Вентильный реактивный двигатель своими руками

Вентильный реактивный двигатель своими руками

Вентильные электродвигатели: принцип действия. Электродвигатель вентильный своими руками

Вентильные электродвигатели во многом являются схожими с электромагнитными аналогами. Однако следует отметить, что устройства способны работать в сети постоянного и переменного тока. На сегодняшний день различают однофазные, двухфазные и трехфазные модификации.

В среднем мощность модели равняется 5 кВт. Рабочая частота двигателя не превышает 60 Гц. У некоторых модификаций применяется датчик положения ротора. Используются вентильные электродвигатели чаще всего для компрессоров и вентиляционных систем.

Схема устройства

Обычный двигатель включает в себя статорную коробку с якорем, а также ротор. Коллектор в маломощных модификациях устанавливается щеточного типа. Если рассматривать однофазные вентильные электродвигатели, то у них предусмотрен полюсный наконечник. За ним располагается специальный вал вращения. У мощных моделей есть сердечник ротора. Для возбуждения цепи применяется бендикс. Вал у двигателей вентильного двигателя вращается со специальным диском.

Принцип работы

Принцип действия двигателя строится на магнитной индукции. Процесс заключается в возбуждении обмотки статора. Происходит это путем подачи напряжения на бендикс. У многих модификаций также применяется датчик положения ротора. Для подключения регуляторов используются клеммные коробки. Для фиксации вала применяются зажимные кольца. У сверхмощных двигателей есть втягивающее реле. Оно необходимо для усиления электромагнитного поля.

Модель своими руками

Сделать электродвигатель (вентильный) своими руками довольно сложно. В первую очередь для сборки потребуется магнитный статор. В некоторых случаях ротор используют со стальным якорем. Далее потребуется заготовить вал с головкой. По диаметру он должен подходить под кольцо. Статор в данном случае обязан быть с первичной обмоткой, которая может выдерживать напряжение в 220 В.

Для подключения двигателя вентильного типа понадобится проводник. Подсоединяться он обязан к клеммной коробке. У некоторых модификаций вал крепится на диске. Таким образом, процесс набора оборотов происходит быстро. Для того чтобы избежать случаев коротких замыканий в цепи, используют уплотнитель.

Реактивная модификация

Сделать вентильный реактивный электродвигатель своими руками можно только на базе щеточного коллектора. В первую очередь потребуется подобрать ротор с обмоткой. Далее под него устанавливается вал. В некоторых случаях его используют с объемной насадкой. Для уменьшения силы трения понадобится небольшое кольцо на роликовых подшипниках.

Далее на вентильный реактивный электродвигатель устанавливается бендикс. В данном случае диск фиксируется на шпонке. Клеммная коробка обязана располагаться в задней части двигателя. Вал при этом должен находиться в центральной части корпуса. Вентиляционные отверстия чаще всего делают над ротором.

Устройства постоянного тока

Вентильный электродвигатель постоянного тока можно сложить на базе щеточного коллектора, который способен выдерживать большое выходное напряжение. После фиксации статора нужно заняться ротором. Для этого подбирается вал и диск небольшого диаметра. Также потребуется мощное втягивающее реле. Некоторые применяют его с высоковольтной обмоткой. На этом этапе особое внимание следует уделить фиксации сердечника для возбуждения обмотки. Используются погружные вентильные электродвигатели постоянного тока, как правило, в самолетостроении. У некоторых моделей предусмотрена сложная схема воздушного охлаждения с каналами.

Модели переменного тока

Сделать модель данного типа довольно просто. Однако для сборки потребуется бендикс. В данном случае его необходимо сразу подбирать со стальным сердечником. Некоторые специалисты рекомендуют применять алюминиевые наконечники. Однако проводимость тока у них невысокая. Непосредственно подача напряжения осуществляется через клеммную коробку.

Во многих модификациях щеточный коллектор устанавливается в передней части корпуса. Таким образом, вал можно использовать небольшого диаметра. Контактные кольца крепятся, если делается двигатель большой мощности. Для того чтобы уменьшить силу трения, можно использовать подшипники. Устанавливать их следует вблизи коллектора.

Двигатели однофазного типа

Для приводов небольшой мощности подходит однофазный вентильный электродвигатель. Принцип работы устройств основан на повышении индуктивности магнитного поля. Для этого применяется бесщеточный коллектор. Бендиксы в устройствах отсутствуют. Также важно отметить, что статоры могут использоваться только с большой проводимостью. Однако в первую очередь для сборки потребуется качественный ротор. Устанавливать его следует вблизи вала.

