Вентильно индукторный двигатель механическая характеристика

Вентильные электрические двигатели нового поколения

Вентильные электрические двигатели имеют высокое значение коэффициента полезного действия (КПД) до 92%. Отсутствие «зубцового» эффекта, вибраций и минимальный акустический шум при работе на всех режимах позволяет при использовании в бытовых устройствах обеспечить существенно более комфортные условия проживания.

Технология ожидает финансирования!

Описание:

Вентильные электрические двигатели (ВЭД) имеют основу уникальных монолитных многополюсных магнитных систем (ММС) из редкоземельных магнитопластов.

Сложное неколлинеарное распределение намагниченности в объеме магнитных систем позволило достичь максимальных значений величины магнитного поля и оптимального его распределения.

Были разработаны конструкции и изготовлены экспериментальные образцы вентильный электрических двигателей мощностью от 0,1 до 15 кВт.

Все макеты ВЭД допускают питание от сетей переменного или постоянного токов без изменения конструкции блоков управления , а также могут служить генераторами электрического тока.

Оценочная стоимость разработанных ВЭД с блоком управления может быть ниже, чем цена серийно выпускаемых асинхронных двигателей с частотным преобразователем, при соответствующей подготовке производства.

Неоднородно намагниченные ММС с диаметрами от 12 до 225 мм (от 2 до 32 полюсов):

Преимущества:

– вентильные электрические двигатели имеют высокое значение коэффициента полезного действия (КПД) до 92%, что позволяет использовать их в случаях когда необходима экономия энергии при работе энергозатратных устройств (кондиционирование, вентиляционные системы, насосное оборудование и т.д.),

– высокий КПД вентильных электродвигателей позволяет в несколько раз увеличить время их работы от автономного источника питания (электрический лодочный мотор, аккумуляторный инструмент, бытовая техника),

– существенная экономия энергии за счет регулировки скорости вращения в диапазоне 20÷100 % от номинального значения при сохранении максимальных рабочих характеристик (механического момента, КПД) при замене асинхронных двигателей на ВЭД в интеллектуальных системах вентиляции и кондиционирования,

– отсутствие «зубцового» эффекта, вибраций и минимальный акустический шум при работе на всех режимах позволяет при использовании в бытовых устройствах обеспечить существенно более комфортные условия проживания,

– тепловыделение в разработанных ВЭД в 2 раза меньше, чем у серийных асинхронных двигателей аналогичной мощности, при существенно меньших массогабаритных параметрах,

– вентильные электрические двигатели имеют высокое значение механического момента в широком диапазоне частот вращения,

– существенно лучшие массогабаритные характеристики в сравнении с электродвигателями аналогичной мощности.

Применение:

– в устройствах для работы во взрывоопасных и горючих средах,

– в запорной аппаратуре при транспортировке нефти и газа ,

– в авиапромышленности, благодаря рекордным массогабаритным характеристикам,

– в станкостроении при использовании в сервоприводах, благодаря высокой равномерности вращения,

– в интеллектуальных системах вентиляции и кондиционирования вследствие высокой экономичности и возможности управления рабочими режимами,

– в замен стандартным серийно выпускаемым моторам ,

– при необходимости улучшить потребительские характеристики технических устройств или достигнуть существенной экономии энергии при работе,

– при необходимости понижения цены конечного устройства.

Технические характеристики:

вентильные электрические двигатели
электродвигатели постоянного тока
электродвигатель с постоянными магнитами
вентильный электродвигатель купить
вес электродвигателя 15 квт 4 квт вэд 4
двигатели для взрывоопасных сред
двигатель нового поколения
купить электродвигатель 4 квт 1500 об мин 7 5 квт
магнитопласты точные электродвигатели
электродвигатели для станков цена чпу
приводов станков 15 квт 1500 об мин цена
электродвигатель 4 квт 220в 7 5 1500 3000
7 квт 1500 об 3000 об сервопривода

Вентильные реактивные электродвигатели/генераторы имеют следующие достоинства:

Ротор и статор выполнены в виде пакетов листового магнитомягкого материала. На роторе ВРД отсутствуют обмотки и постоянные магниты. Фазные обмотки находятся только на статоре. Для уменьшения трудоёмкости изготовления катушек, обмотки статора могут изготавливаться отдельно, а затем надеваться на полюсы статора.

Простота обмотки якоря повышает ремонтопригодность ВРД/ВРГ, так как для ремонта достаточно сменить вышедшую из строя катушку.

