มอเตอร์วาล์ว

ตามกฎแล้วเครื่อง DC มีตัวบ่งชี้ทางเทคนิคและเศรษฐกิจที่สูงกว่า (ลักษณะเชิงเส้น, ประสิทธิภาพสูง, ขนาดเล็ก, ฯลฯ ) มากกว่าเครื่องกระแสสลับ ข้อเสียที่สำคัญคือการมีอุปกรณ์แบบแปรงซึ่งลดความน่าเชื่อถือ เพิ่มโมเมนต์ความเฉื่อย สร้างการรบกวนทางวิทยุ อันตรายจากการระเบิด ฯลฯ ดังนั้นโดยธรรมชาติแล้วงานในการสร้างมอเตอร์ DC แบบไร้สัมผัส (ไร้แปรงถ่าน)

การแก้ปัญหานี้เป็นไปได้ด้วยการกำเนิดของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ ในมอเตอร์กระแสตรงแบบไร้สัมผัสที่เรียกว่ามอเตอร์กระแสวาล์วคงที่ ชุดแปรงจะถูกแทนที่ด้วยสวิตช์เซมิคอนดักเตอร์ กระดองจะอยู่กับที่ โรเตอร์จะ แม่เหล็กถาวร.

หลักการทำงานของเครื่องยนต์วาล์ว

มอเตอร์วาล์วถูกเข้าใจว่าเป็นระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าแบบแปรผันซึ่งประกอบด้วยมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับที่มีโครงสร้างคล้ายกับเครื่องซิงโครนัส ตัวแปลงวาล์วและอุปกรณ์ควบคุมที่ให้การเปลี่ยนวงจรขดลวดมอเตอร์ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของโรเตอร์มอเตอร์ในแง่นี้ มอเตอร์วาล์วจะคล้ายกับมอเตอร์กระแสตรง ซึ่งใช้สวิตช์สับเปลี่ยน การหมุนของขดลวดกระดองซึ่งอยู่ด้านล่างเสาสนามเชื่อมต่ออยู่

มอเตอร์กระแสตรงเป็นอุปกรณ์ระบบเครื่องกลไฟฟ้าที่ซับซ้อนซึ่งรวมเอาเครื่องจักรไฟฟ้าที่ง่ายที่สุดและระบบควบคุมอิเล็กทรอนิกส์เข้าไว้ด้วยกัน

มอเตอร์กระแสตรงมีข้อเสียอย่างร้ายแรงส่วนใหญ่เกิดจากการมีตัวรวบรวมแปรง:

1. ความน่าเชื่อถือไม่เพียงพอของอุปกรณ์สะสม ความจำเป็นในการบำรุงรักษาเป็นระยะ

2. ค่าแรงดันไฟฟ้ากระดองที่ จำกัด และกำลังของมอเตอร์กระแสตรงซึ่ง จำกัด การใช้งานสำหรับไดรฟ์ความเร็วสูงและกำลังสูง

3. ความจุโอเวอร์โหลดที่จำกัดของมอเตอร์กระแสตรง ซึ่งจำกัดอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสกระดอง ซึ่งจำเป็นสำหรับไดรฟ์ไฟฟ้าไดนามิกสูง

ในเครื่องยนต์วาล์ว ข้อเสียเหล่านี้ไม่ปรากฏให้เห็นเนื่องจากที่นี่สวิตช์ตัวเก็บแปรงถูกแทนที่ด้วยสวิตช์แบบไม่สัมผัสที่ทำบนไทริสเตอร์ (สำหรับไดรฟ์กำลังสูง) หรือทรานซิสเตอร์ (สำหรับไดรฟ์ที่มีกำลังสูงถึง 200 กิโลวัตต์ ). ด้วยเหตุนี้ มอเตอร์วาล์วที่มีโครงสร้างเป็นเครื่องจักรซิงโครนัสจึงมักเรียกว่ามอเตอร์กระแสตรงแบบไร้สัมผัส

ในแง่ของความสามารถในการควบคุม มอเตอร์แบบไร้แปรงก็คล้ายกับมอเตอร์กระแสตรงเช่นกัน ความเร็วของมันจะถูกปรับตามขนาดของแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่ใช้ เนื่องจากคุณสมบัติการควบคุมที่ดี มอเตอร์วาล์วจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการขับเคลื่อนหุ่นยนต์ เครื่องตัดโลหะ เครื่องจักรและกลไกทางอุตสาหกรรมต่างๆ