Следующим шагом необходимо наварить кольцо. Диск при этом обязан располагаться на другой стороне вала. Для охлаждения двигателя вентильного типа подойдет вентилятор. У некоторых модификаций для усиления индукции применяются втягивающие реле.

Двухфазные модели

Двухфазные вентильные электродвигатели можно собрать самостоятельно. Для этого специалисты рекомендуют использовать мощные бендиксы. В некоторых случаях применяются статоры с первичной обмоткой. Для фиксации ротора потребуется прочный корпус. В данном случае наконечники следует использовать с хорошей проводимостью.

Для того чтобы электромагнитное поле усиливалось равномерно, применяются катушки различной чувствительности. Втягивающие реле устанавливаются позади статоров. Вал в конструкция обязан находиться на диске. Для его фиксации применяются шпонки.

Трехфазные устройства

Трехфазовым вентильным электродвигателем называют устройство, работающее по принципу возрастания индукции магнитного поля. У моделей бендиксы устанавливаются только с высокой чувствительностью. В данном случае для усиления электромагнитного поля применяются полюсные наконечники. Непосредственно статоры используются с лапами. У некоторых модификаций есть щеткодержатели. Также важно отметить, что трехфазные вентильные электродвигатели часто применяются для работы приводов на 20 кВт. Частотность в данном случае не превышает 60 Гц. Вал у моделей обязан вращаться свободно. Для этого производители оснащают устройства роликовыми подшипниками. У многих моделей есть специальные проводники, которые соединяются с клеммной коробкой. Непосредственно подача напряжения происходит через силовой кабель.

Модель с низкочастотным бендиксом

Низкочастотные бендиксы позволяют стабильно повышать индуктивность в цепи. Многие модели данного типа отличаются своей чувствительностью. Для того чтобы собрать устройство самостоятельно, необходимо подобрать хороший статор. Модификации с якорями не подойдут.

Также важно отметить, что низкочастотные бендиксы не способны работать с втягивающими реле. Все это приводит к быстрому перегреву двигателя. Для того чтобы исправить ситуацию, потребуется мощный вентилятор. Также следует предусмотреть небольшую катушку. За счет этого обмотка сможет выдерживать напряжение в 220 В. Чтобы избежать случаев коротких замыканий, применяют щеткодержатель.

Применение высокочастотных бендиксов

Сделать двигатель с высокочастотным бендиксом довольно просто. Для этого потребуется простой статор. Непосредственно ротор подбирается с первичной обмоткой. Чтобы повысить обороты вала используют специальные заточные диски. У многих конфигураций применяются втягивающие реле. Также важно отметить, что для сборки двигателя данного типа необходим качественный щеткодержатель. Для его фиксации используют контактные кольца. Чтобы уменьшить силу вибрации, применяются уплотнители разной жесткости. Во многих конфигурациях над ротором устанавливается кожух.

Использование тягового реле

Тяговые реле очень часто устанавливаются на примышленный вентильный электродвигатель. Принцип работы устройств строится на умеренном увеличении силы магнитного поля. В данном случае происходит последовательное возбуждение обмотки. Для того чтобы самостоятельно собрать модификацию, следует использовать щеточный коллектор.

Также в этой ситуации не обойтись без катушки главного полюса. Однако в первую очередь нужно зафиксировать ротор с валом. После этого можно будет заняться клеммной коробкой. Первичная обмотка у двигателя вентильного типа обязана выдерживать выходное напряжение в 220 В. Отдельное внимание следует уделить статору. Для уменьшения силы вибрации используются уплотнители большой жесткости. Для фиксации вала понадобится стопорное кольцо.

Вентильный двигатель: принцип работы и схема

  • Новости компании
  • Новости машиностроения
  • Новости судостроения
  • Новости военно-промышленного комплекса
  • Новости космической промышленности
  • Новости авиастроения
  • Новости строительного сектора
  • Интересные статьи
  • Технические статьи
  • Видео по сварке
  • Видео по ковке

Для того чтобы решать задачи по контролю современных прецизионных систем, все чаще используется вентильный двигатель. Это характеризуется большим преимуществом таких приборов, а также активным формированием вычислительных возможностей микроэлектроники. Как известно, они могут обеспечить высокую плотность длительного момента и энергоэффективности по сравнению с другими видами двигателей.

