Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!
Neustále zdokonaľovanie technológií a vývoj presných elektrických zariadení vedie k vytváraniu nových a transformácii starých zariadení. Takémuto zlepšeniu sú podrobené aj elektrické stroje, ktoré boli opakovane prestavované na získanie presného polohovania. S masovým zavedením polovodičových súčiastok bolo možné nahradiť klasické kefy s p-n prechodmi, v dôsledku čoho vznikol ventilový motor.
Dizajn a princíp fungovania
Konštrukčne je zostava ventilu druh synchrónneho motora.
Pozostáva z:
- Rotor je zvyčajne vyrobený z magnetického materiálu, ktorý reaguje na elektromagnetické polia.
- Stator, ktorý obsahuje fázy vinutia navinuté do cievok, rám a dielektrické tesnenie.
- Meracie senzory (najčastejšie Hall), umožňujúce určiť polohu rotácie hriadeľa.
- Mikroprocesorová jednotka, ktorá generuje impulzy, ich tvar, nastavuje otáčky rotora, porovnáva hodnoty snímačov a privádzaný striedavý prúd do fázových vinutí.
Príklad konštrukcie bezkomutátorového motora je znázornený na obrázku nižšie:
Ryža. 1. Štruktúra bezkomutátorového motora
Princíp činnosti bezkomutátorového motora spočíva v jasnej polohe permanentných magnetov na rotore vzhľadom na generovaný vrchol elektromagnetického impulzu na fázových elektrických vinutiach.Pri pohybe magnetov senzory vnímajú informácie o ich polohe v priestore a menia kapacitu meničov reaktívnych ventilov, čo umožňuje ďalšie otáčanie hriadeľa. Otáčanie je teda riadené bez použitia klzného kontaktu, takže táto kategória elektrických strojov patrí do kategórie bezkomutátorových elektromotorov.
Stator
Ryža. 2. Konštrukcia statora bezkomutátorového motora
Konštrukčne sa stator príliš nelíši od klasických modelov synchrónnych a asynchrónnych motorov. Ide o magnetický obvod z masívneho odlievaného kovu alebo typového nastavenia, v drážkach ktorého sú uložené fázové vodiče. Počet vinutí kotvy je určený počtom pripojených fáz a frekvenciou ich striedania. Čím častejšie sú vinutia statora uložené, tým presnejšie je riadená rotácia bezkomutátorového motora.
Póly statora môžu byť tiež charakterizované posunom pod presne definovaným uhlom, ako sú jeho vinutia. Podľa počtu spínacích fáz sú bezkomutátorové motory dvoj-, troj-, štvor- a šesťfázové.
Rotor
V závislosti od konštrukcie rotora môžu byť bezkontaktné motory vo vnútri rotora a externého rotora.
Ryža. 3. Vonkajšie a vnútorné modely rotorov
Počet párov pólov sa môže tiež líšiť, ale bez ohľadu na vinutia sa tento parameter spravidla pohybuje od dvoch do šestnástich v pároch.
Staršie bezkomutátorové motory používali feritové permanentné magnety. Ktoré sa líšili dostupnosťou a relatívne nižšími nákladmi, ale mali príliš nízke miery indukcie. Postupným vývojom techniky ich však nahradili magnetické prvky vyrobené z kovov vzácnych zemín. Táto možnosť má presnejšie určovanie polohy, ale tiež stojí viac.
Ryža. 4. Striedavý motor s vonkajším rotorom
Snímač polohy rotora
V synchrónnych motoroch je potrebný snímač, ktorý poskytuje spätnú väzbu o polohe hriadeľa mechanického zariadenia. V závislosti od princípu činnosti je možné použiť senzory:
- Fotoelektrický princíp;
- Transformátor;
- Indukčné;
- Hallov efekt.
Ryža. 5. Snímač polohy rotora
Najčastejšími možnosťami praktickej realizácie sú fotoelektrické snímače a snímače Hallovho javu. Majú väčšiu presnosť a menšie oneskorenie pri prenose dát v komunikačnom kanáli. Senzory sú pripevnené k určitým značkám na hriadeli a reagujú na ich prechod.
Riadiaci systém
Riadiaca jednotka spravidla obsahuje mikrokontrolér a elektronický kľúč na pripojenie k vinutiu dvoj- alebo trojfázového motora.Mikrokontrolér alebo mikroprocesor je potrebný na spracovanie signálov prijatých zo senzorov a potom na premenu sínusového prepínania na pohodlnejšiu formu signálu. Elektrické meniče sú založené na polovodičových tranzistoroch zapojených do mostíkového obvodu. Vytvárajú pulzovo-šírkovú moduláciu napájacieho napätia v súlade so špecifikovaným prevádzkovým režimom.
Ryža. 6. Elektronický kľúč bezkomutátorového motora
Klasifikácia
Podľa typu napájania sa ventilové elektrické stroje delia na jednosmerné a striedavé motory.
