מנוע שסתום

למכונות DC, ככלל, יש אינדיקטורים טכניים וכלכליים גבוהים יותר (לינאריות של מאפיינים, יעילות גבוהה, ממדים קטנים וכו') מאשר מכונות זרם חילופין. חסרון משמעותי הוא נוכחות של מנגנון מברשת, המפחית את האמינות, מגביר את מומנט האינרציה, יוצר הפרעות רדיו, סכנת פיצוץ וכו'. לכן, באופן טבעי, המשימה ליצור מנוע DC נטול מגע (ללא מברשות).

הפתרון לבעיה זו התאפשר עם הופעת התקני מוליכים למחצה. במנוע DC ללא מגע, הנקרא מנוע זרם שסתום קבוע, ערכת המברשות מוחלפת במתג מוליכים למחצה, האבזור נייח, הרוטור הוא מגנט קבוע.

עקרון הפעולה של מנוע השסתום

מנוע השסתום מובן כמערכת הנעה חשמלית משתנה המורכבת ממנוע חשמלי זרם חילופין דומה מבחינה מבנית למכונה סינכרונית, ממיר שסתומים והתקני בקרה המספקים העברת מעגלי פיתול המנוע בהתאם למיקום רוטור המנוע.במובן זה, מנוע שסתום דומה למנוע DC שבו, באמצעות מתג התמורה, מחובר הסיבוב של פיתול האבזור, הממוקם מתחת לקטבי השדה.

מנוע DC הוא מכשיר אלקטרומכני מורכב המשלב את המכונה החשמלית הפשוטה ביותר ומערכת בקרה אלקטרונית.

למנועי זרם ישר יש חסרונות רציניים, בעיקר בגלל נוכחות של אספן מברשות:

1. אמינות לא מספקת של מנגנון האספן, הצורך בתחזוקה תקופתית שלו.

2. ערכים מוגבלים של מתח האבזור ובהתאם, הספק של מנועי DC, מה שמגביל את השימוש בהם עבור כוננים מהירים ובעלי הספק גבוה.

3. קיבולת עומס מוגבלת של מנועי DC, מגבילה את קצב השינוי של זרם האבזור, שהוא חיוני עבור כוננים חשמליים דינמיים במיוחד.

במנוע שסתומים, החסרונות הללו אינם באים לידי ביטוי, שכן כאן מתג אספן המברשות מוחלף במתג ללא מגע המיוצר על תיריסטורים (עבור כוננים בעלי הספק גבוה) או טרנזיסטורים (עבור כוננים בהספק של עד 200 קילוואט ). בהתבסס על זה, מנוע שסתום המבוסס מבחינה מבנית על מכונה סינכרונית נקרא לעתים קרובות מנוע DC ללא מגע.

מבחינת יכולת שליטה, מנוע ללא מברשות דומה גם למנוע DC - מהירותו מותאמת על ידי שינוי גודל מתח ה-DC המופעל. בשל איכויות הוויסות הטובות שלהם, מנועי שסתומים נמצאים בשימוש נרחב להנעת רובוטים שונים, מכונות חיתוך מתכת, מכונות ומנגנונים תעשייתיים.

קומוטטור טרנזיסטור מגנט קבוע עם הנעה חשמלית

מנוע השסתום מסוג זה נעשה על בסיס מכונה סינכרונית תלת פאזית עם מגנטים קבועים על הרוטור. פיתולי סטטור תלת פאזיים מסופקים עם זרם ישר המסופק בסדרה לשתי פיתולי פאזה המחוברים בסדרה. מיתוג הפיתולים מתבצע ע"י מתג טרנזיסטור העשוי לפי מעגל גשר תלת פאזי. מתגי הטרנזיסטור נפתחים ונסגרים בהתאם למיקום רוטור המנוע. תרשים מנוע השסתום מוצג באיור.

תאנה. 1. תרשים של מנוע שסתום עם מתג טרנזיסטור

המומנט שנוצר על ידי המנוע נקבע על ידי האינטראקציה של שני חוטים:

• הסטטור שנוצר על ידי הזרם בפיתולי הסטטור,

• רוטור שנוצר ממגנטים קבועים בעלי אנרגיה גבוהה (מבוסס על סגסוגות סמריום-קובלט ואחרות).

כאשר: θ היא זווית המוצקה בין וקטור השטף של הסטטור והרוטור; pn הוא מספר זוגות הקטבים.

השטף המגנטי של הסטטור נוטה לסובב את רוטור המגנט הקבוע כך ששטף הרוטור יתאים בכיוון לשטף הסטטור (אל תשכח את המחט המגנטית, המצפן).

