Вентильно индукторный двигатель: какие они бывают / НПФ ВЕКТОР corporate blog / Habr – Page not found | IWED 2020

Содержание

Новое направление — индукторные приводы

Технология изготовления и применения, управляемого индукторного привода (ИП) является передовой и наиболее перспективной в области силового электропривода. Индукторный двигатель (ИД) имеет простую и надёжную конструкцию.

Ротор – зубчатый без обмоток, не имеет стержней и постоянных магнитов, набирается из листов электротехнической стали.

Статор – зубчатый, шихтованный, обмотка в виде катушек, устанавливаемых на зубцы (полюсы) и объединённых в несколько фаз.

Катушки не имеют пересекающихся лобовых частей, что повышает их долговечность и обеспечивает легкую ремонтопригодность (достаточно заменить одну катушку, вышедшую из строя, при этом соседние катушки остаются не тронутыми).


Питается ИД от блока управления, с применением IGBT транзисторов, путём поочерёдной подачи импульсов напряжения на катушки по сигналам от датчика положения ротора, что обеспечивает формирование механической характеристики практически в любом диапазоне. Изменением частоты следования импульсов регулируется частота вращения ротора в широких пределах при сохранении неизменным КПД. Изменением длительности импульсов напряжения регулируется момент и мощность двигателя.

Программно управляемая микропроцессорная система, позволяет осуществлять коррекцию естественной механической характеристики при реализации электропривода для тяговой, вентиляторной, крановой, экскаваторной и другими типами нагрузок.

ИД характеризуется длительной и безотказной работой в динамических режимах с частыми пусками и остановками. При этом пуск механизма осуществляется плавно. В ИД отсутствуют пусковые токи. При запуске величина токов не превышает номинальных значений. Максимальная частота управляющих импульсов не превышает 250 – 300 Гц.

ИД обладает уникальным свойством, принципиально отличающим его от других электрических машин, которое обеспечивает его повышенную живучесть, – это отсутствие обмоток ротора, отсутствие скользящего контакта, магнитная и электрическая независимость его фаз. Поэтому повреждение какой-либо одной или нескольких катушек не приводит к полной потере работоспособности привода, как у двигателей постоянного и переменного тока, а только частично снижает его мощность.

По сравнению с частотно-регулируемым асинхронным двигателем индукторный двигатель имеет более высокий КПД (на 3–5 %) при таких же габаритах.

Основные преимущества индукторного привода

 
Основные преимущества индукторного привода (ИП), определенные в результате многолетнего опыта разработок и исследований, выполненных как в нашей стране, так и за рубежом:

  • Высокая перегрузочная способность двигателя в пусковом режиме порядка 4-х кратной номинальной величины вращающего момента и выше при соответствующем выборе элементной базы преобразователя;
  • Важнейшим, с точки зрения энергосбережения, преимуществом ИП является сохранение высокого значения КПД двигателя, близкого к номинальному (для крупных машин 97-98%), в часто встречающихся режимах работы с неполной нагрузкой на валу;
  • Более высокий КПД преобразователя (инвертора) за счет работы на низкой частоте 100-300 Гц в отличие от инвертора асинхронного двигателя (АД), работающего в режиме ШИМ на частотах в 2500 Гц;
  • Высокое быстродействие за счет малой инерционности без обмоточного ротора и полностью шихтованной ферромагнитной системы статора и ротора, точность управления моментом, возможность плавного регулирования частоты, вращения в широком диапазоне при фазовом управлении ИП без использования преобразователя ОС/ОС для регулирования постоянного напряжения на входе инвертора (необходимого для АД), что также повышает КПД ИП;
  • Простота конструкции магнитопроводов статора, ротора и катушечных обмоток двигателя, не имеющих пересекающихся лобовых частей, обеспечивает высокую технологичность, повышенные надежность, долговечность и ремонтопригодность;
  • Ротор двигателя не содержит обмоток, поэтому от него не требуется отвод тепла;
  • Высокая надежность силового инвертора, обусловленная схемными решениями, исключающими в нем возможность сквозных коротких замыканий;
  • Повышенная живучесть ИП за счет магнитной независимости фазных обмоток в двигателе и электрической независимости фазных блоков в преобразователе питания, поэтому повреждение какой-либо одной или нескольких фаз приводит не к полной потере работоспособности привода, как у АД, а к частичному снижению мощности.

Примеры индукторных приводов, разработанных и сделанных нашим предприятием

 


Электродвигатели ИД-45 хода бурового станка СБШ-250, мощность 45 кВт


Электродвигатель ИД-120 вращения бурового става СБШ-250, мощность 120 кВт изготовлен в корпусе двигателя постоянного тока ДПВ-52, мощностью 60 кВт.


Электродвигатель ИД-1,1. Мощность 1,1 кВт


Электродвигатель ИД-2000 привода гребного винта морского буксира мощность 2 МВт


Электродвигатель ИД-1250, мощность 1250 кВт (заказчик ОАО «Алросса»)

Индукторный тяговый электродвигатель

Первый этап применения индукторного тягового двигателя предусматривает его работу в классическом варианте, т.е. с применением редуктора. При внедрении второго варианта (без редуктора) индукторный двигатель располагается на оси колесной пары, обслуживание редуктора, кожухов, опорных подшипников – отпадает.