Схема вентильного двигателя

Двигатель состоит из следующих деталей: 1. Задняя часть корпуса. 2. Статор. 3. Подшипник. 4. Магнитный диск (ротор). 5. Подшипник. 6. Статор с обмоткой. 7. Передняя часть корпуса. У вентильного двигателя имеется взаимосвязь между многофазной обмоткой статора и ротора. У них присутствуют постоянные магниты и встроенный датчик положения. Коммутация прибора реализовывается при помощи вентильного преобразователя, вследствие чего он и получил такое название. Схема вентильного двигателя состоит из задней крышки и печатной платы датчиков, втулки подшипника, вала и самого подшипника, магнитов ротора, изолирующего кольца, обмотки, трельчатой пружины, промежуточной втулки, датчика Холла, изоляции, корпуса и проводов. В случае соединения обмоток «звездой» устройство имеет большие постоянные моменты, поэтому такую сборку применяют для управления осями. В случае скрепления обмоток «треугольником» их можно использовать для работы с большими скоростями. Чаще всего количество пар полюсов вычисляется численностью магнитов ротора, которые помогают определить соотношение электрических и механических оборотов.

Читать еще:  Газель 405 двигатель троит на ходу

Статор может быть изготовлен с безжелезным или железным сердечником. Используя такие конструкции с первым вариантом, можно обеспечить отсутствие притяжения магнитов ротора, но и в это же мгновение снижается на 20% эффективность двигателя из-за уменьшения значения постоянного момента.

Со схемы видно, что в статоре ток образуется в обмотках, а в роторе создается при помощи высокоэнергетических постоянных магнитов. Условные обозначения: — VT1-VT7 — транзисторные коммуникаторы; — A, B, C – фазы обмоток; — M – момент двигателя; — DR – датчик положения ротора; — U – регулятор напряжения питания двигателя; — S (south), N (north) – направление магнита; — UZ – частотный преобразователь; — BR – датчик частоты вращения; — VD – стабилитрон; — L – катушка индуктивности. Схема двигателя показывает, что одним из основных преимуществ ротора, в котором установлены постоянные магниты, является уменьшение его диаметра и, как следствие, сокращение момента инерции. Такие приспособления могут быть встроенными в сам прибор или расположенными на его поверхности. Понижение этого показателя очень часто приводит к небольшим значениям баланса момента инерции самого двигателя и приведенного к его валу нагрузки, который и усложняет работу привода. По этой причине производители могут предложить стандартный и повышенный в 2-4 раза момент инерции.

Принципы работы

На сегодняшний день становится очень популярным вентильный двигатель, принцип работы которого основан на том, что контролер устройства начинает коммутировать обмотки статора. Благодаря этому вектор магнитного поля остается всегда сдвинутым на угол, приближающийся к 900 (-900) относительно ротора. Контролер рассчитан на управление током, который движется через обмотки двигателя, в том числе и величиной магнитного поля статора. Следовательно, можно регулировать момент, который воздействует на прибор. Показатель угла между векторами может определить направление вращения, которое действует на него. Нужно учитывать, что речь идет об электрических градусах (они значительно меньше геометрических). Для примера приведем расчет вентильного двигателя с ротором, который в себе имеет 3 пары полюсов. Тогда оптимальным его углом будет 900 /3=300. Эти пары предусматривают 6 фаз обмоток коммутации, тогда получается, что вектор статора может перемещаться скачками по 600. Из этого видно, что настоящий угол между векторами обязательно будет варьироваться в пределах от 600 до 1200, начиная с вращения ротора. Вентильный двигатель, принцип работы которого основывается на обороте фаз коммутации, из-за которых поток возбуждения поддерживается относительно постоянным движением якоря, после их взаимодействия начинает формировать вращающийся момент. Он устремляется повернуть ротор таким способом, чтобы все потоки возбуждения и якоря совпали воедино. Но во время его разворота датчик начинает переключать обмотки, и поток перемещается на следующий шаг. В этот момент результирующий вектор сдвинется, но останется полностью неподвижным сравнительно с потоком ротора, что в итоге и создаст вращающий момент вала.

Преимущества

Применяя вентильный двигатель в работе, можно отметить такие его достоинства: возможность применения широкого диапазона для модифицирования частоты вращения; высокая динамика и быстродействие; максимальная точность позиционирования; небольшие затраты на техническое обслуживание; устройство можно отнести к взрывозащищенным объектам; имеет способность переносить большие перегрузки в момент вращения; высокий КПД, который составляет более 90%; имеются скользящие электронные контакты, которые существенно увеличивают рабочий ресурс и срок службы; при длительной работе нет перегрева электродвигателя.