המומנט הגדול ביותר שנוצר על ציר הרוטור יהיה בזווית בין וקטורי השטף השווה ל-π / 2 ויקטן לאפס ככל שזרימות השטף מתקרבות. תלות זו מוצגת באיור. 2.

הבה נבחן את הדיאגרמה המרחבית של וקטורי השטף המתאימים למצב המנוע (עם מספר זוגות הקטבים pn = 1). נניח שכרגע הטרנזיסטורים VT3 ו-VT2 מופעלים (ראה תרשים באיור 1). ואז הזרם זורם דרך הפיתול של שלב B ובכיוון ההפוך דרך הפיתול של שלב A. הווקטור ppm המתקבל. הסטטור יתפוס את מיקום F3 בחלל (ראה איור 3).

אם הרוטור נמצא כעת במצב המוצג באיור. 4, אז המנוע יפתח לפי 1 את המומנט המרבי שבו הרוטור יסתובב עם כיוון השעון. ככל שהזווית θ יורדת, המומנט יקטן. כאשר הרוטור מסובב 30 מעלות, יש צורך לפי הגרף באיור. 2. החלף את הזרם בשלבי המנוע כך שהסטטור הווקטור של ppm המתקבל יהיה במצב F4 (ראה איור 3). כדי לעשות זאת, כבה את הטרנזיסטור VT3 והפעל את הטרנזיסטור VT5.

מיתוג השלב מתבצע על ידי מתג טרנזיסטור VT1-VT6 הנשלט על ידי חיישן מיקום הרוטור DR; במקרה זה, הזווית θ נשמרת בטווח של 90° ± 30°, המתאים לערך המומנט המרבי עם האדוות הקטנות ביותר. ב-ρn = 1, יש לבצע שישה מתגים לכל סיבוב אחד של הרוטור, לכן ppm. הסטטור יעשה מהפכה מלאה (ראה איור 3). כאשר מספר זוגות הקטבים גדול מאחדות, הסיבוב של וקטור ppm הסטטור ולכן הרוטור יהיה 360/pn מעלות.

תאנה. 2. תלות של מומנט המנוע בזווית בין וקטור השטף של הסטטור והרוטור (ב-pn = 1)

תאנה. 3. תרשים מרחבי של הסטטור ppm בעת החלפת השלבים של מנוע השסתום

תאנה. 4. דיאגרמה מרחבית במצב מנוע

התאמת ערך המומנט מתבצעת על ידי שינוי ערך ה-ppm. סטטור, כלומר. שינוי בערך הממוצע של הזרם בפיתולי הסטטור

כאשר: R1 הוא התנגדות פיתול הסטטור.

מכיוון ששטף המנוע קבוע, ה-emf המושרה בשני פיתולי סטטור המחוברים בסדרה יהיה פרופורציונלי למהירות הרוטור.משוואת שיווי המשקל החשמלי עבור מעגלי הסטטור תהיה

כאשר המתגים כבויים, הזרם בפיתולי הסטטור אינו נעלם מיד, אלא נסגר דרך הדיודות ההפוכות וקבל המסנן C.

לכן, על ידי התאמת מתח אספקת המנוע U1, ניתן להתאים את גודל זרם הסטטור ומומנט המנוע

קל לראות שהביטויים המתקבלים דומים לביטויים אנלוגיים עבור מנוע DC, וכתוצאה מכך המאפיינים המכניים של מנוע שסתום במעגל זה דומים למאפיינים של מנוע DC עם עירור עצמאי ב- Φ = const .

נעשה שינוי במתח האספקה ​​של המנוע ללא מברשות במעגל הנדון לפי שיטת התאמת רוחב הדופק... על ידי שינוי מחזור העבודה של הפולסים של הטרנזיסטורים VT1-VT6 במהלך תקופות הכללתם, ניתן להתאים את הערך הממוצע של המתח המסופק לפיתולי הסטטור של המנוע.

כדי להחיל את מצב העצירה, יש לשנות את אלגוריתם פעולת מתג הטרנזיסטור באופן שבו וקטור ה-ppm של הסטטור יאחר את וקטור שטף הרוטור. אז מומנט המנוע יהפוך לשלילי. מכיוון שמיישר לא מבוקר מותקן בכניסה של הממיר, חידוש אנרגיית בלימה במעגל זה בלתי אפשרי.

במהלך הכיבוי נטען מחדש הקבל של מסנן C. הגבלת המתח על הקבלים מתבצעת על ידי חיבור התנגדות הפריקה דרך הטרנזיסטור VT7. בדרך זו, אנרגיית הבלימה מתפזרת בהתנגדות העומס.