Отсутствие механического коммутатора

Управление электромеханическим преобразователем электропривода/генератора осуществляется с помощью высокоэффективных силовых полупроводниковых элементов — IGBT или MOSFET (HEXFET) транзисторов, надёжность которых существенно превышает надёжность любых механических деталей, например: коллекторов, щёток, подшипников.

Отсутствие постоянных магнитов

ВРД/ВРГ не содержит постоянных магнитов ни на роторе, ни на статоре, при этом он успешно конкурирует по характеристикам с вентильными электрическими двигателями с постоянными магнитами (ВЭДПМ). В среднем, при одинаковых электрических и весогабаритных характеристиках ВРД/ВРГ имеет в 4 раза меньшую стоимость, значительно большую надёжность, более широкий диапазон частот вращения, более широкий диапазон рабочих температур. Конструктивно, по сравнению с ВЭДПМ, ВРД/ВРГ не имеет ограничения по мощности (практически, мощность ВЭДПМ ограничивается пределом около 20-40 кВТ). ВЭДПМ требуют защиты от металлической пыли, боятся перегрева и сильных электромагнитных полей, в случае короткого замыкания обмотки превращаются в самовозгорающуюся систему. Вентильные реактивные электродвигатели/генераторы свободны от всех этих недостатков.

Малое количество меди

На изготовление ВРД/ВРГ требуется в среднем в 2-3 раза меньше меди, чем для коллекторного электродвигателя такой же мощности, и в 1,3 раза меньше меди, чем для асинхронного электродвигателя.

Tепловыделение происходит в основном только на статоре, при этом легко обеспечивается герметичная конструкция, воздушное или водяное охлаждение

В рабочем режиме не требуется охлаждение ротора. Для охлаждения ВРД/ВРГ достаточно использовать наружную поверхность статора.

Высокие массогабаритные характеристики

В большинстве случаев ВРД/ВРГ может быть выполнен с полым ротором. Толщина спинки ротора при этом должна быть не менее половины ширины полюса. Подбором количества полюсов статора и ротора могут быть оптимизированы массогабаритные характеристики электродвигателя/генератора, его мощность при заданном моменте и диапазоне частоты вращения.

Простота конструкции ВРД/ВРГ снижает трудоёмкость его изготовления. В сущности, его можно изготовить даже на не специализирующемся в области электромашиностроения промышленном предприятии. Для серийного производства ВРД/ВРГ требуется обычное механическое оборудование — штампы для изготовления шихтованных сердечников статора и ротора, токарные и фрезерные станки для обработки валов и корпусных деталей. Трудоёмкие и сложные в технологическом отношении операции, например изготовление коллектора и щёток коллекторного электродвигателя или заливка клетки ротора асинхронного двигателя, здесь отсутствуют. По предварительным оценкам трудоёмкость изготовления ЭМП вентильного реактивного электродвигателя составляет на 70 % меньше трудоёмкости изготовления коллекторного и на 40 % меньше трудоёмкости изготовления асинхронного электродвигателя.

Простота обмотки статора и отсутствие обмотки и магнитов на роторе обеспечивает ВРД/ВРГ высокую гибкость компоновки. Конструкция электродвигателя/генератора может быть плоской, вытянутой, обращённой, секторной, линейной. Для выпуска целого типоряда электродвигателей/генераторов с различной мощностью можно использовать один и тот же комплект штампов для вырубки ротора и статора, поскольку для увеличения мощности достаточно увеличить соответственно длину набора ротора и статора. Не составляет труда изготовление машины с расположением статора как снаружи ротора, так и наоборот, а также встраивание электроники в корпус машины. Изменение коэффициента электромагнитной редукции позволяет создавать машины для облегчённых и, напротив, тяжёлых условий работы, включая моментные двигатели. Для привода некоторых рабочих машин выгоднее иметь линейные электродвигатели с возвратно-поступательным перемещением зубцового штока (аналога ротора). В ряде случаев может быть использована давно известная, но неэффективная в случае асинхронного электродвигателя конструкция дугостаторной машины, статор которой охватывает доступную для размещения дугу окружности ротора, в качестве которого может использоваться вал с зубчатым колесом.

Простота конструкции обеспечивает ВРД/ВРГ более высокую безотказность, чем безотказность других типов электрических машин. Конструктивная и электрическая независимость фазных обмоток обеспечивает работоспособность ВРД даже в случае полного замыкания полюсной катушки одной из фаз. ВРГ остаётся работоспособным даже после выхода из строя одной или двух фаз.