เครื่องสับเปลี่ยนทรานซิสเตอร์แม่เหล็กถาวรพร้อมไดรฟ์ไฟฟ้า

มอเตอร์วาล์วประเภทนี้ทำขึ้นโดยใช้เครื่องซิงโครนัสสามเฟสพร้อมแม่เหล็กถาวรบนโรเตอร์ ขดลวดสเตเตอร์สามเฟสจ่ายกระแสตรงที่จ่ายเป็นอนุกรมไปยังขดลวดสองเฟสที่ต่ออนุกรมกัน การสลับขดลวดดำเนินการโดยสวิตช์ทรานซิสเตอร์ที่ทำขึ้นตามวงจรบริดจ์ 3 เฟส สวิตช์ทรานซิสเตอร์จะเปิดและปิดขึ้นอยู่กับตำแหน่งของโรเตอร์มอเตอร์ แผนภาพมอเตอร์วาล์วแสดงในรูปที่

รูปที่. 1. ไดอะแกรมของมอเตอร์วาล์วพร้อมสวิตช์ทรานซิสเตอร์

แรงบิดที่สร้างขึ้นโดยมอเตอร์นั้นพิจารณาจากการทำงานร่วมกันของเธรดสองเธรด:

• สเตเตอร์ที่สร้างขึ้นโดยกระแสในขดลวดสเตเตอร์

• โรเตอร์ที่สร้างจากแม่เหล็กถาวรพลังงานสูง (ขึ้นอยู่กับโลหะผสมซาแมเรียม-โคบอลต์ และอื่นๆ)

โดยที่: θ คือมุมทึบระหว่างเวกเตอร์ฟลักซ์ของสเตเตอร์และโรเตอร์ pn คือจำนวนคู่ขั้ว

ฟลักซ์แม่เหล็กของสเตเตอร์มีแนวโน้มที่จะหมุนโรเตอร์แม่เหล็กถาวร เพื่อให้ฟลักซ์ของโรเตอร์ตรงกับทิศทางของฟลักซ์สเตเตอร์ (อย่าลืมเข็มแม่เหล็ก เข็มทิศ)

โมเมนต์ที่ใหญ่ที่สุดที่สร้างขึ้นบนเพลาโรเตอร์จะอยู่ที่มุมระหว่างเวกเตอร์ฟลักซ์เท่ากับ π / 2 และจะลดลงเป็นศูนย์เมื่อฟลักซ์ไหลเข้าใกล้ การพึ่งพาอาศัยกันนี้แสดงในรูปที่ 2.

ให้เราพิจารณาแผนภาพเชิงพื้นที่ของเวกเตอร์ฟลักซ์ที่สอดคล้องกับโหมดมอเตอร์ (ด้วยจำนวนคู่ขั้ว pn = 1) สมมติว่าขณะนี้ทรานซิสเตอร์ VT3 และ VT2 เปิดอยู่ (ดูแผนภาพในรูปที่ 1) จากนั้นกระแสไหลผ่านขดลวดของเฟส B และในทิศทางตรงกันข้ามผ่านขดลวดของเฟส A เวกเตอร์ ppm ที่ได้ สเตเตอร์จะอยู่ในตำแหน่ง F3 ในอวกาศ (ดูรูปที่ 3)

หากตอนนี้โรเตอร์อยู่ในตำแหน่งที่แสดงในรูป 4 จากนั้นมอเตอร์จะพัฒนาตาม 1 แรงบิดสูงสุดที่โรเตอร์จะหมุนตามเข็มนาฬิกา เมื่อมุม θ ลดลง แรงบิดก็จะลดลง เมื่อโรเตอร์หมุน 30 ° จำเป็นตามกราฟในรูปที่ 2. เปลี่ยนกระแสในเฟสของมอเตอร์เพื่อให้ ppm vector stator อยู่ในตำแหน่ง F4 (ดูรูปที่ 3) ในการทำเช่นนี้ให้ปิดทรานซิสเตอร์ VT3 และเปิดทรานซิสเตอร์ VT5

