ВЕНТИЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ

GATE ELECTROMECHANICAL CONVERTERS WITH PERMANENT MAGNETS

Golondrina Elvira Resawn

student, Ulyanovsk technical University

Russia, Ulyanovsk

АННОТАЦИЯ

Преимущества и недостатки вентильных двигателей.

ABSTRACT

The advantages and disadvantages of BLDC motors.

Ключевые слова: Вентильный двигатель, математическая модель.

Keywords: Valve engine, mathematical model.

В последнее время стали популярными вентильные двигатели, которые успешно применяют в разных областях производства: на буровых установках, системах охлаждения в химической промышленности, нефтяных скважинах, приводах игрушек, транспорта, в бытовой технике.  В отличие от машин постоянного тока, наличие щеточного аппарата в которых снижает их эффективность, беспроводные вентильные двигатели управляются электроникой. Они надежны и долговечны.

Вентильный двигатель (ВД) – это электродвигатель, в котором коллекторно-щеточный узел заменен бесконтактным полупроводниковым коммутатором, управляемым датчиком положения. ВД работают от сети постоянного тока [1].

Математическая модель – математическое представление реальности [2], один из вариантов модели как системы, исследование которой позволяет получать информацию о некоторой другой системе.

Особенности вентильных двигателей и принцип работы.

Основным преимуществом вентильных двигателей является то, что они могут обеспечить высокую плотность длительного момента и энергоэффективности по сравнению с другими видами двигателей.

У вентильного двигателя имеется взаимосвязь между обмоткой ротора и многофазной обмоткой статора. У них присутствуют постоянные магниты и встроенный датчик положения ротора. Коммутация прибора осуществляется при помощи вентильного преобразователя (коммутатора), вследствие чего он и получил такое название.

В том случае, когда обмотки соединяются «звездой» электрическая машина, имеет большие постоянные моменты, поэтому такую сборку применяют для управления осями. В случае, когда обмотки соединены «треугольником» их можно использовать для работы с большими скоростями. Как правило количество пар полюсов определяется числом магнитов ротора, которые помогают определить соотношение электрических и механических оборотов.

Статор как правило изготавливают с безжелезным или железным сердечником. Используя такие конструкции с первым вариантом, можно обеспечить отсутствие притяжения магнитов ротора, но и в это же мгновение снижается на 20% эффективность двигателя из-за уменьшения значения постоянного момента.

Со схемы (Рис.1.4) видно, что в статоре ток образуется в обмотках, а в роторе создается при помощи высокоэнергетических постоянных магнитов.

Рисунок 1. Схема подключение вентильного двигателя и коммутатора

Условные обозначения:

- VT1-VT7 - транзисторные коммуникаторы;

- A, B, C – фазы обмоток;

- M – момент двигателя;

- DR – датчик положения ротора;

- U – регулятор напряжения питания двигателя;

- S (south), N (north) – направление магнита;

- UZ – частотный преобразователь;

- BR – датчик частоты вращения;

- VD – стабилитрон;

- L – катушка индуктивности.

Схема двигателя (Рис.1.) показывает, что одним из основных преимуществ ротора, в котором установлены постоянные магниты, является существенное уменьшение его диаметра и, как следствие, сокращение вращающего момента инерции. Такие приспособления могут быть встроенными в сам прибор или расположенными на его поверхности. Понижение этого показателя очень часто приводит к небольшим значениям баланса момента инерции самого двигателя и приведенного к его валу нагрузки, который и усложняет работу привода. По этой причине производители могут предложить стандартный и повышенный в 2-4 раза момент инерции.

Преимущества ВД:

Применяя вентильный двигатель в работе, можно отметить такие его достоинства:

- потеря энергии минимальна вследствие небольшого магнитного сопротивления;

- высокий уровень безопасности даже при самых высоких нагрузках обеспечивается отсутствием контактных элементов, искрением при коммутации;

- широкий диапазон оборотов, мягкое переключение скоростей облегчает работу бытовых приборов и приводов в различных сферах производства;

- бесщеточные двигатели имеют высокие показатели КПД и мощности;

- отсутствие щеточного механизма не требует технического обслуживания, делает двигатель легче и компактнее;

- бесколлекторные электродвигатели могут использоваться в агрессивной и взрывоопасной среде, что расширяет область их применения;

- высокая точность работы и динамика повышает эффективность прибора;

- вентильные двигатели практически не создают радиопомех.

Недостатки:

Несмотря на огромное количество достоинств, вентильный двигатель также имеет и некоторые недостатки в эксплуатации:

- весьма сложное управление электродвигателем;

- относительно высокая цена машины за чет применения в его конструкции ротора, который имеет дорогостоящие постоянные магниты.

Вентильные двигатели могли бы получить очень широкое распространения, частично имеют это распространения, но, к сожалению, для получения более точных характеристик необходимы серьезные дорогостоящие и экспериментальные исследования. Что требует значительных затрат и времени. Поэтому была поставлена задача разработать математическую модель для исследования вентильных двигателей, которые помогли бы удешевить и сократить работы по внедрению вентильных двигателей в промышленности.

Список литературы:

1. «Вентильные электродвигатели», конспекты лекций Вятского государственного университета (ВятГУ). [Электронный ресурс] — Электрон. дан. —сайт «В универе» учебные материалы для студентов /Статьи в рубрике Электротехника/Специальные электрические машины,-2018- Режим доступа: https://vunivere.ru/work14943/page9 (дата обращения: 06.02.2018)
2. «A mathematical representation of reality»(Encyclopaedia Britanica)