Широкий диапазон частот вращения (от единиц до сотен тысяч об/мин)

Электромагнитная редукция позволяет создавать малогабаритные «моментные» электродвигатели для приводов роботов, манипуляторов и других низкооборотных механизмов или низкооборотные высокоэффективные генераторы для ветровых или волновых электростанций. В то же время частота вращения быстроходных ВРД/ВРГ может превышать 100000 об/мин.

Высокий КПД в широком диапазоне частот вращения

Практически достижимый КПД вентильного реактивного электродвигателя/генератора мощностью 1 КВт может доходить до 90 % в диапазоне 5-10-кратной перестройки частоты вращения. КПД более мощных электрических машин может достигать 95-98 %.

ВРД часто путают с синхронным реактивным электродвигателем (СРД), обмотки якоря которого питаются синусоидально изменяющимися напряжениями без обратной связи по положению ротора. СРД имеет низкий КПД, который не превышает 50 % для маломощных электродвигателей и до 70 % для мощных электрических машин.

Импульсный характер питания ЭМП обеспечивает удобную стыковку с современной цифровой электроникой

Поскольку ВРД/ВРГ питается (возбуждается) однополярными импульсами, для управления ЭМП требуется простой электронный коммутатор. Управляя скважностью импульсов силовых транзисторов электронного коммутатора можно плавно изменять форму импульсов тока фазных обмоток электродвигателя или генератора.

Электронное управление электрическими и механическими характеристиками, режимом работы

Естественная механическая характеристика ВРД/ВРГ определяется реактивным принципом действия электрической машины и близка к гиперболической форме. Основное свойство такой характеристики — постоянство мощности на валу машины — оказывается чрезвычайно полезным для электроприводов с ограниченной мощностью источника, так как при этом легко реализуется условие его неперегружаемости. Применение замкнутой системы управления с обратными связями по скорости и нагрузке позволяет получить механические характеристики любой заданной формы, включая абсолютно жёсткие (астатические), и не ведёт к какому либо усложнению системы управления, так как её процессор обладает большой избыточностью по числу входов и выходов, быстродействию и памяти. Фактически поле доступных механических характеристик непрерывным образом покрывает все четыре квадранта плоскости момент-скорость в пределах области ограничений конкретного электропривода.

Низкая стоимость электромеханического преобразователя

Стоимость ВРД оказывается самой низкой из всех известных конструкций электрических машин. Дорогостоящим в рассматриваемой системе электропривода можно считать электронный преобразователь, который является обязательным элементом всех современных регулируемых электроприводов. Однако, цены на изделия силовой электроники по мере развития масштабов производства имеют устойчивую тенденцию к снижению. Исключение из состава ВРД/ВРГ коммутационных аппаратов, для изготовления которых необходима непрерывно дорожающая медь, также способствует уменьшению стоимости.

Наконец, экономическая эффективность ВРД повышается также в результате существенно меньшего расхода электроэнергии, обусловленного высоким КПД электродвигателя и применением наиболее экономичных стратегий управления в динамических режимах работы.

Недостатки

Вентильные реактивные электродвигатели/генераторы имеют следующие недостатки [9] :

низкий коэффициент мощности

Он обусловлен значительной величиной намагничивающей составляющей тока статора.

низкий КПД при небольших мощностях

В реактивных двигателях мощностью в несколько десятков Вт КПД составляет 30-40 %, а в двигателях мощностью до 10 Вт — не превышает 10 %.

по габаритам реактивные двигатели больше синхронных и асинхронных двигателей

Это объясняется низким КПД, малым cos ⁡ ( φ ) и небольшой величиной реактивного момента.