Несмотря на огромное количество достоинств, вентильный двигатель также имеет и недостатки в эксплуатации: — довольно сложное управление электродвигателем; — относительно высокая цена устройства из-за применения в его конструкции ротора, который имеет дорогостоящие постоянные магниты.

Вентильный индукторный двигатель

Вентильно-индукторный двигатель – это устройство, в котором предусмотрено переключающееся магнитное сопротивление. В нем преобразование энергии происходит за счет изменения индуктивности обмоток, которые располагаются на явно выраженных зубцах статора при передвижении зубчатого магнитного ротора. Питание устройство получает от электрического преобразователя, поочередно переключающего обмотки двигателя в строгости по перемещению ротора.

Вентильно-индукторный двигатель представляет собой комплексную сложную систему, в которой работают совместно разнообразные по своей физической природе компоненты. Для удачного проектирования таких устройств необходимы углубленные знания в области конструирования машин и механики, а также электроники, электромеханики и микропроцессорной техники. Современное устройство выступает как электродвигатель, действующий совместно с электронным преобразователем, который изготавливается по интегральной технологии с использованием микропроцессора. Он позволяет осуществить качественное управление двигателем с наилучшими показателями переработки энергии.

Свойства двигателя

Такие устройства обладают высокой динамикой, большой перегрузочной способностью и точным позиционированием. Благодаря тому что в них отсутствуют движущие части, их использование возможно во взрывоопасной агрессивной среде. Такие моторы также называют и бесколлекторными, их основным преимуществом, по сравнению с коллекторными, является скорость, которая зависит от напряжения питания нагружающего момента. Также еще одним немаловажным свойством считается отсутствие истираемых и трущихся элементов, которые переключают контакты, благодаря чему вырастает ресурс пользования аппаратом.

Вентильные двигатели постоянного тока

Все двигатели постоянного тока можно назвать бесколлекторными. Они работают от сети с постоянным током. Щеточный узел предусмотрен для электрического объединения цепей ротора и статора. Такая деталь является самой уязвимой и достаточно сложной в обслуживании и ремонте. Вентильный двигатель постоянного тока работает по тому же принципу, что и все синхронные устройства такого типа. Он представляет собой замкнутую систему, включающую силовой полупроводниковый преобразователь, датчик положения ротора и координатор.

Вентильные двигатели переменного тока

Такие устройства получают свое питание от сетей переменного тока. Скорость вращения ротора и движения первой гармоники магнитной силы статора полностью совпадают. Данный подтип двигателей можно использовать при высоких мощностях. К этой группе относятся шаговые и реактивные вентильные аппараты. Отличительной особенностью шаговых устройств является дискретное угловое смещение ротора при его работе. Питание обмоток формируется при помощи полупроводниковых компонентов. Управление вентильным двигателем осуществляется при последовательном смещении ротора, которое и создает переключение его питания с одних обмоток на другие. Это устройство можно разделить на одно-, трех- и многофазные, первые из которых могут содержать пусковую обмотку или фазосдвигающую цепь, а также запускаться вручную.

Принцип работы синхронного двигателя

Вентильный синхронный двигатель работает на основе взаимодействия магнитных полей ротора и статора. Схематически магнитное поле при вращении можно изобразить плюсами этих же магнитов, которые движутся со скоростью магнитного поля статора. Поле ротора также возможно изобразить как постоянный магнит, который делает обороты синхронно с полем статора. В случае отсутствия внешнего вращающего момента, который прикладывается к валу аппарата, оси полностью совпадают. Воздействующие силы притяжения проходят вдоль всей оси полюсов и могут компенсировать друг друга. Угол между ними приравнивается к нулю. В случае если на вал машины будет воздействовать тормозной момент, то ротор перемещается в сторону с запаздыванием. Благодаря этому силы притяжения разбиваются на составляющие, которые направляются вдоль оси плюсовых показателей и перпендикулярно к оси полюсов. Если будет прикладываться внешний момент, который создает ускорение, то есть начинает действовать по направлению вращения вала, картинка по взаимодействию полей полностью изменится на обратную. Направленность углового смещения начинает трансформироваться на противоположное, и в связи с этим меняется направление тангенциальных сил и воздействие электромагнитного момента. При таком раскладе двигатель становится тормозным, а аппарат работает как генератор, который подводимую к валу механическую энергию преобразует в электрическую. Далее она перенаправляется в сеть, питающую статор. Когда будет отсутствовать внешний, явнополюсный момент начнет принимать положение, при котором ось полюсов магнитного поля статора будет совпадать с продольной. Это размещение станет соответствовать минимальному сопротивлению потока в статоре. В случае воздействия на вал машины тормозного момента ротор отклонится, при этом магнитное поле статора будет деформированным, так как поток стремится замкнуться по наименьшему сопротивлению. Для его определения необходимы силовые линии, направленность которых в каждой из точек будет соответствовать движению действия силы, поэтому изменение поля приведет к появлению тангенциального взаимодействия. Рассмотрев все эти процессы в синхронных двигателях, можно выявить демонстративный принцип обратимости разнообразных машин, то есть возможность любого электрического аппарата изменить направленность преобразованной энергии на противоположную.

