Control del rectificador

La paraula «vàlvula» al nom del motor prové de la paraula «vàlvula», que significa interruptor de semiconductor. Així, en principi, l'accionament es pot anomenar accionament de vàlvules si el seu mode de funcionament està controlat per un convertidor especial d'interruptors de semiconductors controlats.

El propi accionament de la vàlvula és un sistema electromecànic format per una màquina síncrona amb imants permanents al rotor i un commutador electrònic (que alimenta els bobinatges de l'estator) amb un sistema de control automàtic basat en sensors.

En aquells molts àmbits de la tecnologia on tradicionalment s'han instal·lat motors asíncrons o màquines de corrent continu, avui en dia es poden trobar precisament motors de vàlvula a mesura que els materials magnètics s'abaratin i la base de l'electrònica de semiconductors i els sistemes de control es desenvolupen molt ràpidament.

Els motors síncrons de rotor d'imant permanent tenen una sèrie d'avantatges:

• no hi ha cap dispositiu de recollida de raspalls, per tant el recurs motor és més llarg i la seva fiabilitat és superior a la de les màquines amb contactes lliscants, a més, el rang de revolucions de funcionament és més gran;

• una àmplia gamma de tensions d'alimentació dels bobinats; Es permet una sobrecàrrega de parell important, més de 5 vegades;

• alta dinàmica del moment;

• és possible ajustar la velocitat amb la preservació del parell a baixes revolucions o amb la preservació de la potència a altes revolucions;

• Eficiència superior al 90%;

• pèrdues mínimes ocioses;

• petites característiques de pes i mida.

Els imants de neodimi-ferro-bor són totalment capaços de crear una inducció en el buit de l'ordre de 0,8 T, és a dir, a nivell de màquines asíncrones, i les pèrdues electromagnètiques principals en aquest rotor estan absents. Això significa que la càrrega de la línia al rotor es pot augmentar sense augmentar les pèrdues totals.

Aquesta és la raó de la major eficiència electromecànica. motors de vàlvules en comparació amb altres màquines sense escombretes com els motors d'inducció. Per la mateixa raó, els motors de vàlvules ara ocupen un lloc digne als catàlegs dels principals fabricants nacionals i estrangers.

El control dels interruptors de l'inversor en un motor d'imant permanent es fa tradicionalment en funció de la posició del rotor. Les característiques d'alt rendiment així aconseguides fan que l'accionament de vàlvules sigui molt prometedor en el rang de potència petita i mitjana per a sistemes d'automatització, màquines eina, robots, manipuladors, dispositius de coordenades, línies de processament i muntatge, sistemes de guia i seguiment, per a aviació, medicina, transport, etc. . .g.

En particular, es produeixen motors de vàlvules de disc de tracció amb una potència superior a 100 kW per al transport elèctric urbà. Aquí, els imants de neodimi-ferro-bor s'utilitzen amb additius d'aliatge que augmenten la força coercitiva i augmenten la temperatura de funcionament dels imants a 170 ° C, de manera que el motor pugui suportar fàcilment les sobrecàrregues de parell i corrent de cinc vegades a curt termini.

Accionaments de direcció per a submarins, terres i avions, motors de rodes, rentadores: els motors de vàlvules troben aplicacions útils en molts llocs avui dia.

Els motors de vàlvules són de dos tipus: corrent continu (BLDC - DC sense escombretes) i corrent altern (PMAC - imant permanent AC). En els motors de corrent continu, la CEM trapezoïdal de rotació en els bobinatges es deu a la disposició dels imants del rotor i els bobinatges de l'estator.En els motors de corrent alterna, la força electromotriu de gir és sinusoïdal. En aquest article parlarem del control d'un tipus molt comú de motor sense escombretes - BLDC (corrent continu).

Motor de vàlvula de corrent continu i el seu principi de control Els motors BLDC es distingeixen per la presència d'un interruptor semiconductor que actua en lloc del bloc de recollida de raspalls que és característic de Màquines de corrent continu amb bobinat d'estator i rotor magnètic.

La commutació del commutador del motor de la vàlvula té lloc en funció de la posició actual del rotor (segons la posició del rotor). Molt sovint, el bobinatge de l'estator és trifàsic, el mateix que el d'un motor d'inducció connectat en estrella, i la construcció del rotor d'imant permanent pot ser diferent.

El moment de conducció en BLDC es forma com a resultat de la interacció dels fluxos magnètics de l'estator i el rotor: el flux magnètic de l'estator tendeix tot el temps a girar el rotor en una posició tal que el flux magnètic dels imants permanents. instal·lat en ell coincideix en direcció amb el flux magnètic de l'estator.

De la mateixa manera, el camp magnètic terrestre orienta l'agulla de la brúixola: la desplega "al llarg del camp". El sensor de posició del rotor permet mantenir constant l'angle entre els fluxos a un nivell de 90 ± 30 °, en aquesta posició el parell és màxim.

L'interruptor semiconductor de la font d'alimentació de bobinatge de l'estator BLDC és un convertidor de semiconductors controlat amb un algorisme dur de 120 ° per a la commutació de voltatges o corrents de tres fases de funcionament.

A la figura anterior es mostra un exemple d'un diagrama funcional de la secció de potència d'un convertidor amb possibilitat de frenada regenerativa. Aquí s'inclou l'inversor amb modulació d'amplitud-pols de la sortida Transistors IGBT, i l'amplitud s'ajusta gràcies a modulació d'amplada de pols en un enllaç DC intermedi.

Bàsicament, amb aquesta finalitat, s'utilitzen convertidors de freqüència de tiristor amb un inversor de tensió o intensitat autònom amb control de potència i convertidors de freqüència de transistors amb un inversor de tensió autònom controlat en mode PWM o amb regulació de relé de la corrent de sortida.

Com a resultat, les característiques electromecàniques del motor són similars a les màquines tradicionals de corrent continu amb excitació magnetoelèctrica o independent, per això els sistemes de control BLDC es construeixen segons el principi clàssic de control de coordenades esclau d'un accionament de corrent continu amb revolucions del rotor i bucles de corrent de l'estator.

Per al correcte funcionament del commutador, un sensor discret capacitiu o inductiu acoblat amb el motor de pols es pot utilitzar com a sensor o sistema. basat en sensors d'efecte Hall amb imants permanents.

Tanmateix, la presència d'un sensor sovint complica el disseny de la màquina en el seu conjunt, i en algunes aplicacions el sensor de posició del rotor no es pot instal·lar en absolut. Per tant, a la pràctica, sovint recorren a l'ús de sistemes de control "sense sensor". L'algoritme de control sense sensor es basa en l'anàlisi de dades directament dels terminals de l'inversor i la freqüència actual del rotor o font d'alimentació.

L'algorisme sense sensors més popular es basa en el càlcul de l'EMF per a una de les fases del motor, desconnectada de la font d'alimentació en aquest moment. La transició EMF de la fase de desactivació a zero es fixa, es determina un desplaçament de 90 °, es calcula el moment en el qual hauria de caure la meitat del següent pols actual. L'avantatge d'aquest mètode és la seva senzillesa, però també hi ha desavantatges: a velocitats baixes, és bastant difícil determinar el moment del pas per zero; la desacceleració només serà precisa a una velocitat de rotació constant.

Mentrestant, per a un control més precís, s'utilitzen mètodes complexos per estimar la posició del rotor: segons la connexió del flux de les fases, segons el tercer harmònic de l'EMF dels bobinatges, segons els canvis en la inductància de la bobinatges de fase.

Penseu en un exemple de supervisió de connexions de streaming. Se sap que la ondulació del parell BLDC quan el motor es subministra amb polsos de tensió rectangular arriba al 25%, donant lloc a una rotació desigual, creant un límit de control de velocitat per sota. Per tant, en les fases de l'estator es formen corrents properes a la forma quadrada mitjançant llaços de control tancats.