Текст

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 22 А 1 51)4 Н 02 К 29/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ПЮТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК А ВТОРСКОМ,Г СВИДЕТЕЛЬСТВУ л 1Г Й ДВИГА(54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ИНДУКТОТЕЛЬ(57) Изобретение тильным электрод онально-конструк1 ся к венм с функциси игател вным совмещени(71) Ленинградское высшее инженерноморское училище им.адм.С.О.Макарова(56) Авторское свидетельство СССРР 215304, кл. Н 02 К 29/12, 1967.Авторское свидетельство СССРУ 1257774, кл. Н 02 К 29/12, 1986. электромеханического преобразователя . датчика положения ротора. Цельюизобретения является увеличение пускового момента и получение симметричной механической характеристики приразличных направлениях вращения, Впазах электромеханического преобразователя индукторного типа расположены двухэубцовые катушки обмотки 6возбуждения и секций 3, 4, 5 обмоткиякоря, В тех же пазах расположеныкатушки первичной обмотки 7 и вторичных секций 8, 9, 12 датчика положения ротора. Часть катушек секции 12выполнена однозубцовой, благодарячему становится возможным получениеугла опережения, равного нулю, засчет чего и достигается увеличениепускового момента и симметричноймеханической характеристики. 4 ил.+ ю) з 1 п(ос),где 3 150122Изобретение тпоситс.дэлек,рпческим машинам, в частности к вентильньи электродвигателям, и может быть использовано при разработкеГ моментных двигателей приводов следящих систем и ,истем стабилизаци объектов различного назначения.Цель изобретения — увеличение пускового момента и получение симметричной и механической характеристики при разных направлениях вращения.На фиг.1 схематически изображены однозубцовая и двухзубцовая катушка вторичной обмотки датчика положения ротора (ДПР); на фиг,2 — схема соединения катушек обмоток вентильного индукторного двигателя и ДПР; на фиг.3 — матрица инциденций вентиль О ного индукторного двигателя и ДПР; на фиг,4 — механические характеристики вентильного индукторного двигателя при рйзных знаках скорости вращения. 25Вентильный индукторный двигатель содержит зубчатый статор 1 с однопакетным сердечником и зубчатый беэобмоточный ротор 2. Числа зубцов статора г и зубцов ротора г таковы, 30 что одинаковые участки зубцовой зоны вдоль расточки статора повторяются четное число раз (например, при г = =24 и гь=34 число участков зубцовой зоны равно двум).35На зубцах статора расположены двухзубцовые катушки трехсекционной (секции 3, 4, 5) якорной обмотки, обмотки 6 возбуждения, первичной обмотки 7 ДПР, секции 8, 9 трехсекционО ной вторичной обмотки ДПР, а также двухзубцовые 10 и одноэубцовые 11 катушки секции 12 трехсекционной вторичной обмотки ДПР.Катушки обмотки 6 возбуждения 45 соединены поочередно согласно-встречно. Последний зубец предыдущего участка и первый убец последующего участка зубцовой зоны охватываются катушкой обмотки 6 возбуждения. Катушки секций 3, 4, 5 якорной обмотки смещены на одно эубцовое деление по отношению к катушкам обмотки 6 возбуждения. Однозубцовые катушки 11 секции 12 вторичной обмотки ДПР размещены на первом и последнем зубцах каждого участка зубановой зоны. Катушки первичной обмотки 7 и двухзубцовые катушки секций 8, 9, 12 вторич 2 4ной оСмотки ДПГ охватывают соответственно те же зубцы, что катушки секций 3, 4, 5 якорной обмотки и обмотки возбуждения 6. Катушки первичной обмотки ДПР 7 в пределах участка зубцсвой зоны соединены поочередно согласно-встречно, а последняя катушка предыдущего участка зубцовой зоны и первая катушка последующего участка зубцовой эоны соединены согласно, Катушки каждой из секций 8, 9, 12 вторичной обмотки ДПР в пределах участка зубцовой эоны соединены согласно, а катушки секций, принадлежащие соседним участкам зубцовой зоны, соединены встречно.Устройство работает следующим образом.Первичная обмотка ДПР запитывается напряжением повышенной частоты, Во вторичной обмотке ДПР наводятся ЭДС той же частоты, которые используются для формирования сигналов управления полупроводниковым коммутатором. Между катушками якорной обмотки, обмотки возбуждения, первичной и вторичной обмоток ДПР существуют электромагнитные связи, Однако, вследствие того, что катушки обеих обмоток ДПР, размещенные в пределах четных номеров участков, включены встречно по отношению к катушкам этих же обмоток, размещенных в пределах нечетных номеров участков, влияние якорной обмотки и обмотки возбуждения, на обмотки ДПР, точно так же как и влияние эксцентриситета, исключается.В вентильном индукторном двигателе уравнения равновесия напряжений вторичной обмотки,ДПР записываются: до — угловая частота напряжения первичной обмоткиДПР;амплитудное значениевзаимной индуктивности15012между первичной и вторичной обмотками ДПР;1 щд — максимальное значение тока обмотки ДПР;Ф -5- фаза тока первичной обмотки ДПР.Сравнение уравнений равновесия напряжений (УсУБс Ц Бс 1 1 Б ) показывает, что угол регулирования 6 =Ф. При реверсировании уголорегулирования 6 О сохраняется.Результаты расчета (фиг.4) показывают, что новая схема соединения 15 обмоток ДПР выгодно отличает вентильный индукторный двигатель от известного, так как пусковой момент увеличивается на 133, а механическая характеристика 14 двигателя, в отличие от характеристики 13 известного, становится симметричной.Формула изобретения25Вентильный индукторный двигатель, содержащий беэобмоточный зубчатый ротор и зубчатый статор с четнымФчислом одинаковых участков зубцовой зоны, с обмоткой возбуждения, состоя- Зо щей из двухзубцовых катушек, соединенньгх последовательно-встречно и размещенных таким образом, что одна иэ катушек охватывает последний зубец предыдущего участка и первый зу 35 бец последующего участка, трехсек 22 6ционной якорной обмоткой с двухзубцовыми катушками, смешеяными наодно зубцовое деление по отношениюк катушкам обмотки возбуждения, первичной и вторичной обмотками датчика положения ротора с двухзубцовымикатушками, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью увеличения пускового момента и лолучения симметричной механической характеристики приразличных направлениях вращения,одна иэ секций вторичной офчоткидатчика положения ротора содержитодноэубцовые и двухзубцгвые катушки, одноэубцовые катушки размещенына первом и последнем зубцах каждогоучастка зубцовой зоны, двухзубцовыекатуп и первичной и вторичной обмоток датчика положения ротора охватывают соответственно те же зубцы,что и катушки трехсекционной якорной обмотки и обмотки возбуждения,катушки первичной обмотки датчикаположения ротора в пределах участкаэубцовой зоны соединены последовательно-встречно, последняя катушкапредыдущего участка зубцовой зоны ипервая катушка последующего участказубцовой зоны соединены последовательно-согласно, катушки каждой секции вторичной обмотки в пределахучастка эубцовой эоны соединены последовательно-согласно, а катушкисекций соседних участков зубцовойэоны соединены встречно.1501222 Зу БЧе гпорлоРа 1 б 17 1 Ч б 7 14+ -1 Составитель А.СанталТехред М,Ходанич Редакто вти орректор М,Васильев 4886/ 646 одписное осуда ГКНТ СССР тия роизводственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул, Гагарина 101гарин ю венного комитета по изобре 113035, Москва, Ж, Рауш ниям и ая наб.