Рис. — Ротор и статор разрабатываемого индукторного тягового двигателя для горнорудной промышленности

Заявленная для разработки мощностью двигателя составляет 520 кВт.


Рис. — Внешний вид разрабатываемого индукторного тягового электродвигателя

Индукторный привод ИП-40

На железнодорожном транспорте, работающем на переменном однофазном напряжении, в качестве вспомогательных приводов (вентилятор обдува, компрессор, масляный насос и пр.)  используются асинхронные двигатели. Существует два основных способа преобразования однофазного напряжения для питания 3-х фазных асинхронных двигателей. Первый — это преобразование однофазного напряжения в трехфазное, второй – использование искусственной, конденсаторной фазы. Оба способа имеют недостатки в части качества питающего напряжения, которые негативно сказываются на работе асинхронных электрических машин.

Разработаны приводы для однофазной сети с номинальным напряжением 10 000 В, для тяговых агрегатов в горнорудной промышленности. Индукторный привод вентиляторов обдува оборудования и индукторный привод компрессора с индукторным двигателем ИД-40. Двигатель ИД-40 изготавливается с массогабаритными параметрами асинхронных двигателей типа НВА-55, АНЭ-225, АЭ-92 и их аналогов, применяемых на железнодорожном транспорте. В таблице предоставлены технические характеристики двигателей.

Таблица 1 — Параметры сети, блока управления и двигателя

Параметр
Двигатель ИД-40В Двигатель ИД-40К
Привод вентилятора обдува и компрессора Привод компрессора
Параметры питающей сети блока управления:
— напряжение, В
— частота, Гц
— количество фаз
  400
50
1
Габариты блока управления не более, мм 600 х 300 х 250 750 х 400 х 400
Мощность блока управления, кВт
45
60
Степень защиты блока управления по ГОСТ 14254-96 IP52 IP52
Рабочий диапазон питающего напряжения блока управления, В 300…500 300…500
Номинальная частота вращения двигателя, об/мин 1500 3000
Необходимая мощность двигателя, кВт 40 53
Крутящий момент на валу двигателя, Н*м 254 168
Вращение вала двигателя. Реверсивное По часовой стрелке
Количество зубцов статора (катушек), шт. 18 18
Количество фаз 3 3
Количество катушек на фазу, шт. 6 (соединение последовательное) 6 (соединение последовательно-параллельное)
Количество выводных концов, шт. 6 6
Количество зубцов ротора, шт. 12 12
Режим работы по ГОСТ 183-74 S1 (продолжительный) S1 (продолжительный)
Способ пуска плавный плавный
Степень защиты по ГОСТ 17494-87 IP21 IP21
Способ монтажа по ГОСТ 2479-79 IM1001 IM1001

Рис. —  а) – индукторный двигатель ИД-40.  б) – силовой блок управления.

В целях экономии электроэнергии в блоках управления двигателем предусмотрена обратная связь в функции скорости вращения вала двигателя. Датчиками, воздействия на обратную связь, предусмотрены контроль за температурой нагрева охлаждаемого объекта, за давлением в пневмосистеме. Тип применяемых датчиков согласовывается с Заказчиком.

В блоке управления предусмотрена клеммная коробка для подключения и передачи основных данных работы БУ и ИД-40 на пульт управления агрегатами.

Блок управления имеет защиты:

  1. От внутренних и внешних коротких замыканий;
  2. От перегрузки по току;
  3. Тепловую защиту;
  4. От обрыва фаз в ИД-40;
  5. От превышения максимальной частоты вращения;
  6. От заклинивания вала;
  7. От пониженного входного напряжения.


Компания «Аксиома Света»
дата основания 2009 год.

Электронная почта:
[email protected] 

    Вентильно–индукторный двигатель – это относительно новый тип электромеханического

    Вентильно–индукторный двигатель – это относительно новый тип электромеханического преобразователя энергии, который сочетает в себе Вентильно–индукторный двигатель – это относительно новый тип электромеханического преобразователя энергии, который сочетает в себе свойства и электрической машины, и интегрированной системы регулируемого электропривода.

    Структурная схема вентильно–индукторного двигателя Структурная схема вентильно–индукторного двигателя

    По своей структуре ВИД ничем не отличается от классической системы регулируемого электропривода. Именно поэтому По своей структуре ВИД ничем не отличается от классической системы регулируемого электропривода. Именно поэтому он и обладает всеми ее свойствами. Однако в отличие от регулируемого электропривода, например с асинхронным двигателем, ИМ в ВИД не является самодостаточной. Она принципиально неспособна работать без преобразователя частоты и системы управления. Преобразователь частоты и система управления являются неотъемлемыми частями ИМ, необходимыми для осуществления электромеханического преобразования энергии.

    Особенности конструкции индукторной машины ИМ, входящая в состав ВИД, может иметь различные конструктивные исполнения. Особенности конструкции индукторной машины ИМ, входящая в состав ВИД, может иметь различные конструктивные исполнения. На рисунке приведено поперечное сечение 4 х–фазной ИМ конфигурации 8/6. При обозначении конфигурации ИМ первая цифра указывает число полюсов статора, вторая – ротора.