Читать еще:  Выключаю зажигание а двигатель работает на скутере

Бесколлекторные двигатели с постоянными магнитами

Вентильный двигатель с постоянными магнитами используется для решения серьезных оборонных и промышленных задач, так как такое устройство имеет большой запас мощности и эффективности. Эти приборы чаще всего применяются в отраслях, где необходимы сравнительно низкие потребляющие мощности и небольшие габариты. Они могут иметь самые разные габариты, без технологических ограничений. В то же время большие аппараты не являются совершенно новыми, их чаще всего производят компании, которые стремятся преодолеть экономические трудности, ограничивающие ассортимент этих приборов. У них есть свои преимущества, среди которых можно отметить высокую эффективность из-за потерь в роторе и большую плотность мощности. Для управления бесколлекторными двигателями нужен частотно-регулируемый привод. Анализ по затратам и результатам показывает, что устройства с постоянными магнитами намного предпочтительнее, по сравнению с другими, альтернативными технологиями. Чаще всего они используются для отраслей промышленности с достаточно тяжелым распорядком работы судовых двигателей, в военной и оборонной отрасли и других подразделениях, число которых непрерывно возрастает.

Реактивный двигатель

Вентильно-реактивный двигатель работает с использованием двухфазных обмоток, которые установлены вокруг диаметрально противоположных полюсов статора. Подача питания продвигается к ротору в соответствии с полюсами. Таким образом, его противодействие полностью сводится к минимуму. Вентильный двигатель, своими руками созданный, обеспечивает высокоэффективную скорость привода при оптимизированном магнетизме для работы с реверсом. Информация о месторасположении ротора используется для того, чтобы управлять фазами подачи напряжения, так как это является оптимальным для достижения непрерывного и плавного крутящего момента и высокой эффективности. Сигналы, которые выдает реактивный двигатель, накладываются на угловую ненасыщенную фазу индуктивности. Минимальное сопротивление полюса полностью соответствует максимальной индуктивности устройства. Положительный момент можно получить только при углах, когда показатели позитивные. На небольших скоростях фазный ток обязательно должен быть ограниченным, чтобы произвести защиту электроники от высоких вольт-секунд. Механизм преобразования можно иллюстрировать линией реактивной энергии. Мощностная сфера характеризует собой питание, которое преобразовывается в механическую энергию. В случае его резкого отключения избыточная или остаточная сила возвращается к статору. Минимальные показатели влияния магнитного поля на производительность устройства являются основным его отличием от похожих устройств.

Советуем подписаться на наши страницы в социальных сетях: Facebook | Вконтакте | Twitter | Google+ | Одноклассники

Вентильный двигатель постоянного тока: принцип действия

Бесколлекторный вентильный электромотор ВМЭД, ДВУ индуцирует на ферромагнитном роторе непостоянные магнитные полюса. Магнитное сопротивление создает крутящий момент. Существуют три типа таких моторов:

  • индукторный;
  • синхронный;
  • асинхронный.

Вентильно-реактивный двигатель (ВРД) состоит из двух фазных обмоток вокруг диаметрально противоположных полюсов статора. Ротор движется соответственно полюсам статора, поэтому сопротивление магнитного поля минимально. Этот же принцип лежит в основе действия вентильно-индукторного электромотора.

Ограничение фазного тока на низких скоростях защищает электронику от высоких вольт-секунд. Гистерезис тока позволяет достичь этого. Специальные датчики контролируют процесс.

Ток ограничен на более высоких скоростях. Этот двигатель отличается от аналогичных устройств минимальным влиянием магнитного поля на его работу.