Прецизионный электропривод с вентильным двигателем

В статье рассматривается опыт разработки прецизионного электропривода с вентильным двигателем. В электроприводе реализованы принципы подчиненного управления и управления в пространстве состояний. Траекторная ошибка в приводе минимизируется за счет программирования траектории движения, программной компенсации возмущений, коррекции сигналов датчиков положения и идентификации параметров привода.

Прямые (без кинематических преобразователей) электроприводы с вентильными двигателями (ВД) широко используются в современной прецизионной технологии, т.к. устранение кинематического преобразования позволяет кардинально улучшить динамические и статические показатели движенияи и создать действительно прецизионный электропривод. В системах управления прецизионных приводов используются высокие значения коэффициентов усиления, что позволяет достичь высокой динамической жесткости, плавности и точности хода. Однако эти потенциальные возможности можно реализовать только с использованием некоторых решений, рассмотренных ниже.
В разделе 2 статьи описывается структура опытного образца прецизионного электропривода DMS5, разработанного на кафедре Автоматизированного электропривода МЭИ (ТУ). Вентильный двигатель, использованный в поворотном варианте этого электропривода, реализован на базе оптимальной по цене синхронной машины с малым воздушным зазором и упрощенной конструкцией. Такая машина имеет существенные пульсации момента, которые необходимо компенсировать за счет управления, что и сделано в блоке управления DDU5 привода DMS5. Кроме того, в точном и высокодинамичном приводе необходимо следить за заданной траекторией с малой динамической ошибкой, что также реализуется блоком управления с помощью программного управления по скорости и ускорению и компенсации возмущений.
Точное измерение положения и скорости принципиально необходимо для достижения высокой точности привода. В разделе 3 статьи описываются программные методы коррекции сигналов датчиков положения, их калибровки и самокалибровки, увеличивающие точность датчиков. Там же описываются методы измерения скорости привода.
Раздел 4 посвящен оптимизации контуров управления привода. Выбор параметров управления привода реализуется в программном обеспечении (ПО) Easy Move блока DDU5. Процедура расчета параметров цифрового контроллера тока определяет его коэффициенты в соответствии со стандартными настройками с возможностью дополнительной автонастройки. Оптимизация управления контурами скорости и положения реализуется после идентификации механических параметров привода. Остальные инструменты настройки (цифровой осциллоскоп, интерактивная настройка контуров тока, скорости, положения, команды на движение по интерфейсу ПК) интегрированы в панель управления и позволяют изменять коэффициенты регуляторов, записывать реакцию на скачки воздействия, определять частотные характеристики, оценивать скоростную ошибку и т.д.