    Анализ показывает, что ИМ имеет следующие конструктивные особенности: – Сердечники статора и ротора имеют Анализ показывает, что ИМ имеет следующие конструктивные особенности: – Сердечники статора и ротора имеют явнополюсную структуру. – Число полюсов относительно невелико. При этом число полюсов статора больше числа полюсов ротора. – Сердечники статора и ротора выполняются шихтованными. – Обмотка статора – сосредоточенная катушечная. Она может быть одно- или многофазной. – Фаза ИМ, как правило, состоит из двух катушек, расположенных на диаметрально противоположных полюсах статора. Известны ИМ с удвоенным числом полюсов статора и ротора. В 4 х–фазном исполнении они имеют конфигурацию 16/12. Фаза такой ИМ состоит из двух пар катушек, которые располагаются на полюсах статора таким образом, что их оси ортогональны. – Катушки фазы могут быть соединены в электрическом отношении параллельно или последовательно; в магнитном – согласно или встречно. – Обмотка на роторе ИМ отсутствует.

    На рисунке приведены ИД различной конфигурации: Однофазная ИМ конфигурации 2/2 Трехфазная ИМ конфигурации 6/4 На рисунке приведены ИД различной конфигурации: Однофазная ИМ конфигурации 2/2 Трехфазная ИМ конфигурации 6/4 Двухфазная ИМ конфигурации 4/4 Четырехфазная ИМ конфигурации 8/6

    Принцип действия Рассмотрим принцип действия ВИД на примере 4 х–фазного двигателя c ИМ конфигурации Принцип действия Рассмотрим принцип действия ВИД на примере 4 х–фазного двигателя c ИМ конфигурации 8/6 К пояснению принципа действия ВИД: а) рассогласованное положение сердечников для фазы А; б) промежуточное положение сердечников для фазы А; в) согласованное положение сердечников для фазы А.

    Рассогласованным положением сердечников статора и ротора для некоторой фазы ИМ называется такое положение, при Рассогласованным положением сердечников статора и ротора для некоторой фазы ИМ называется такое положение, при котором ось каждой катушки этой фазы совпадает с одной из осей q ротора, то есть зубцы фазы располагаются строго напротив пазов ротора.

    В магнитном поле фазы А ротор будет стремиться ориентироваться таким образом, чтобы магнитный поток, В магнитном поле фазы А ротор будет стремиться ориентироваться таким образом, чтобы магнитный поток, пронизывающий его, принял максимальное значение. При этом на сердечники статора и ротора будут действовать одинаковые по значению и обратные по направлению пондеромоторные силы (ПС) тяжения. Очевидно, что силы, действующие на 1 ый и 4 ый зубцы ротора, будут стремиться повернуть его по часовой стрелке, а силы, действующие на 2 ой и 5 ый зубцы – против. В силу того, что ротор в данном положении симметричен относительно оси возбужденной фазы, равнодействующая азимутальной составляющей этих сил будет равна нулю. Таким образом, в рассогласованном положении ИМ и ВИД не развивают вращающего момента. Рассогласованное положение представляет собой точку неустойчивого равновесия. Действительно, если под действием какого–либо внешнего воздействия ротор отклонится от рассогласованного положения в том или ином направлении, то равнодействующая азимутальных составляющих ПС сердечников уже не будет равна нулю. Следовательно, возникнет вращающий момент, который будет стремиться повернуть ротор в направлении от рассогласованного положения.

    Возьмем другое положение ротора, показанное на рис. б. Здесь фаза А имеет большее потокосцепление Возьмем другое положение ротора, показанное на рис. б. Здесь фаза А имеет большее потокосцепление и индуктивность, чем в рассогласованном положении, что объясняется меньшей величиной зазора между сердечниками. При этом равнодействующая азимутальных составляющих ПС сердечников отлична от нуля, и созданный ею электромагнитный момент стремиться повернуть ротор ИМ против часовой стрелки. Вращение ротора будет продолжаться до тех пор, пока он не займет положение, показанное на рис. В. Оно называется согласованным положением фазы А.

    Согласованным положением сердечников статора и ротора ИМ для какой–либо фазы называется такое положение, при Согласованным положением сердечников статора и ротора ИМ для какой–либо фазы называется такое положение, при котором ось каждой катушки этой фазы совпадает с одной из осей d ротора, то есть зубцы фазы располагаются строго напротив полюсов ротора. Это положение характеризуется максимальным значением индуктивности фазы и сцепленного с ней магнитного потока, что объясняется минимальной величиной магнитного сопротивления зазора между сердечниками. В этом положении ПС притяжения сердечников имеют только радиальные составляющие. В силу чего вращающий момент ИМ в этом положении равен нулю. Согласованное положение представляет собой точку устойчивого равновесия. Действительно, если под действием какой–либо внешней силы ротор отклонится от согласованного положения в ту или иную сторону, то возникший электромагнитный момент будет стремиться вернуть его в согласованное положение.

    Шумы и вибрации ВИД Пондеромоторные силы взаимодействия сердечников статора и ротора в ВИД имеют Шумы и вибрации ВИД Пондеромоторные силы взаимодействия сердечников статора и ротора в ВИД имеют две составляющих: азимутальную, определяющую вращающий момент двигателя, и радиальную, наличие которой влечет за собой деформацию сердечников. Деформация сердечников приводит к возникновению вибрации двигателя и излучению звуковых волн. Исследования показывают, что основным элементом конструкции ВИД, излучающим звуковые волны, является сердечник статора. Для снижения уровня шумов и вибраций следует проектировать ВИД таким образом, чтобы резонансные частоты сердечника статора принимали как можно большие значения. При этом резко снижается вероятность того, что первые гармоники в кривой пондеромоторной силы будут иметь частоты, совпадающие с резонансными. Исследования показывают, что наиболее важными являются первые три резонансные частоты. Характер деформаций статора при возникновении резонанса по ним для случая 3 х-фазного двигателя конфигурации 6/4 представлен на рис.