Достоинства вентильного электромотора:

  • Незначительное магнитное сопротивление сводит к минимуму потери энергии.
  • Возможна работа при пиковых нагрузках.
  • Широта выбора скоростей.
  • Мягкость переключения скоростей.

Недостатки автоматизированного вентильного двигателя постоянного тока:

  • Сложность управления.
  • Более высокая, чем у аналогичных устройств, стоимость.
  • Высокий уровень шума.

Конструктивные особенности

На положение ротора в тяговом вентильном двигателе указывают датчики. Эти механизмы в совокупности являются электромеханической частью мотора. Силовой момент и микроконтроллер составляют управляющую часть. Блок управления мотором входит в логистическую неконструктивную часть системы.

Изолированные стальные листы собраны в синхронный привод, являющийся механической частью агрегата. В обмотке и роторе образуются вихревые токи, а такая конструкция способствует их уменьшению. Датчики Холла обеспечивают нормальную работу прибора. При отсутствии индикаторных устройств в вентильном моторе сигналы идут напрямую к магнитной установке. Эти же устройства контролируют режим реверса для того, чтобы при погружении мотор не останавливался.

Без этой функции, позволяющей дистанционно контролировать работу мотора и менять установки, не обойтись при буровых работах и добыче угля, нефти и газа. ШИМ-сигналы контролируются согласно настройкам шагового микропроцессора, обрабатывающего все данные о положении ротора. Если уровень этих сигналов низок, их усиливают, используя приборы, действующие по принципу микротрансформаторов.

Разновидности вентильного двигателя постоянного тока

Вентильные моторы могут работать от постоянного или переменного тока. Кроме этого, их делят на следующие разновидности:

  • Однофазный двигатель. У этого простейшего вентильного мотора наименьшее количество связей между машиной и электроникой. Его недостатками являются пульсация и большой крутящий момент. Его невозможно запускать на всех угловых положениях. Такие двигатели широко применяются в машинах, требующих высокой скорости.
  • Двухфазное устройство. При дополнительной настройке этот двигатель создает асимметрию в полюсах ротора или активизирует воздушный зазор при работе. Его устанавливают в машинах, у которых связь статора с обмоткой критична. Но этому двигателю свойственны пульсации и большой крутящий момент, способные повлечь за собой пагубные последствия.
  • Трехфазное устройство. Для осуществления запуска и в случаях, когда требуется создать крутящий момент, не используя большого количества фаз, пользуются этим дисковым двигателем. Агрегаты данного типа применяются в разнообразных отраслях производства, а иногда и в быту. Из всех вышеописанных устройств это – самое популярное. В механизмах, где необходимо сочетание высокой мощности с малой скоростью (например, в насосах) лучше всего использовать трехфазные электродвигатели с четным количеством полюсов. Однако трехфазным моторам свойственны большой крутящий момент и высокий уровень шума.
  • Двигатель с четырьмя фазами характеризуется существенно сниженным крутящим моментом и пульсациями. Сфера его применения достаточно ограничена из-за высокой стоимости и большой мощности.

Разработка и создание погружного или многофазного вентильного двигателя постоянного тока своими руками маловероятны, так как на это требуется много усилий и времени, поэтому необходимое для выполнения технологических задач устройство проще купить. Цены вентильных электромоторов в разных городах Украины и России могут сильно различаться (от 8 до 20 тысяч рублей). Стоимость зависит от изготовителя и сферы использования. Вентильные двигатели постоянного тока находят применение в таких областях, как нефтедобыча, буровые установки, системы охлаждения воздуха, химическая промышленность.

Вентильный реактивный электродвигатель

Вентильный реактивный электродвигатель (ВРД) — бесколлекторная синхронная машина, на обмотки статора которой подаются импульсы напряжения управляемой частоты, создающие вращающееся магнитное поле. Также известен под названием вентильно-индукторный двигатель [1] [2] , а устоявшийся англоязычный термин Switched Reluctance Motor (SRM) [3] [4] . Вращающий момент возникает за счёт стремления ротора к положению, при котором магнитный поток статора проходит по оси ротора, изготовленного из магнитомягкого материала, с наименьшим магнитным сопротивлением. Стоит различать данную электрическую машину и вентильно-индукторный двигатель с независимым возбуждением [5] , а также синхронный реактивный электродвигатель [6] (synchronous reluctance motor [7] [8] ), принцип формирования электрического момента и способ управления для которых иной.