Структура прецизионного электропривода DMS5 с вентильным двигателем представлена на рисунке 1.

Электропривод содержит:
– синхронную машину (СМ);
– датчик положения (ДП);
– блок управления DDU5.
Вентильный двигатель (ВД) образуют синхронная машина и датчик положения, а также входящие в состав блока DDU5 инвертор тока (ИТ) и модуль задания тока (ЗТ).
Управляющее устройство (УУ) в составе блока DDU5 содержит:
– генератор траектории (ГТ);
– наблюдатель (Н) механических координат, восстанавливающий неизмеряемые механические переменные состояния;
– регулятор (Р), вырабатывающий сигнал регулирования (коррекции) T_c;
– прямую связь (ПС), реализующую комбинированное управление подачей программного (по модели) динамического момента T_ff от генератора траектории;
– корректор (К), преобразующий задание динамического момента идеальной машины T*_1dyn в задание момента T* реальной машины для ослабления влияния возмущений в приводе.
Генератор траектории содержит линейную модель второго порядка (механическую модель). На основании этой модели рассчитывается программа динамического момента T_ff для реализации идеальным вентильным двигателем заданного вектора механических переменных

— положения, скорости, ускорения. Корректор компенсирует неидеальности реального вентильного двигателя (статическую нагрузку и пульсации момента) путем изменения задания

Корректор строится не по модели, а на основании процедур идентификации систематических возмущений.
Скорректированное задание момента

совместно с оценками положения

поступает на вход вентильного двигателя — в модуль задания тока (ЗТ). Назначение звена ЗТ — задание токов с учетом ограничений момента (усилия) и скорости машины. Ограничения определяются пиковым током и напряжением питания. В области «малых» скоростей и токов фаз, где действует только ограничение по току, ЗТ задает токи, обеспечивающие оптимальное электромеханическое преобразование по критерию максимума момента на ампер. При выходе управления T* и/или скорости маши­ны

на границы рабочих областей механических характеристик, ЗТ изменяет алгоритм задания токов для сохранения нормального (без насыщения по напряжению) режима работы инвертора тока. Для обеспечения работы наблюдателя, восстанавливающего механические переменные состояния вентильного двигателя, на вход наблюдателя из ЗТ подается управление

соответствующее ограниченным заданиям токов.
Фазы синхронной машины СМ питаются от инвертора тока ИТ с обратной связью I_dq по току в подвижной (dq) системе координат. Такой метод улучшает жесткость механической характеристики в зоне ограничения по току и дает широкий скоростной диапазон в зоне ограничения по напряжению. Вектор задания тока I*_dq формируется в модуле ЗТ в функции задания момента T* и оцененной наблюдателем скорости

Управление в dq-координатах можно реализовать по выбору потребителя в двух вариантах: с ПИ-регулятором тока или с апериодическим регулятором тока. Измерение положения СМ осуществляется датчиком положения ДП, который преобразует механическую координату θ_me (угловое или линейное положение) в цифровой код θ.
В режиме вентильного двигателя можно использовать любой тип синхронной машины с токовым питанием в функции положения. Для прецизионного привода применяются двигатели с синусоидальным токовым питанием в функции положения, или вентильные двигатели переменного тока (ВДПТ). ВДПТ подразделяются на: вентильные двигатели с возбуждением от постоянных магнитов (ВДПМ), строящиеся на базе синхронных двигателей с постоянными магнитами (СДПМ), или на базе редукторных (индукторных) двигателей с постоянными магнитами (РДПМ), которые также называются гибридными.
Управление блоком реализуется по стандартному интерфейсу RS 232 от ПК. Блок также имеет входы управления от промышленного контроллера или системы ЧПУ. Некоторые параметры блока DDU5 (см. рис. 2) приводятся ниже:
– число осей — 1;
– число фаз двигателя — 3;
– длительный ток фазы — 20 А;
– пиковый ток фазы — 40 А;
– напряжение питания — 3 фазы по 220В;
– минимальная индуктивность нагрузки — 3 мГн;
– частота ШИМ — 17 КГц;
– модуль контроллера — 2 процессора TMS320F2812;
– период квантования контуров тока, скорости и положения — 67 мкс.