    Деформация статора при резонансе по первой резонансной частоте. Деформация статора при резонансе по третьей Деформация статора при резонансе по первой резонансной частоте. Деформация статора при резонансе по третьей резонансной частоте. Деформация статора при резонансе по второй резонансной частоте Деформация сердечника статора при работе ВИД.

    Достоинства и недостатки ВИД Все достоинства и недостатки ВИД можно разделить на две группы: Достоинства и недостатки ВИД Все достоинства и недостатки ВИД можно разделить на две группы: – характеристики, обусловленные ИМ; – характеристики, обусловленные преобразователем частоты и системой управления; В соответствии с этими группами ниже приведены достоинства и недостатки ВИД.

    Достоинства ВИД и недостатки, обусловленные ИМ: Достоинства – простота и технологичность конструкции ИМ; – Достоинства ВИД и недостатки, обусловленные ИМ: Достоинства – простота и технологичность конструкции ИМ; – низкая себестоимость; – высокая надежность; – высокая ремонтопригодность; – низкие потери в роторе; – минимальные температурные эффекты; – низкий момент инерции; – возможность работы на больших частотах вращения; – возможность работы в агрессивных средах; – высокая степень утилизации. Недостатки – высокий уровень шумов и вибраций; – плохое использование стали; – работа возможна только совместно с преобразователем частоты; – значительные отходы при штамповке;

    Достоинства и недостатки ВИД, обусловленные преобразователем частоты и системой управления: Достоинства: – возможность оптимального Достоинства и недостатки ВИД, обусловленные преобразователем частоты и системой управления: Достоинства: – возможность оптимального управления процессом электромеханического преобразования энергии для конкретного нагрузочного устройства; – высокие массо-габаритные и энергетические характеристики. Недостатки: – пониженная электросовместимость с сетью из-за высокого содержания высших гармоник в токах обмоток.

    ВИРД с самовозбуждением, что за чудо и как с ним быть

    Давно хотел написать статью про данный тип двигателя, сейчас вот созрел. Сразу прощу прощения за «корявости».
    ВИРД расшифровывается как вентильный индукторно-реактивный двигатель, в иностранной литературе SRM (двигатель с переменным магнитным сопротивлением, двигатель с переключаемыми индукторами, т.е. индуктивностями). Двигатель не новый, более 20 лет назад придуман, но применение было ограниченно в силу отсутствия нормальной силовой электроники.
    Ну, в общем погнали.
    Конструкция двигателя
    Существует два типа двигателя: ВИРД с самовозбуждением (СВ) и ВИРД с независимым возбуждением (НВ). Конструктивно двигатель состоит из двух принципиальных частей: подвижной части (ротор) и неподвижной части (статор). Ротор состоит из листов электротехнической стали (или другого магнитного материала с малыми потерями на перемагничивание), по форме в сечении представляет зубцовую структуру. Статор также имеет зубцовую структуру похожую на машины постоянного и переменного токов, но что касается обмотки статора, то она бывает только сосредоточенной, также на статоре может располагаться обмотка возбуждения, если это двигатель с независимым возбуждением.
    Далее речь пойдёт только о типе с савозбуждением.
    Двигатель называется вентильный индукторно-реактивный, потому что принцип работы основан на изменении индуктивности фаз при вращении ротора, а момент, создаваемый на валу, имеет реактивный характер. Слово вентильный обозначает, в данном случае то, что для работы двигателю требуются ключи, диоды, здесь думаю понятно. Принцип работы более понятно можно сформулировать так: ротор ориентируется в магнитном поле так чтобы оказать наменьшее сопротивление магнитному потоку (индуктивность фазы максимальная), получается своего рода электромагнит, например,

    возьмем трёхфазный двигатель в конструктиве 12/8 (12 зубцов на статоре и 8 зубцов на роторе) и подадим ток в обмотку фазы А (обмотки на рисунке не показаны), ротор станет в положении как на рисунке и так далее подавая по очереди ток в фазы В, потом С, ротор будет вращаться против часовой стрелке, значит данный тип двигателей можно отнести к синхронным машинам (ротор двигается синхронно с полем). Есть одна особенность: если число зубцов у ротора меньше чем у статора, то как в примере ротор вращается против вращения поля (коммутация АВС…), если у ротора больше зубцов то ротор вращается в туже сторону, что и поле.
    Собственно вот так выглядит статор(без обмотки), ротор и пару обмоток в статоре на самом деле:



    Многие могут увидеть сходство с шаговым двигателем, да действительно этот двигатель может работать в шаговом режиме, но у этого двигателя нету постоянных магнитов, и большое значение имеет конфигурация зубцовой зоны (проектируется на стадии расчёта двигателя), также шаговые двигатели обычно имеют ну очень много зубцов, здесь же с такой конфигурацией могут быть двигатели мощностью от 1 кВт до нескольких МВт. Замечу что конфигурации статор/ротор может быть разным и фазность машины может быть любая, наиболее распостранённые 1,2,3,5,6 — ти фазные, справедливости ради 6-ти фазные машины двухпакетные (грубо говоря это две 3-х фазные машины совмешённые в корпусе одной с соответствующим сдвигом).Количество зубцов и фаз влияет на пульсации момента на валу и частоту коммутации фаз.
    Инвертор
    ВИРД с СВ может работать только с инвертором (в подавляющем большинстве это инвертор напряжения). Классическая структурная схема для привода с ВИРД с СВ на рисунке ниже.

