בקרת מיישר

המילה «שסתום» בשם המנוע באה מהמילה «שסתום», שפירושה מתג מוליכים למחצה. לפיכך, באופן עקרוני, הכונן יכול להיקרא כונן שסתום אם אופן הפעולה שלו נשלט על ידי ממיר מיוחד של מתגי מוליכים למחצה מבוקרים.

כונן השסתומים עצמו הוא מערכת אלקטרו-מכאנית המורכבת ממכונה סינכרונית עם מגנטים קבועים על הרוטור ומקומוטטור אלקטרוני (המפעיל את פיתולי הסטטור) עם מערכת בקרה אוטומטית מבוססת חיישנים.

באותם תחומי טכנולוגיה רבים שבהם הותקנו באופן מסורתי מנועים אסינכרוניים או מכונות DC, כיום ניתן למצוא לעתים קרובות מנועי שסתומים בדיוק כאשר חומרים מגנטיים נעשים זולים יותר והבסיס של אלקטרוניקה מוליכים למחצה ומערכות בקרה מתפתח מהר מאוד.

למנועים סינכרוניים של רוטור מגנט קבוע יש מספר יתרונות:

• אין מכשיר לאיסוף מברשות, לכן משאב המנוע ארוך יותר ואמינותו גבוהה מזו של מכונות עם מגעים הזזה, בנוסף, טווח סיבובי ההפעלה גבוה יותר;

• מגוון רחב של מתחי אספקה ​​של הפיתולים; עומס מומנט משמעותי מותר - יותר מפי 5;

• דינמיקה גבוהה של הרגע;

• אפשר להתאים את המהירות עם שימור המומנט בסיבובים נמוכים או עם שימור הכוח בסיבובים גבוהים;

• יעילות מעל 90%;

• הפסדי סרק מינימליים;

• תכונות קטנות של משקל וגודל.

מגנטים ניאודימיום-ברזל-בורון מסוגלים ליצור אינדוקציה בפער בסדר גודל של 0.8 T, כלומר ברמה של מכונות אסינכרוניות, וההפסדים האלקטרומגנטיים העיקריים ברוטור כזה נעדרים. המשמעות היא שניתן להגדיל את עומס הקו על הרוטור מבלי להגדיל את סך ההפסדים.

זו הסיבה ליעילות האלקטרו-מכאנית הגבוהה יותר. מנועי שסתומים בהשוואה למכונות אחרות ללא מברשות כגון מנועי אינדוקציה. מאותה סיבה, מנועי שסתומים תופסים כעת מקום ראוי בקטלוגים של יצרנים זרים ומקומיים מובילים.

השליטה במתגי המהפך במנוע מגנט קבוע נעשית באופן מסורתי כפונקציה של מיקום הרוטור שלו. מאפייני הביצועים הגבוהים שהושגו כך הופכים את הפעלת השסתומים למבטיחה מאוד בטווח ההספק הקטן והבינוני עבור מערכות אוטומציה, כלי מכונות, רובוטים, מניפולטורים, התקני קואורדינטות, קווי עיבוד והרכבה, מערכות הדרכה ומעקב, לתעופה, רפואה, תחבורה וכו'. . .ג.

בפרט, מנועי שסתום דיסק מתיחה עם הספק של יותר מ-100 קילוואט מיוצרים לתחבורה חשמלית עירונית. כאן, נעשה שימוש במגנטים ניאודימיום-ברזל-בורון עם תוספים מתג אשר מגבירים את כוח הכפייה ומגבירים את טמפרטורת הפעולה של המגנטים ל-170 מעלות צלזיוס, כך שהמנוע יכול לעמוד בקלות בעומסי זרם ומומנט לטווח קצר פי חמישה.

כונני היגוי לצוללות, יבשה וכלי טיס, מנועי גלגלים, מכונות כביסה - מנועי שסתומים מוצאים כיום יישומים שימושיים במקומות רבים.

מנועי שסתומים הם משני סוגים: זרם ישר (BLDC - DC ללא מברשות) וזרם חילופין (PMAC - מגנט קבוע AC). במנועי DC, EMF הטרפז של הסיבוב בפיתולים נובע מסידור מגנטי הרוטור ופיתולי הסטטור. במנועי AC, כוח הסיבוב האלקטרו-מוטיבי הוא סינוסואידי. במאמר זה נדבר על השליטה בסוג נפוץ מאוד של מנוע ללא מברשות - BLDC (זרם ישר).

מנוע שסתום DC ועיקרון הבקרה שלו מנועי BLDC נבדלים בנוכחות של מתג מוליכים למחצה הפועל במקום בלוק איסוף המברשות האופייני ל מכונות DC עם פיתול סטטור ורוטור מגנטי.