Для коммутации вентильного двигателя требуется информация о положении его подвижной части. Источник этой информации — преобразователь механических перемещений, или датчик положения. В электроприводе датчик положения также требуется для отрицательной обратной связи (которую иногда называют путевой, или главной) и для вычисления скорости и ускорения электропривода.
Некоторые вентильные двигатели выпускаются с датчиками положения, имеющими одинаковые с двигателями числа пар полюсов. Как правило, используются датчики Холла, взаимодействующие с постоянными магнитами возбуждения машины. Эти датчики применяются для коммутации двигателя, и их точность обычно не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к главной обратной связи прецизионного электропривода. Поэтому в прецизионном электроприводе, как правило, используется один высокоточный датчик для обратной связи по положению и для коммутации.
Датчик положения состоит из первичного преобразователя, связанного с измерительным элементом, и представляющего информацию о положении в виде электрических сигналов, и вторичного преобразователя, обрабатывающего эту информацию и переводящего ее в аналоговую или цифровую форму. Основными элементами первичного преобразователя являются задающий элемент (шкала) и чувствительный элемент, имеющий на выходе электрические сигналы. При построении шкалы и чувствительного элемента используются разные физические явления, связанные, например, с модуляцией светового потока (энкодеры), электромагнитного поля (синусно-косинусный вращающийся трансформатор) или электрического поля (емкостный преобразователь).
Главные критерии выбора датчика: точность, разрешение, быстродействие, устойчивость к эксплуатационным факторам, показатели надежности, стоимость, алгоритмы обработки сигналов. С учетом названных показателей наиболее широко используются энкодеры и электромагнитные датчики.

3.1. Инкрементные энкодеры

Блок DDU5 имеет вход обработки сигналов инкрементного цифрвого энкодера, хотя использование цифровых инкрементных энкодеров в прецизионных приводах ограничено. Причина этого в следующем. Для получения необходимых динамики и точности прямого привода период квантования цифрового управления должен составлять 50…100 мкс. Тогда, например, при использовании инкрементного энкодера с периодом 80 угл. с (16200 линий/об) и встроенной интерполяцией 1000 минимальное изменение информации о положении на один инкремент за период квантования произойдет на минимальной определяемой скорости 0,037 об/мин. Если потребуется также и высокая скорость движения, например
100 об/мин., то частота инкрементных сигналов такого датчика составит 27 МГц. Это создаст серьезные проблемы при считывании обратной связи с учетом возможных помех. Напротив, при использовании аналогового варианта того же инкрементного энкодера частота синусоидальных сигналов на скорости 100 об/мин. составит 27 кГц, что не вызовет затруднений при их приеме, а разрешение обратной связи на практике будет ограничено только шумом принимаемых сигналов. Более того, на высокой скорости, когда большого разрешения обратной связи не требуется, можно считывать только периоды сигнала энкодера.
Основа преобразования синусно-косинусных сигналов аналогового инкрементного энкодера в цифровую форму в блоке DDU5 — арктангенсное преобразование отношения сигналов, которое реализуется цифровым сигнальным процессором (ЦСП) в сочетании с многоканальным быстродействующим АЦП. С помощью ЦСП также компенсируются низкочастотный дрейф, паразитная амплитудная модуляция и фазовые сдвиги сигналов датчика положения [1]. Квантование сигналов, например в 10-разрядном АЦП, дает достаточное разрешение: 1024 инкремента на полупериоде энкодера 40 угл. с дадут разрешение 0,039 угл. с/инкремент.