    Если исключить из схемы ВИРД и ДПР получим преобразователь.
    Звено DC/DC несомненно даёт большую гибкость в управлении, но система становиться сложнее аппаратно, по моему мнению (результаты видел, но сам не программировал именно такой вариант преобразователя) DC/DC звено улучшает ВШХ (виброшумовые характеристики) двигателя. С целью удешевления, да и упрощения, из схемы исключают DC/DC звено и как следствие один датчик напряжения, поэтому далее рассматривать систему будет без этого звена.
    Выпрямитель самый простой (неуправляемый 6-ти, 12-ти и т.д. пульсный), фильтр просто набор ёмкостей (хотя есть варианты с дополнительным дросселем), в данном случае фильтр выполняет не только свою непосредственную роль, но и выполняет функции обмена энергией с двигателем (в процессе работы двигатель может возвращать до 50% энергии обратно в ёмкости). Минимальная ёмкость необходимая для работы двигателя рассчитывается при проектировании машины. Схемы инверторов напряжения имеет много разновидностей, но есть лишь одна классическая, которая обеспечивает независимую работу фаз двигателя и обеспечивает работоспособность привода, даже при выходе из строя одной или нескольких фаз. Схема для одной фазы двигателя на рисунке ниже (назовём это фазным модулем).

    Для каждой фазы свой фазный модуль. Как можно увидеть в схеме на одну фазу два чоппера (верхний и нижний), то есть получается ассиметричный полумост, ну или косой полумост (не очень нравиться такая формулировка).
    Управление
    Управление буду описывать только для двигательного режима.
    Для подачи импульсов управления согласно положению ротора используют датчик положения ротора. Существуют бездатчиковые методы управления, но во первых практически имеют ограничения и во вторых я знаю только одно практическое упоминание что это работает. Немного отступлюсь: нормально бездатчиковое управление на любом типе привода(асинхронный или постоянные магниты) работает только на медленно меняющихся нагрузках, в каком-то диапазоне скоростей, т.е. имеет ограничения. ДПР может быть двух типов:
    1) Имеет один аналоговый сигнал, по которому можно определить абсолютное положение ротора, либо абсолютный энкодер с большим разрешением (менее полуградуса на оборот).
    2) Цифровой с количеством выходов соответствующих количеству фаз.
    Первый тип достаточно дорог и не применяется. А вот второй хоть и менее точный, но это компенсируется программными средствами.
    Для дальнейшего понимания процесса управления все действия буду описывать с одной фазой, например А. Существует понятие геометрические градусы и электрические градусы (эл.град.). Что такое геометрические градусы объяснять думаю не надо (один оборот ротора 360 геом. градусов). А вот под понятием электрические градусы понимают следующее: положение паз ротора — зубец статора называют ноль эл.град., положение зубец ротора — зубец статора считается 180 эл.град. Если поставить зубец(паз) ротора напротив зубца статора и вращать ротор до следующего такого же положения, то получим 360 эл.град.
    Следовательно чтобы пересчитать электрические градусы в геометрические нужно
    (360 геом.град.)/Z = (360 эл.градусов),
    где Z — число зубцов ротора. Ну а другие отношения можно найти из получившейся пропорции.
    При одноимпульсном управлении форма тока и напряжения на одной фазе двигателя будет выглядеть так:

    Управление можно разделить на три фазы:
    1) Включение обоих транзисторов в фазном модуле, в данном случае это от 0 до 120 эл.град. по положению ротора.
    2) Один транзистор включён один выключен (неважно какой), в данном случае 120-180 эл.град. по положению ротора.
    3) Выключены оба транзистора в фазном модуле, в данном случае 180-360(0) эл.град. по положению ротора.
    На приведённом рисунке импульс подаётся в нулевом положении ротора, длительность импульса 120 эл.град., длительность медленной «расфорсировки» фазы 60 эл.град. (180-120=60), далее идёт быстрая «расфорсировка» фазы (процесс напрямую не контролируемый). Из этого следует что для управления двигателем нужно три параметра:
    1) Угол включения, подачи импульса (в данном случае ноль).
    2) Длительность импульса (в данном случае 120 эл.град.).
    3) Длительность медленной «расфорсировки» фазы (в данном случае 60 эл.град.).
    Для того чтобы управлять m-фазным двигателем нужно знать точку отчёта каждой фазы, для этого у ДПР и имеется индивидуальный сигнал для каждой фазы (либо можно всё считать от сигнала ДПР какой то одной фазы с соответствующими сдвигами эл.град.)
    Стоит отметить что третий параметр управления вводится для улучшения ВШХ и повышения КПД привода.
    Одно импульсный режим хорош тем что частота коммутаций будет определяться оборотами и числом зубцов ротора:
    Частота коммутаций = (частота вращения в герцах)*Z.
    Например: при числе зубцов ротора 12 и частоте вращения 1000 об/мин, частота коммутаций 200 Гц.
    Но есть небольшое но — это если рассматривать пуск двигателя с нуля то может потребоваться использование ШИМ одного из двух ключей, для ограничения тока через транзисторы, но опять же это пока двигатель не выйден на режим одноимпульсного управления, соответственно в момент подачи импульса форма тока будет напоминать ступеньки.
    И в итоге
    В чём преимущества этого привода можно почитать например здесь, чтобы не писать тоже самое сюда:
    ru.wikipedia.org/wiki/Вентильный_реактивный_электродвигатель
    Недостаток пожалуй самый главный в том, что нету массового производства такого привода и как следствие цена даже маломощных приводов выходит дороже чем аналогичного по мощности другого типа приводов, хотя конструкция машины проще не придумаешь.
    По поводу где это используется имею следующие данные: приводы насосов, холодильных установок, тяговые привода и т.п. Известные реализации из машин большой мощности: 2МВт — гребной двигатель, 4х1300 кВт — групповой привод конвеера.
    Ну и так напоследок уже достаточно давно на ВАЗе существует безщеточный генератор ВИРД 5-ть фаз с НВ.
    Также можно приводом играть мелодии примитивные:): www.youtube.com/watch?v=rLarlESmw0g&feature=youtu.be