Podľa spôsobu interakcie magnetického poľa statora a rotora existujú synchrónne, asynchrónne a indukčné zariadenia.
Okrem toho sa v závislosti od počtu zapojených fáz delia na:
- Jednofázový - je najjednoduchší variant, ktorý využíva minimum napájacieho napätia prenosových vedení z riadiacej jednotky do jej vinutia. V niektorých polohách je však problém naštartovať takýto bezkomutátorový motor pod záťažou.
- Dvojfázové - majú dobré spojenie medzi vinutím a statorom. Vydávajú však dosť silné pulzácie, čo môže viesť k negatívnym dôsledkom v práci.
- Trojfázové - najbežnejšie možnosti, ktoré môžu poskytnúť mäkký štart a normálnu prevádzku bezkomutátorového motora. Vyznačuje sa párnym počtom vinutí a dobrými trakčnými vlastnosťami. Medzi jeho nevýhody patrí iba nadmerná hlučnosť počas prevádzky.
- Štvorfázový - vyznačuje sa minimálnym zvlnením a nízkym rozbehovým momentom. V porovnaní s inými modelmi však majú vysokú cenu, preto sú málo používané.
Ryža. 7. Štvorfázový bezkomutátorový motor
Špecifikácie
Pri výbere konkrétneho modelu je dôležité určiť jeho vhodnosť pre miesto inštalácie, preto je dôležité venovať pozornosť nasledujúcim charakteristikám bezkomutátorových motorov:
- menovité napätie - určuje napájaciu hodnotu, ktorá musí byť privedená do bezkomutátorového motora, aby sa dosiahla menovitá sila;
- spotreba energie - charakteristika elektromotora, ktorá ukazuje množstvo energie spotrebovanej na prevádzku zariadenia;
- EFFICIENCY - zobrazuje pomer užitočnej práce vykonanej bezkomutátorovým motorom k spotrebe energie;
- sila hriadeľa - užitočná práca elektrického stroja, vykonávaná vďaka trakcii;
- nominálna frekvencia - určuje počet otáčok za minútu, ktoré môže bezkomutátorový motor vykonať v nominálnom režime prevádzky;
- rozsah nastavenia frekvencie – zobrazuje, v rámci akých limitov môžete meniť otáčky hriadeľa pre konkrétny model;
- menovitý krútiaci moment - určuje silu generovanú na hriadeli bezkomutátorového motora pri optimálnych prevádzkových parametroch, v parametroch je možné regulovať aj rozbehový a maximálny krútiaci moment;
- faktor zaťaženia - ukazuje, ako veľmi klesá účinnosť elektrického stroja v závislosti od stúpania nad morom;
- celkové rozmery a hmotnosť bezkomutátorového motora.
Výhody a nevýhody
V porovnaní s inými typmi elektrických strojov má bezkomutátorový motor množstvo kvalitatívnych rozdielov, ktoré mu dávajú výhodu nadradenosti aj určité nevýhody.
Výhody bezkomutátorových motorov zahŕňajú:
- Relatívne malé množstvo magnetických strát v dôsledku absencie permanentného poľa, ako u klasických synchrónnych a asynchrónnych motorov.
- Poskytuje bezpečnú rotáciu aj pri maximálnom zaťažení, na rozdiel od kartáčovaných motorov.
- Vďaka zabudovanému frekvenčnému meniču poskytuje spínanie ventilového meniča široký rozsah otáčok, ktoré sa líšia plynulým prechodom z jednej do druhej.
- Dobrá dynamika výkonu a presnosť polohovania, ktorá môže konkurovať krokovým motorom.
- Relatívne vysoký stupeň spoľahlivosti a dlhej životnosti vďaka absencii klzného kontaktu na rozdiel od kolektorových motorov.
- Môže byť použitý vo výbušnom prostredí, na rozdiel od jednosmerných a striedavých motorov s kefami.
Nevýhody ventilových jednotiek zahŕňajú ich vysoké náklady, prítomnosť ďalších prvkov, ktoré komplikujú následnú prevádzku. Taktiež značnou nevýhodou je zložitosť ovládania a nastavenia logiky pohybu pracovných telies trojfázových bezkomutátorových motorov v súlade s meniacimi sa faktormi výrobného procesu.
Aplikácia
Rekreačné motory sa používajú vo všetkých oblastiach, kde je potrebné riadiť rýchlosť otáčania pracovného prvku. Takéto synchrónne pohony majú presné polohovanie a používajú sa pre počítačové vybavenie, pohonné zariadenia, pevné disky, vzduchové chladiče atď.
Ryža. 8. Motor ventilu v počítači
Okrem toho sa používa v robotike, stavbe satelitov, lietadiel. Pre domáce spotrebiče, v automobilových zariadeniach, v lekárskej oblasti. Široké uplatnenie našiel aj v obrábacích strojoch, banských strojoch, používaných v kompresorových jednotkách a čerpacích staniciach.