Читать еще:  Чем отличается асинхроный двигатель

Содержание

  • 1 Достоинства
  • 2 Недостатки
  • 3 См. также
  • 4 Примечания
  • 5 Литература
  • 6 Ссылки

Достоинства [ править | править код ]

Вентильные реактивные электродвигатели/генераторы имеют следующие достоинства:

Ротор и статор выполнены в виде пакетов листового магнитомягкого материала. На роторе ВРД отсутствуют обмотки и постоянные магниты. Фазные обмотки находятся только на статоре. Для уменьшения трудоёмкости изготовления катушек, обмотки статора могут изготавливаться отдельно, а затем надеваться на полюсы статора.

Простота обмотки якоря повышает ремонтопригодность ВРД/ВРГ, так как для ремонта достаточно сменить вышедшую из строя катушку.

Отсутствие механического коммутатора

Управление электромеханическим преобразователем электропривода/генератора осуществляется с помощью высокоэффективных силовых полупроводниковых элементов — IGBT или MOSFET (HEXFET) транзисторов, надёжность которых существенно превышает надёжность любых механических деталей, например: коллекторов, щёток, подшипников.

Отсутствие постоянных магнитов

ВРД/ВРГ не содержит постоянных магнитов ни на роторе, ни на статоре, при этом он успешно конкурирует по характеристикам с вентильными электрическими двигателями с постоянными магнитами (ВЭДПМ). В среднем, при одинаковых электрических и весогабаритных характеристиках ВРД/ВРГ имеет в 4 раза меньшую стоимость, значительно большую надёжность, более широкий диапазон частот вращения, более широкий диапазон рабочих температур. Конструктивно, по сравнению с ВЭДПМ, ВРД/ВРГ не имеет ограничения по мощности (практически, мощность ВЭДПМ ограничивается пределом около 20-40 кВТ). ВЭДПМ требуют защиты от металлической пыли, боятся перегрева и сильных электромагнитных полей, в случае короткого замыкания обмотки превращаются в самовозгорающуюся систему. Вентильные реактивные электродвигатели/генераторы свободны от всех этих недостатков.

Малое количество меди

На изготовление ВРД/ВРГ требуется в среднем в 2-3 раза меньше меди, чем для коллекторного электродвигателя такой же мощности, и в 1,3 раза меньше меди, чем для асинхронного электродвигателя.

Tепловыделение происходит в основном только на статоре, при этом легко обеспечивается герметичная конструкция, воздушное или водяное охлаждение

В рабочем режиме не требуется охлаждение ротора. Для охлаждения ВРД/ВРГ достаточно использовать наружную поверхность статора.

Высокие массогабаритные характеристики

В большинстве случаев ВРД/ВРГ может быть выполнен с полым ротором. Толщина спинки ротора при этом должна быть не менее половины ширины полюса. Подбором количества полюсов статора и ротора могут быть оптимизированы массогабаритные характеристики электродвигателя/генератора, его мощность при заданном моменте и диапазоне частоты вращения.

Простота конструкции ВРД/ВРГ снижает трудоёмкость его изготовления. В сущности, его можно изготовить даже на не специализирующемся в области электромашиностроения промышленном предприятии. Для серийного производства ВРД/ВРГ требуется обычное механическое оборудование — штампы для изготовления шихтованных сердечников статора и ротора, токарные и фрезерные станки для обработки валов и корпусных деталей. Трудоёмкие и сложные в технологическом отношении операции, например изготовление коллектора и щёток коллекторного электродвигателя или заливка клетки ротора асинхронного двигателя, здесь отсутствуют. По предварительным оценкам трудоёмкость изготовления ЭМП вентильного реактивного электродвигателя составляет на 70 % меньше трудоёмкости изготовления коллекторного и на 40 % меньше трудоёмкости изготовления асинхронного электродвигателя.

Простота обмотки статора и отсутствие обмотки и магнитов на роторе обеспечивает ВРД/ВРГ высокую гибкость компоновки. Конструкция электродвигателя/генератора может быть плоской, вытянутой, обращённой, секторной, линейной. Для выпуска целого типоряда электродвигателей/генераторов с различной мощностью можно использовать один и тот же комплект штампов для вырубки ротора и статора, поскольку для увеличения мощности достаточно увеличить соответственно длину набора ротора и статора. Не составляет труда изготовление машины с расположением статора как снаружи ротора, так и наоборот, а также встраивание электроники в корпус машины. Изменение коэффициента электромагнитной редукции позволяет создавать машины для облегчённых и, напротив, тяжёлых условий работы, включая моментные двигатели. Для привода некоторых рабочих машин выгоднее иметь линейные электродвигатели с возвратно-поступательным перемещением зубцового штока (аналога ротора). В ряде случаев может быть использована давно известная, но неэффективная в случае асинхронного электродвигателя конструкция дугостаторной машины, статор которой охватывает доступную для размещения дугу окружности ротора, в качестве которого может использоваться вал с зубчатым колесом.