    вентильно-индукторный двигатель расчет и проектирование — Мир науки,техники,медицины и образования © первая научно-техническая коммерческая социальная сеть

    Бегущая строка в HTML

    Социальная сеть «Мир науки,техники, медицины и образования» создана для того, чтобы объединить всех ученых, разработчиков,промышленников,преподавателей,учителей, студентов , школьников и просто умных и грамотных людей, дать им возможность заниматься любимым творчеством и получать достойную оплату своего труда, получать необходимые знания, делиться опытом друг с другом. Пользователи портала имеют возможность заявить о себе всему миру на 12 мировых языках, добавлять новости,размещать свои статьи согласно классификатору УДК, вести свой блог, писать посты, писать рецензии на размещенные на сайте статьи, объединяться в группы по интересам, создавать временные и постоянные творческие коллективы. Размещать на торговой площадке свою интеллектуальную собственность- литературу, программное обеспечение, видеоуроки,патенты, ноу-хау, торговые марки, авторские права, конструкторско-технологическую документацию. Размещать информацию о технологических мощностях вашего производства и искать изготовителей, которые смогут изготовить продукцию по вашим чертежам. Размещать информацию о станках,оборудовании,приборах,компьютерах и т.д. Размещать свои фото и видео альбомы, ограничивая или открывая к ним доступ пользователей. Гибкая реферальная партнерская программа позволяет вам зарабатывать до 18% от дохода тех пользователей портала, которых вы привели и зарегистрировали по вашей реферальной ссылке. Если Вы заинтересованы в развитии данного проекта, просим Вас всеми доступными способами размещать ссылки на наш проект на всех доступных Вам ресурсах, в новостях, на досках объявлений, форумах, приводить на сайт своих друзей по реферальным ссылкам в вашем профиле пользователя и зарабатывать на этом деньги. Это сделает наш проект популярным и даст пользователям возможность расширить свой круг знакомств в интеллектуальной и производственной сферах.Теперь у нас есть собственная энциклопедия- словарь, которую могут дополнять и редактировать сами пользователи, при чем на нескольких языках.

    Вентильные двигатели. Виды и устройство. Работа и применение

    Электродвигатели, работающие от постоянного тока, обычно обладают более высокими экономическими и техническими характеристиками, по сравнению с двигателями переменного тока. Единственным серьезным недостатком является наличие щеточного механизма, существенно понижающего надежность всей конструкции, повышающего инерционность ротора, взрывоопасность двигателя, а также создает радиопомехи.

    Поэтому были созданы бесконтактные двигатели, работающие от постоянного тока, которые получили название вентильные двигатели. Создание такого нового устройства стало возможным, благодаря появлению полупроводников. Щеточный механизм в этой конструкции заменен коммутатором на основе полупроводниковых элементов. Якорь является неподвижным элементом, а на роторе закреплены постоянные магниты.

    В целом вентильные двигатели включают в себя три подсистемы:
    1. Электронную.
    2. Механическую.
    3. Электрическую.

    В результате получается мехатронное устройство, которое позволяет сделать корпус более компактным, избавиться от дополнительных деталей, лишних преобразователей, а соответственно сделать весь привод механизма более надежным.

    Устройство и работа

    Вентильный электродвигатель представляет собой измененный вариант коллекторного мотора постоянного тока. Мотор имеет индуктор, расположенный на роторе, обмотка якоря находится на статоре. Электричество подается управляющими командами на статорные обмотки, в зависимости от угла поворота ротора, который определяется встроенными датчиками Холла.

    Ротор

    Основу этого элемента составляет многополюсный постоянный магнит, который может иметь разное количество пар полюсов (от 2 до 8), с чередованием полюсов. Поначалу для производства роторов применяли ферритовые магниты невысокой стоимости. Однако ферритовые магниты имеют недостаток в том, что у них низкое значение магнитной индукции.

    Современные конструкции роторов оснащают магнитами, изготовленными из редкоземельных элементов. Они дают возможность получить большую магнитную индукцию, а также сделать ротор более компактным.