החלפת קומוטטור מנוע השסתום מתבצעת בהתאם למיקום הנוכחי של הרוטור (בהתאם למיקום הרוטור). לרוב, פיתול הסטטור הוא תלת פאזי, זהה לזה של מנוע אינדוקציה המחובר לכוכב, ובניית רוטור המגנט הקבוע יכולה להיות שונה.

מומנט ההנעה ב-BLDC נוצר כתוצאה מאינטראקציה של השטפים המגנטיים של הסטטור והרוטור: השטף המגנטי של הסטטור כל הזמן נוטה לסובב את הרוטור במצב כזה שהשטף המגנטי של המגנטים הקבועים המותקן עליו חופף בכיוון השטף המגנטי של הסטטור.

באותו אופן, השדה המגנטי של כדור הארץ מכוון את מחט המצפן - הוא פושט אותה "לאורך השדה". חיישן מיקום הרוטור מאפשר לך לשמור על הזווית בין הזרימות קבועה ברמה של 90 ± 30 מעלות, במצב זה המומנט הוא מקסימלי.

מתג המוליכים למחצה של ספק הכוח BLDC הוא ממיר מוליכים למחצה מבוקר עם אלגוריתם קשיח של 120 מעלות למיתוג מתחים או זרמים של שלושה שלבי פעולה.

דוגמה לתרשים פונקציונלי של קטע הכוח של ממיר עם אפשרות לבלימה רגנרטיבית מוצגת באיור שלמעלה. כאן, המהפך עם אפנון משרעת-פולס של הפלט כלול טרנזיסטורי IGBT, והמשרעת מותאמת בזכות אפנון רוחב דופק על קישור DC ביניים.

בעיקרון, למטרה זו משתמשים בממירי תדר תיריסטורים עם ממיר מתח או זרם אוטונומי עם בקרת הספק וממירי תדר טרנזיסטור עם מהפך מתח אוטונומי הנשלט במצב PWM או עם ויסות ממסר של זרם המוצא.

כתוצאה מכך, המאפיינים האלקטרו-מכאניים של המנוע דומים למכונות DC מסורתיות עם עירור מגנו-אלקטרי או עצמאי, וזו הסיבה שמערכות בקרת BLDC בנויות על פי העיקרון הקלאסי של בקרת קואורדינטות עבדים של כונן DC עם סיבובי רוטור ולולאות זרם של הסטטור.

להפעלה נכונה של הקומוטטור, חיישן בדיד קיבולי או אינדוקטיבי יחד עם מנוע הקוטב יכול לשמש כחיישן או מערכת מבוסס על חיישני אפקט הול עם מגנטים קבועים.

עם זאת, נוכחותו של חיישן מסבכת לעתים קרובות את העיצוב של המכונה כולה, ובחלק מהיישומים לא ניתן להתקין כלל את חיישן מיקום הרוטור. לכן, בפועל, לעתים קרובות הם פונים לשימוש במערכות בקרה "ללא חיישן". אלגוריתם הבקרה ללא חיישנים מבוסס על ניתוח נתונים ישירות ממסופי המהפך ותדר הנוכחי של הרוטור או ספק הכוח.

האלגוריתם הפופולרי ביותר ללא חיישן מבוסס על חישוב EMF עבור אחד משלבי המנוע, המנותק מאספקת החשמל כרגע. מעבר ה-EMF של שלב הכיבוי דרך אפס קבוע, נקבעת תזוזה של 90 מעלות, מחושב הרגע בזמן שבו אמצע הדופק הנוכחי הבא אמור ליפול. היתרון של שיטה זו הוא הפשטות שלה, אבל יש גם חסרונות: במהירויות נמוכות, זה די קשה לקבוע את רגע החצייה אפס; ההאטה תהיה מדויקת רק במהירות סיבוב קבועה.

בינתיים, לשליטה מדויקת יותר, נעשה שימוש בשיטות מורכבות להערכת מיקום הרוטור: לפי חיבור השטף של השלבים, לפי ההרמונית השלישית של EMF של הפיתולים, לפי שינויים בהשראות של הפיתולים. פיתולי פאזה.

שקול דוגמה לניטור חיבורי סטרימינג. אדוות מומנט BLDC כאשר המנוע מסופק עם פעימות מתח מלבניות ידוע כמגיע ל-25%, וכתוצאה מכך סיבוב לא אחיד, יוצר מגבלת בקרת מהירות מתחת. לכן, זרמים קרובים לצורת ריבוע נוצרים בשלבי הסטטור באמצעות לולאות בקרה סגורות.