3.2. Двухканальный датчик угла

Электромагнитные преобразователи угла, к которым относятся синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы (СКВТ) и индукционные редуктосины (ИР), используются в жестких условиях эксплуатации, т.к. обладают высокой помехоустойчивостью и мало критичны к эксплуатационным воздействиям. Практика использования существующих конструкций индукционных преобразователей угла показывает, что они могут обеспечить уровень погрешности 0,1…1 угл. мин. Дальнейшее уменьшение погрешностей, особенно при жестких ограничениях по габаритно-массовым характеристикам, связано со значительными техническими и технологическими трудностями.
В то же время, в связи с удешевлением и значительным ростом производительности сигнальных процессоров возродился интерес к методам, позволяющим без усложнения первичного преобразователя обеспечить улучшение метрологических характеристик датчиков угла путем коррекции его погрешностей. В этом случае применяются в основном два метода. Первый состоит в измерении погрешностей датчика с помощью эталонного измерителя и запоминания кривой погрешности (калибровка датчика). Второй метод, названный методом частотной пространственной селекции, или самокалибровкой датчика, основан на использовании избыточной информации двухканального датчика. Такой метод позволяет проводить аттестацию и поддерживать требуемый уровень точности в процессе эксплуатации датчика без эталонного измерителя угла.
Метод самокалибровки базируется на двух важных предположениях: длиннопериодная (на целом обороте) погрешность каждого первичного преобразователя пренебрежимо мала, короткопериодная погрешность (внутри периода сигнала датчика) содержит ограниченное число кратных гармоник. Обычно гармонический состав спектра погрешности первичного преобразователя сохраняется от образца к образцу и во всех условиях эксплуатации. Меняются только амплитуды и фазы гармонических составляющих. Эти свойства первичного преобразователя позволяют эффективно использовать метод частотной пространственной селекции. Для его реализации устанавливаются два однотипных первичных преобразователя, имеющие различные по гармоническому составу спектры погрешности, что обеспечивается коэффициентами электрической редукции, которые не имеют общих множителей.
Двухканальный преобразователь угла, построенный на двух первичных преобразователях, коэффициенты электрической редукции которых не имеют общих множителей, позволяет реализовать в блоке DDU5 абсолютное позиционное преобразование угла в диапазоне 0—360° с точностью до нескольких угловых секунд.

3.3. Измерение скорости

При расчете скорости по путевой информации используются различные алгоритмы. Они отличаются различными статическими и динамическими характеристиками, чувствительностью к шумам квантования (путевой информации и алгоритмов счета) и к шумам измерения. Рассчитанная скорость характеризуется разрешением q_ω и максимальной задержкой

по отношению к мгновенной скорости. Эти два параметра влияют на статические и динамические характеристики измерения и, следовательно, на качество управления.
При простом дифференцировании рассчитывается средняя на периоде выборки

Вентильные двигатели постоянного тока

Все двигатели постоянного тока можно назвать бесколлекторными. Они работают от сети с постоянным током. Щеточный узел предусмотрен для электрического объединения цепей ротора и статора. Такая деталь является самой уязвимой и достаточно сложной в обслуживании и ремонте.

Вентильный двигатель постоянного тока работает по тому же принципу, что и все синхронные устройства такого типа. Он представляет собой замкнутую систему, включающую силовой полупроводниковый преобразователь, датчик положения ротора и координатор.

ТРЕХФАЗНЫЙ И ОДНОФАЗНЫЙ СИНХРОННЫЕ ГИСТЕРЕЗИСНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Указанные выше недостатки реактивных синхронных двигателей заставляют при малых мощностях (3—20 вт) применять гистерезисные синхронные двигатели. Двигатель имеет трехфазную или однофазную (рабочую и пусковую) обмотку статора и массивный (или шихтованный) ферромагнитный ротор.

Однако если для электрических машин обычно применяется сталь с узкой петлей гистерезиса, то для ротора гистерезисного двигателя применяется магнитно-твердый материал — викеллой с широкой петлей гистерезиса. Для удешевления ротор делается сборным (рис. 12-14) и состоит из втулки 1, сидящей на валу 2, и наружного цилиндра 3 из магнитно-твердого материала.

Рис. 12-14. Ротор синхронного гистерезисного двигателя.

Если представить, что ротор помещен во вращающийся магнитный поток, который на рис: 12-15 заменен двумя полюсами то в его наружном цилиндре элементарные магнитики вследствие молеку лярного трения не смогут мгновенно поворачиваться вслед за осью вращающегося потока. На эти магнитики будут действовать тангенциальные силы F_T и создавать гистерезисный момент М_г.

Рис. 12-15. Принцип работы синхронного гистерезисного двигателя.

Ротор будет увлекаться с синхронной скоростью вслед за потоком. Между осью вращающегося потока и осью элементарных магнитиков образуется угол рассогла сования ϴ, который зависит только от коэрцитивной силы материала.

При пуске двигателя результирующий момент состоит из суммы: гистерезисного момента и момента, создаваемого вихревыми токами М_в. Поэтому пусковой момент значителен. В нормальном режиме двигатель вращается синхронно за счет гистерезисного момента, так как при синхронной скорости вихревые токи в роторе отсутствуют.

Статья на тему Синхронный реактивный двигатель