    Статор

    Вентильный электродвигатель обычно имеет статор, состоящий из 3-х обмоток, соединенных «звездой» без отвода от средней точки, и внешне похожий на статор асинхронного мотора. Существуют вентильные двигатели со статором с большим количеством обмоток, а кроме схемы «звезды» их могут соединять «треугольником». Трехфазная структура обмоток считается наиболее эффективной при наименьшем количестве обмоток.

    Если сравнивать две рассмотренные схемы соединения, то схема «звезды» предполагает больший момент вращения и меньшие показатели противо-ЭДС, в отличие от схемы «треугольника». Поэтому «звезду» чаще всего применяют для получения больших крутящих моментов, а «треугольник» — больших скоростей вращения.

    Датчики положения и термодатчик

    Этот чувствительный элемент создает обратную связь, и определяет положение ротора. Такие датчики могут работать по разным принципам – эффекта Холла, фотоэлектрическому и т.д. Большое распространение получили фотоэлектрические и датчики Холла. Они не имеют инерционности и дают возможность работы без запаздывания при определении положения ротора.

    Фотоэлектрический датчик в его стандартном виде имеет три стационарных фотоприемника. Они по очереди закрываются шторкой, которая крутится синхронно ротору. Двоичный код, поступающий от датчиков, фиксирует шесть разных положений ротора. Управляющее устройство преобразует сигналы датчиков в управляющие импульсы напряжений, которые в свою очередь управляют полупроводниковыми ключами.

    В каждый рабочий такт мотора включены два силовых ключа, и к электроэнергии подключены две обмотки из трех. Якорные обмотки расположены со сдвигом 120 градусов, и соединены между собой так, что при управлении силовыми ключами образуется вращающееся магнитное поле.

    Дополнительно в вентильном двигателе могут иметься термодатчик, тормозной механизм. Тахогенератор используется в случае работы мотора в режиме стабилизации скорости с большой точностью.

    Термодатчик служит для предохранения обмоток от перегрева, и включает в себя несколько позисторов, соединенных друг с другом между собой последовательно. Позисторы – резисторы, сопротивление которых зависит от температуры, чем больше температура, тем выше их сопротивление.

    Принцип действия

    Контроллер вентильного двигателя подключает обмотки статора так, что направление магнитного поля статора всегда перпендикулярно направлению поля ротора. Благодаря широтно-импульсной модуляции контроллер управляет током, который проходит по обмоткам. В результате создается момент вращения ротора, который регулируется.

    Виды
    Вентильные двигатели бывают постоянного и переменного тока. Кроме того, их разделяют на виды по числу фаз:
    • Однофазные. Это наиболее простая конструкция вентильных двигателей с минимальным числом связей между электронной системой и мотором. К недостаткам однофазных двигателей относятся большие пульсации, невозможность пуска при некоторых положениях ротора. Однофазные моторы широко используются в механизмах, где необходима высокая скорость работы.
    • Двухфазные. Такие вентильные двигатели работают в механизмах, где обязательно наличие связи обмотки и статора. К недостаткам можно отнести большой момент вращения и сильные пульсации, способные привести к отрицательным последствиям.
    • Трехфазные. Эта дисковая конструкция мотора применяется для создания момента вращения, не применяя для этого большое число фаз. Этот вид моторов используется во многих отраслях промышленности, а также в бытовых условиях. Это наиболее распространенная конструкция, по сравнению с другими. Трехфазные двигатели вентильного типа, имеющие четное количество полюсов, стали хорошим вариантом для устройств, где требуется сочетание небольшой скорости и высокой мощности. Недостатками 3-фазных вентильных моторов является высокий уровень шума.
    • 4-фазные. У таких двигателей значительно уменьшен момент вращения и пульсаций. Используются они достаточно редко, так как они имеют высокую стоимость.

    Вентильные двигатели применяются во многих областях производства, например, на буровых установках, в системах охлаждения на химических заводах, на нефтяных скважинах.

    Достоинства
    • Небольшие потери энергии, благодаря малому магнитному сопротивлению.
    • Высокая безопасность при работе на максимальных нагрузках.
    • Широкий интервал рабочих скоростей.
    • Высокая точность работы и динамика.
    • Плавное переключение скоростей.
    • Нет коллекторного щеточного узла, который требует техобслуживания.
    • Возможность применения в агрессивной среде.
    • Длительный срок службы.
    • Высокая надежность.
    Недостатки
    • Сложное управление.
    • Высокий показатель шума.
    • Высокая стоимость, в отличие от других аналогичных моторов, так как используются полупроводниковые силовые ключи.
    Похожие темы:

    Вентильно-индукторный двигатель ДВИ

    Весь каталог — индукторные машины

    Вентильно-индукторный двигатель ДВИ применяется в составе вентильно-индукторного привода с системой управления частоты вращения при проведении испытаний систем гидроагрегатов, насосов и узлов мощностью от 5 до 500кВт с помощью изменения частоты вращения двигателя в диапазоне от 300 до 3000об/мин.

    Двигатель имеет реверсивное направление вращения.
    Вид климатического исполнения электродвигателя У3.
    Конструктивное исполнение по способу монтажа IМ1002.
    Режим работы продолжительный S1.
    Степень защиты IP54.
    Охлаждение ICA 0141.