Простота конструкции обеспечивает ВРД/ВРГ более высокую безотказность, чем безотказность других типов электрических машин. Конструктивная и электрическая независимость фазных обмоток обеспечивает работоспособность ВРД даже в случае полного замыкания полюсной катушки одной из фаз. ВРГ остаётся работоспособным даже после выхода из строя одной или двух фаз.

Широкий диапазон частот вращения (от единиц до сотен тысяч об/мин)

Электромагнитная редукция позволяет создавать малогабаритные «моментные» электродвигатели для приводов роботов, манипуляторов и других низкооборотных механизмов или низкооборотные высокоэффективные генераторы для ветровых или волновых электростанций. В то же время частота вращения быстроходных ВРД/ВРГ может превышать 100000 об/мин.

Высокий КПД в широком диапазоне частот вращения

Практически достижимый КПД вентильного реактивного электродвигателя/генератора мощностью 1 КВт может доходить до 90 % в диапазоне 5-10-кратной перестройки частоты вращения. КПД более мощных электрических машин может достигать 95-98 %.

ВРД часто путают с синхронным реактивным электродвигателем (СРД), обмотки якоря которого питаются синусоидально изменяющимися напряжениями без обратной связи по положению ротора. СРД имеет низкий КПД, который не превышает 50 % для маломощных электродвигателей и до 70 % для мощных электрических машин.

Импульсный характер питания ЭМП обеспечивает удобную стыковку с современной цифровой электроникой

Поскольку ВРД/ВРГ питается (возбуждается) однополярными импульсами, для управления ЭМП требуется простой электронный коммутатор. Управляя скважностью импульсов силовых транзисторов электронного коммутатора можно плавно изменять форму импульсов тока фазных обмоток электродвигателя или генератора.

Электронное управление электрическими и механическими характеристиками, режимом работы

Естественная механическая характеристика ВРД/ВРГ определяется реактивным принципом действия электрической машины и близка к гиперболической форме. Основное свойство такой характеристики — постоянство мощности на валу машины — оказывается чрезвычайно полезным для электроприводов с ограниченной мощностью источника, так как при этом легко реализуется условие его неперегружаемости. Применение замкнутой системы управления с обратными связями по скорости и нагрузке позволяет получить механические характеристики любой заданной формы, включая абсолютно жёсткие (астатические), и не ведёт к какому либо усложнению системы управления, так как её процессор обладает большой избыточностью по числу входов и выходов, быстродействию и памяти. Фактически поле доступных механических характеристик непрерывным образом покрывает все четыре квадранта плоскости момент-скорость в пределах области ограничений конкретного электропривода.

Низкая стоимость электромеханического преобразователя

Стоимость ВРД оказывается самой низкой из всех известных конструкций электрических машин. Дорогостоящим в рассматриваемой системе электропривода можно считать электронный преобразователь, который является обязательным элементом всех современных регулируемых электроприводов. Однако, цены на изделия силовой электроники по мере развития масштабов производства имеют устойчивую тенденцию к снижению. Исключение из состава ВРД/ВРГ коммутационных аппаратов, для изготовления которых необходима непрерывно дорожающая медь, также способствует уменьшению стоимости.

Наконец, экономическая эффективность ВРД повышается также в результате существенно меньшего расхода электроэнергии, обусловленного высоким КПД электродвигателя и применением наиболее экономичных стратегий управления в динамических режимах работы.

Недостатки [ править | править код ]

Вентильные реактивные электродвигатели/генераторы имеют следующие недостатки [9] :

низкий коэффициент мощности

Он обусловлен значительной величиной намагничивающей составляющей тока статора.

низкий КПД при небольших мощностях

В реактивных двигателях мощностью в несколько десятков Вт КПД составляет 30-40 %, а в двигателях мощностью до 10 Вт — не превышает 10 %.

по габаритам реактивные двигатели больше синхронных и асинхронных двигателей

Это объясняется низким КПД, малым cos ⁡ ( φ ) и небольшой величиной реактивного момента.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector