dipertimbangkan dengan metode penyesuaian lebar pulsa… Dengan mengubah siklus tugas pulsa transistor VT1-VT6 selama periode penyertaannya, dimungkinkan untuk menyesuaikan nilai rata-rata tegangan yang disuplai ke belitan stator motor.

Untuk menerapkan mode stop, algoritma operasi sakelar transistor harus diubah sedemikian rupa sehingga vektor ppm stator tertinggal dari vektor fluks rotor. Maka torsi motor akan menjadi negatif. Karena penyearah yang tidak terkontrol dipasang pada input konverter, regenerasi energi pengereman di sirkuit ini tidak mungkin dilakukan.

Selama shutdown, kapasitor filter C diisi ulang Pembatasan tegangan pada kapasitor dilakukan dengan menghubungkan resistansi pelepasan melalui transistor VT7. Dengan cara ini, energi pengereman dihamburkan dalam tahanan beban.