    По желанию заказчика двигатель изготавливается во взрывобезопасном исполнении. Изоляция обмоток класса нагревостойкости F (термореактивная, влагостойкая). В двигатель встроены датчики термоконтроля, которые измеряют температуры обмоток якоря, подшипников и возбуждения.

    Система электропривода осуществляет продолжительный режим работы с заданной частотой и номинальным моментом, а также плавное регулирование частоты вращения в заданных пределах при моменте сопротивления на валу двигателя, который не превышает номинальный момент.

    В составе электропривода находится блок авто-управления — Универсал 500 ВИ, скомпонованный из трех модулей — Универсал 160 В. Универсал 500 ВИ имеет специальное программное обеспечение и датчики для управления двигателем.

    Двигатели ДВИ применяются для автоматизированных регулируемых электроприводов в станкостроении, тяговых электродвигателей транспортных средств, высокооборотных электроприводов насосов, а так же компрессоров для нефтяной и газовой промышленности. В основные преимущества электродвигателей перед аналогами входят:
    — простота конструкции электродвигателя;
    — высокая надежность изделия;
    — плавное, бесконтактное, регулирование частоты вращения (двухзонное) в широких пределах
    и постоянстве вращающего момента;
    — высокие показатели динамических характеристик;
    — минимальные пульсации вращающего момента;
    — небольшой объем технического обслуживания в период эксплуатации;
    — снижение массы и габаритов двигателя.

    Условные обозначения электродвигателя ДВИ

    (ДВИ) двигатель вентильно-индукторный, (500) мощность кВт, (3000) частота вращения об/мин, (У3) вид климатического исполнения.

    Основные технические данные электродвигателя ДВИ

    Типоразмер

    Мощность, кВт/кВА

    Напряжение, В

    Частота вращения, об/мин

    КПД, %

    Масса, кг

    500/3000 -УЗ

    500

    380

    3000

    96

    2400

    Габаритные и присоединительные размеры электродвигателя ДВИ

     


    Каталог — индукторные машины


    При оформлении заказа обеспечивается доставка оборудования по всей России (полный список регионов России)

    Многолетний опыт работы на рынке электротехнического оборудования, сотрудничество с заводами-изготовителями, а также наличие продукции на наших складах, позволяет осуществлять покупку и доставку электрооборудования и комплектующих в кратчайшие сроки. Специалисты компании «СпецЭлектро» помогут найти оптимальное решение по техническим характеристикам, цене и времени доставки электродвигателя или оборудования для Вашей задачи. Наши специалисты подберут замену для устаревшей серии оборудования и ответят на все интересующие Вас вопросы, помогут купить электродвигатель и подходящее вам оборудование.

    Купить электрооборудование с доставкой — это просто!

    При покупке электрооборудования, компания обеспечит постгарантийное обслуживание

    Вентильные индукторные электроприводы

    Вентильные индукторные электроприводы (ВИП) — это сочетание индукторной машины и полупроводникового преобразователя, являющихся новым витком в развитии электромеханики регулируемого электропривода. В конструкции ВИП материалоемкость снижена в 1,7 раза, применены энергосберегающие технологии, позволяющие экономить электроэнергию порядка 30-40%.

    ООО «Аксиома Света» совместно с ООО «ПромЭлКом» занимается разработкой конструкторской документации и изготовлением вентильно-индукторного привода (ВИП). Наше сотрудничество с учеными УНПК ЮРГТУ г. Новочеркасск на сегодняшний день позволило изготовить целый ряд индукторного привода мощностью от 1 кВт до 2000 кВт.


    Технология изготовления и применения управляемого ВИП является передовой и наиболее перспективной в области силового электропривода. Индукторный двигатель имеет простую и надёжную конструкцию. Ротор — зубчатый без обмоток, не имеет стержней и постоянных магнитов, набирается из листов электротехнической стали. Статор — зубчатый, шихтованный, обмотка в виде катушек, устанавливаемых на зубцы (полюсы) и объединённых в несколько фаз. Катушки не имеют пересекающихся лобовых частей, что повышает их долговечность и обеспечивает легкую ремонтопригодность (достаточно заменить одну катушку, вышедшую из строя, при этом соседние катушки остаются нетронутыми).

    Питается индукторный двигатель от блока управления, с применением IGBT транзисторов, путём поочерёдной подачи импульсов напряжения на катушки по сигналам от датчика положения ротора, что обеспечивает формирование электромеханической характеристики практически в любом диапазоне. Изменением частоты следования импульсов на разные фазы регулируется частота вращения ротора в широких пределах при сохранении неизменным КПД. Изменением длительности импульсов напряжения регулируется момент и мощность двигателя.

    Естественная характеристика индукторного двигателя схожа с характеристикой машины постоянного тока с последовательным возбуждением, что даёт возможность получать повышенные моменты для низкооборотных механизмов. Программно-управляемая микропроцессорная система позволяет осуществлять коррекцию естественно падающей механической характеристики при реализации электропривода для тяговой, вентиляторной, крановой, экскаваторной и другими типами нагрузок.

    Индукторный двигатель  характеризуется длительной и безотказной работой в динамических режимах с частыми пиками и остановками. При этом пуск механизма осуществляется плавно. В ИД отсутствуют пусковые токи. При запуске величина токов не превышает номинальных значений. Максимальная частота управляющих импульсов не превышает 250 — 300 Гц.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *