Motor de vàlvula

Les màquines de corrent continu, per regla general, tenen indicadors tècnics i econòmics més alts (linealitat de característiques, alta eficiència, dimensions reduïdes, etc.) que les màquines de corrent altern. Un desavantatge important és la presència d'un aparell de raspall, que redueix la fiabilitat, augmenta el moment d'inèrcia, crea interferències de ràdio, perill d'explosió, etc. Per tant, naturalment, la tasca de crear un motor de corrent continu sense contacte (sense escombretes).

La solució a aquest problema es va fer possible amb l'aparició dels dispositius semiconductors. En un motor de corrent continu sense contacte, anomenat motor de corrent de vàlvula constant, el conjunt de raspalls es substitueix per un interruptor de semiconductor, l'induït està estacionari, el rotor és imant permanent.

El principi de funcionament del motor de vàlvules

El motor de vàlvula s'entén com un sistema d'accionament elèctric variable format per un motor elèctric de corrent altern estructuralment similar a una màquina síncrona, un convertidor de vàlvules i dispositius de control que proporcionen la commutació dels circuits de bobinat del motor en funció de la posició del rotor del motor.En aquest sentit, un motor de vàlvula és semblant a un motor de corrent continu en el qual, mitjançant un interruptor de commutació, es connecta aquella volta del bobinat de l'induït, que es troba per sota dels pols de camp.

Un motor de corrent continu és un dispositiu electromecànic complex que combina la màquina elèctrica més senzilla i un sistema de control electrònic.

Els motors de corrent continu tenen greus desavantatges, principalment a causa de la presència d'un col·lector de raspalls:

1. Fiabilitat insuficient de l'aparell col·lector, necessitat del seu manteniment periòdic.

2. Valors limitats de tensió de l'induït i, en conseqüència, la potència dels motors de corrent continu, la qual cosa limita el seu ús per a accionaments d'alta velocitat i gran potència.

3. Capacitat de sobrecàrrega limitada dels motors de corrent continu, limitant la velocitat de canvi del corrent de l'induït, que és essencial per a accionaments elèctrics altament dinàmics.

En un motor de vàlvules, aquests inconvenients no es manifesten, ja que aquí l'interruptor del col·lector de raspalls es substitueix per un interruptor sense contacte fet en tiristors (per a accionaments d'alta potència) o transistors (per a accionaments amb una potència de fins a 200 kW). ). En base a això, un motor de vàlvules que es basa estructuralment en una màquina síncrona sovint s'anomena motor de corrent continu sense contacte.

En termes de controlabilitat, un motor sense escombretes també és similar a un motor de corrent continu: la seva velocitat s'ajusta variant la magnitud de la tensió de corrent continu aplicada. A causa de les seves bones qualitats reguladores, els motors de vàlvules s'utilitzen àmpliament per conduir diversos robots, màquines de tall de metalls, màquines industrials i mecanismes.

Commutador de transistor d'imant permanent amb accionament elèctric

El motor de la vàlvula d'aquest tipus es fa sobre la base d'una màquina síncrona trifàsica amb imants permanents al rotor. Els bobinats de l'estator trifàsic es subministren amb corrent continu subministrat en sèrie a dos bobinats de fase connectats en sèrie. La commutació dels bobinats es realitza mitjançant un interruptor de transistor fet segons un circuit de pont trifàsic.Els interruptors de transistors s'obren i es tanquen en funció de la posició del rotor del motor. El diagrama del motor de la vàlvula es mostra a la fig.

Fig. 1. Esquema d'un motor de vàlvula amb un interruptor de transistor

El parell creat pel motor ve determinat per la interacció de dos fils:

• l'estator creat pel corrent en els bobinats de l'estator,

• rotor creat a partir d'imants permanents d'alta energia (a base d'aliatges de samari-cobalt i altres).

on: θ és l'angle sòlid entre els vectors de flux de l'estator i el rotor; pn és el nombre de parells de pols.

El flux magnètic de l'estator tendeix a fer girar el rotor de l'imant permanent de manera que el flux del rotor coincideixi en direcció amb el flux de l'estator (no oblideu l'agulla magnètica, la brúixola).

El moment més gran creat a l'eix del rotor estarà en un angle entre els vectors de flux igual a π / 2 i disminuirà a zero a mesura que s'acosti els fluxos de flux. Aquesta dependència es mostra a la Fig. 2.

Considerem el diagrama espacial dels vectors de flux corresponents al mode motor (amb el nombre de parells de pols pn = 1). Suposem que en aquest moment els transistors VT3 i VT2 estan encesos (vegeu el diagrama de la figura 1). Aleshores el corrent flueix pel bobinatge de la fase B i en sentit contrari pel bobinatge de la fase A. El vector resultant ppm. l'estator ocuparà la posició F3 a l'espai (vegeu la figura 3).

Si el rotor es troba ara a la posició que es mostra a la fig. 4, aleshores el motor desenvoluparà segons 1 el parell màxim al qual girarà el rotor en sentit horari. A mesura que l'angle θ disminueix, disminuirà el parell. Quan el rotor es gira 30 °, és necessari segons el gràfic de la fig. 2. Canvieu el corrent a les fases del motor de manera que l'estator vectorial ppm resultant estigui a la posició F4 (vegeu la figura 3). Per fer-ho, apagueu el transistor VT3 i engegueu el transistor VT5.

La commutació de fase es realitza mitjançant un interruptor de transistor VT1-VT6 controlat pel sensor de posició del rotor DR; en aquest cas, l'angle θ es manté dins dels 90 ° ± 30 °, que correspon al valor de parell màxim amb les ondulacions més petites. A ρn = 1, s'han de fer sis interruptors per una volta del rotor, per tant, ppm. l'estator farà una revolució completa (vegeu la figura 3). Quan el nombre de parells de pols és superior a la unitat, la rotació del vector ppm l'estator i, per tant, el rotor serà de 360/pn graus.

Fig. 2. Dependència del parell del motor de l'angle entre els vectors de flux de l'estator i el rotor (a pn = 1)

Fig. 3. Esquema espacial de l'estator ppm en canviar les fases del motor de la vàlvula

Fig. 4. Diagrama espacial en mode motor

L'ajust del valor del parell es fa canviant el valor de ppm. estator, és a dir. canvi en el valor mitjà del corrent en els bobinats de l'estator

on: R1 és la resistència del bobinat de l'estator.

Com que el flux del motor és constant, la fem induïda en dos bobinats de l'estator connectats en sèrie serà proporcional a la velocitat del rotor.L'equació d'equilibri elèctric per als circuits de l'estator serà

Quan els interruptors estan apagats, el corrent als bobinatges de l'estator no desapareix immediatament, sinó que es tanca a través dels díodes inversos i del condensador de filtre C.

Per tant, ajustant la tensió d'alimentació del motor U1, és possible ajustar la magnitud del corrent de l'estator i el parell del motor.

És fàcil veure que les expressions obtingudes són similars a expressions anàlogues per a un motor de corrent continu, amb el resultat que les característiques mecàniques d'un motor de vàlvula en aquest circuit són similars a les característiques d'un motor de corrent continu amb excitació independent a Φ = const .

Es fa un canvi en la tensió d'alimentació del motor sense escombretes al circuit considerat pel mètode d'ajust de l'amplada del pols… Modificant el cicle de treball dels polsos dels transistors VT1-VT6 durant els períodes de la seva inclusió, és possible ajustar el valor mitjà de la tensió subministrada als bobinats de l'estator del motor.

Per aplicar el mode d'aturada, s'ha de canviar l'algoritme d'operació del commutador del transistor de manera que el vector ppm de l'estator quedi endarrerit amb el vector de flux del rotor. Aleshores, el parell motor esdevindrà negatiu. Com que s'instal·la un rectificador no controlat a l'entrada del convertidor, la regeneració de l'energia de frenada en aquest circuit és impossible.

Durant l'apagada, es recarrega el condensador del filtre C. La limitació de tensió dels condensadors es realitza connectant la resistència de descàrrega a través del transistor VT7. D'aquesta manera, l'energia de frenada es dissipa en la resistència de càrrega.