การสลับเฟสดำเนินการโดยสวิตช์ทรานซิสเตอร์ VT1-VT6 ที่ควบคุมโดยเซ็นเซอร์ตำแหน่งโรเตอร์ DR ในกรณีนี้ มุม θ จะคงอยู่ภายใน 90° ± 30° ซึ่งสอดคล้องกับค่าแรงบิดสูงสุดที่มีระลอกคลื่นน้อยที่สุด ที่ ρn = 1 ต้องทำสวิตช์หกตัวต่อหนึ่งรอบของโรเตอร์ ดังนั้น ppm สเตเตอร์จะทำการปฏิวัติอย่างสมบูรณ์ (ดูรูปที่ 3) เมื่อจำนวนขั้วคู่มากกว่าเอกภาพ การหมุนของเวกเตอร์ ppm สเตเตอร์และโรเตอร์จะเป็น 360/pn องศา

รูปที่. 2. การพึ่งพาแรงบิดของมอเตอร์ในมุมระหว่างสเตเตอร์และเวกเตอร์ฟลักซ์ของโรเตอร์ (ที่ pn = 1)

รูปที่. 3. แผนภาพเชิงพื้นที่ของ ppm stator เมื่อเปลี่ยนเฟสของมอเตอร์วาล์ว

รูปที่. 4. ไดอะแกรมเชิงพื้นที่ในโหมดมอเตอร์

การปรับค่าแรงบิดทำได้โดยการเปลี่ยนค่า ppm สเตเตอร์เช่น การเปลี่ยนแปลงค่าเฉลี่ยของกระแสในขดลวดสเตเตอร์

โดยที่: R1 คือความต้านทานการพันของสเตเตอร์

เนื่องจากฟลักซ์ของมอเตอร์คงที่ แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำในขดลวดสเตเตอร์ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมสองชุดจะแปรผันตามความเร็วของโรเตอร์สมการสมดุลทางไฟฟ้าสำหรับวงจรสเตเตอร์จะเป็น

เมื่อปิดสวิตช์กระแสในขดลวดสเตเตอร์จะไม่หายไปทันที แต่ถูกปิดผ่านไดโอดย้อนกลับและตัวเก็บประจุตัวกรอง C

ดังนั้นโดยการปรับแรงดันไฟฟ้าของมอเตอร์ U1 จึงเป็นไปได้ที่จะปรับขนาดของกระแสสเตเตอร์และแรงบิดของมอเตอร์

เป็นเรื่องง่ายที่จะเห็นว่านิพจน์ที่ได้รับนั้นคล้ายกับนิพจน์แบบอะนาล็อกสำหรับมอเตอร์กระแสตรง โดยผลที่ได้คือลักษณะทางกลของมอเตอร์วาล์วในวงจรนี้คล้ายกับลักษณะของมอเตอร์กระแสตรงที่มีแรงกระตุ้นอิสระที่ Φ = const

มีการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าของมอเตอร์แบบไร้แปรงถ่านในวงจรที่กำลังพิจารณา โดยวิธีการปรับความกว้างพัลส์… ด้วยการเปลี่ยนรอบการทำงานของพัลส์ของทรานซิสเตอร์ VT1-VT6 ในช่วงเวลาของการรวมเข้าด้วยกัน จึงเป็นไปได้ที่จะปรับค่าเฉลี่ยของแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับขดลวดสเตเตอร์ของมอเตอร์

ในการใช้โหมดหยุด ต้องเปลี่ยนอัลกอริธึมการทำงานของสวิตช์ทรานซิสเตอร์ในลักษณะที่เวกเตอร์ ppm ของสเตเตอร์ล่าช้ากับเวกเตอร์ฟลักซ์ของโรเตอร์ จากนั้นแรงบิดของมอเตอร์จะกลายเป็นลบ เนื่องจากมีการติดตั้งวงจรเรียงกระแสที่ไม่มีการควบคุมที่อินพุตของตัวแปลง จึงเป็นไปไม่ได้ที่การสร้างพลังงานเบรกในวงจรนี้ใหม่

ระหว่างการปิดเครื่องตัวเก็บประจุของตัวกรอง C จะถูกชาร์จใหม่ ข้อ จำกัด ของแรงดันไฟฟ้าบนตัวเก็บประจุนั้นดำเนินการโดยการเชื่อมต่อความต้านทานการคายประจุผ่านทรานซิสเตอร์ VT7 ด้วยวิธีนี้ พลังงานเบรกจะกระจายไปตามแรงต้านโหลด