30
Э
лек
тр
оприв
о
д
www.elcomdesign.ru
Электронная промышленность продолжает переход от неэффективных
асинхронных двигателей к вентильно-индукторным двигателям (ВИД)
с высокой энергоэффективностью и улучшенными массогабаритными
показателями — параметрами, которые отвечают нуждам современ-
ной электроники. В статье рассматриваются преимущества таких
двигателей и вопросы их практического применения.
вентильно-индукторные
двигатели в «зеленых» системах
Байонгчул чо, Сангил йонг, Fairchild Semiconductor
ВыСокоэффектиВные
электродВигатели и экономия
раСходоВ
для создания высокоэффективных
электронных систем требуются ком-
пактные эффективные электродвигате-
ли с широким диапазоном регулирова-
ния скорости.
воздушный зазор в таких двигателях
минимален, за счет чего увеличивает-
ся энергоэффективность вид. самый
простой способ создать вращающий
момент и привести во вращение ротор
состоит в последовательном пере-
ключении фазы тока в зависимости
от положения ротора. при этом ротор
будет следовать по направлению пере-
ключения, поворачиваясь в сторону
фазы с максимальным током. таким
образом, направление вращения не
зависит от направления текущего
через фазу тока — оно зависит только
от последовательности возбуждения
обмотки статора. данный принцип
униполярности требует, чтобы только
один ключ располагался последова-
тельно фазной обмотке.
у вид имеется ряд явных преи-
муществ перед большинством дви-
гателей, в т.ч. над асинхронными
двигателями. поскольку у вид явно-
полюсный ротор не имеет обмотки,
затраты на материалы для его изго-
товления ниже. кроме того, за счет
независимых обмоток реализована
отказоустойчивая работа двигателя и
устойчивая структура, которая позво-
ляет уменьшить энергопотребление
благодаря тому, что питание подается
на обмотки и отключается только в
случае необходимости. у этого типа
двигателя высокое отношение вра-
щающего момента к моменту инерции
и большой пусковой момент, причем
проблемы с бросками пускового тока
отсутствуют.
в других типах двигателей ток при
их запуске может привести к момен-
Рис. 1. Эквивалентная схема однофазного ВИД
тальному провалу сетевого напряже-
ния, что отрицательно сказывается
на качестве электроэнергии. однако
применение технологии вид может
иметь ряд недостатков, о которых сле-
дует знать. например, для работы вид
требуется информация о положении
ротора. по этой причине вид, как пра-
вило, должны оснащаться датчиками,
что удорожает систему. еще одним
недостатком вид является необходи-
мость в управлении звуковым шумом,
вызванным вибрациями работающего
двигателя, а также в необходимости
избежать воздействия пульсаций на
систему.
Применение Вид В ПылеСоСах
одним из потенциальных недостат-
ков вид обусловлен его схемой. с появ-
лением высокоскоростных DSP стало
возможным установить управление
вид без использования датчиков.
в бытовой технике вид, в первую
очередь, нашли применение в пыле-
сосах, где требуется высокая скорость
вращения (десятки тысяч об./мин), а
также большой крутящий момент для
всасывания. вращающийся с большой
скоростью ротор играет также роль
низкочастотного фильтра пульсаций,
что уменьшает недостатки вид.
Шум вид в пылесосах гораздо
меньше звукового шума вентилятора.
оптимальный выбор этого типа двига-
теля для пылесоса должен учитывать
указанные требования.
во многих недорогих пылесосах
используется простой двухпозици-
онный переключатель с универсаль-
ным двигателем с большой скоро-
стью вращения до 30 тыс. об./мин.
скорость двигателя регулируется с
помощью триака и цепи синхрониза-
ции с помощью информации, посту-
пающей с датчика положения. при
таком управлении фазовым углом
на нагрузку подается только часть
сетевого переменного напряжения.
Фазовый угол непрерывно меняется,
что позволяет изменять форму сигна-
ла напряжения.
недостаток этого простого и недо-
рогого электронного устройства управ-
ления состоит в том, что переключе-
ние сигнала переменного тока может
привести к нежелательным электро-
магнитным помехам. таким образом,
необходимо предпринять меры по пре-
дотвращению воздействия этих помех
на сеть электропитания или на схему
самого триака. Более того, из-за боль-
шого тока снижается эффективность
работы двигателя, а высокая темпера-
тура щеток приводит к сокращению его
срока службы.
драйвер вид является асимметрич-
ным преобразователем с цепью Шим-
управления, обеспечивающей питание
и коммутацию. из-за сложности этой
схемы такое решение ограничено при-
менением лишь на рынке дорогостоя-
щей продукции.
на самом деле, в приложениях с вид
используются преобразователи разных
Э
лек
тр
оприв
о
д
31
электронные компоненты №11 2010
типов. выбор определенного устрой-
ства зависит от предполагаемой стои-
мости системы, схемы управления и
технических характеристик. на рисун-
ке 1 представлена эквивалентная одно-
фазная цепь.
ВыБор тоПологии Схемы
данный преобразователь состоит из
двух IGBT-транзисторов и двух диодов.
при включении Q1 и Q2 возбуждаются
статорные обмотки, а ротор начинает
двигаться под действием реактивного
момента, создаваемого возбужденным
полюсом статора. незадолго до того
как оси статора и ротора совпадут, Q1 и
Q2 выключаются, а D1 и D2 включаются.
в результате на обмотке фазы появ-
ляется отрицательное напряжение, и
быстро уменьшается ток, что подавляет
генерацию отрицательного крутящего
момента. амплитуда и форма сигна-
ла тока регулируются таким образом,
чтобы удовлетворить требованиям к
крутящему моменту и скорости вра-
щения.
схема управления вентильно-
индукторным двигателем реализуется
на печатной плате в виде дискретного
или модульного решения. несмотря
на то, что дискретное решение обе-
спечивает большую гибкость монта-
жа, применение силовых модулей дает
выигрыш в занимаемом пространстве,
надежности,
производительности
и стоимости системы при серийном
производстве. на рынке предлагаются
два модуля для такого типа двигате-
лей — одно- и двухфазные преобра-
зователи. увеличение числа фаз сни-
жает уровень пульсаций, однако это
достигается за счет большего числа
электронных компонентов. для соз-
дания пускового момента двигателя
требуются, по крайней мере, две фазы.
для задания направления вращения —
три фазы.
в случае двухфазного модуля вид
в его состав входят четыре NPT IGBT,
четыре диодных модуля FRD, три драй-
вера ис, дискретные ограничительные
диоды и дополнительный термистор.
Благодаря тому, что термистор нахо-
дится внутри модуля, а не на тепло-
отводе, фактическая температура
кристалла определяется с меньшей
постоянной времени и с меньшей
погрешностью. наконец, еще одним
преимуществом этого модуля явля-
ется оптимизация работы кристалла
путем снижения потерь мощности,
основанного на учете действительных
технических характеристик пылесоса.
Энергоэффективность и отличные
технические характеристики — обя-
зательные требования к бытовым
приложениям. потребительский
спрос традиционно высок на сложную
электронную продукцию с развитой
функциональностью, однако по мере
роста цен на электроэнергию необхо-
димость в снижении мощности, потре-
бляемой изделиями, увеличивается.
именно по этой причине технология
вид становится более популярной во
многих стандартных приложениях, в
т.ч. бытовых.
использование силового модуля в
вентильно-индукторных двигателях, по
всей видимости, станет широко рас-
пространенным решением. технология
вид будет совершенствоваться и далее
в направлении уменьшения шума и
пульсаций за счет модернизации само-
го двигателя, повышения точности без-
датчикового алгоритма и собственно
алгоритма управления.
ЛИтература
1. w w w.eetimes.com/design/smar t-
energy- design/4013583/How-Switched-
Reluctance-Motors-enable-green-designs.
www.russianelectronics.ru
30
Э
лек
тр
оприв
о
д
www.elcomdesign.ru
Электронная промышленность продолжает переход от неэффективных
асинхронных двигателей к вентильно-индукторным двигателям (ВИД)
с высокой энергоэффективностью и улучшенными массогабаритными
показателями — параметрами, которые отвечают нуждам современ-
ной электроники. В статье рассматриваются преимущества таких
двигателей и вопросы их практического применения.
вентильно-индукторные
двигатели в «зеленых» системах
Байонгчул чо, Сангил йонг, Fairchild Semiconductor
ВыСокоэффектиВные
электродВигатели и экономия
раСходоВ
для создания высокоэффективных
электронных систем требуются ком-
пактные эффективные электродвигате-
ли с широким диапазоном регулирова-
ния скорости.
воздушный зазор в таких двигателях
минимален, за счет чего увеличивает-
ся энергоэффективность вид. самый
простой способ создать вращающий
момент и привести во вращение ротор
состоит в последовательном пере-
ключении фазы тока в зависимости
от положения ротора. при этом ротор
будет следовать по направлению пере-
ключения, поворачиваясь в сторону
фазы с максимальным током. таким
образом, направление вращения не
зависит от направления текущего
через фазу тока — оно зависит только
от последовательности возбуждения
обмотки статора. данный принцип
униполярности требует, чтобы только
один ключ располагался последова-
тельно фазной обмотке.
у вид имеется ряд явных преи-
муществ перед большинством дви-
гателей, в т.ч. над асинхронными
двигателями. поскольку у вид явно-
полюсный ротор не имеет обмотки,
затраты на материалы для его изго-
товления ниже. кроме того, за счет
независимых обмоток реализована
отказоустойчивая работа двигателя и
устойчивая структура, которая позво-
ляет уменьшить энергопотребление
благодаря тому, что питание подается
на обмотки и отключается только в
случае необходимости. у этого типа
двигателя высокое отношение вра-
щающего момента к моменту инерции
и большой пусковой момент, причем
проблемы с бросками пускового тока
отсутствуют.
в других типах двигателей ток при
их запуске может привести к момен-
Рис. 1. Эквивалентная схема однофазного ВИД
тальному провалу сетевого напряже-
ния, что отрицательно сказывается
на качестве электроэнергии. однако
применение технологии вид может
иметь ряд недостатков, о которых сле-
дует знать. например, для работы вид
требуется информация о положении
ротора. по этой причине вид, как пра-
вило, должны оснащаться датчиками,
недостатком вид является необходи-
мость в управлении звуковым шумом,
вызванным вибрациями работающего
двигателя, а также в необходимости
избежать воздействия пульсаций на
систему.
Применение Вид В ПылеСоСах
одним из потенциальных недостат-
ков вид обусловлен его схемой. с появ-
лением высокоскоростных DSP стало
возможным установить управление
вид без использования датчиков.
в бытовой технике вид, в первую
очередь, нашли применение в пыле-
сосах, где требуется высокая скорость
вращения (десятки тысяч об./мин), а
также большой крутящий момент для
всасывания. вращающийся с большой
скоростью ротор играет также роль
низкочастотного фильтра пульсаций,
что уменьшает недостатки вид.
Шум вид в пылесосах гораздо
меньше звукового шума вентилятора.
оптимальный выбор этого типа двига-
теля для пылесоса должен учитывать
указанные требования.
во многих недорогих пылесосах
используется простой двухпозици-
онный переключатель с универсаль-
ным двигателем с большой скоро-
стью вращения до 30 тыс. об./мин.
скорость двигателя регулируется с
помощью триака и цепи синхрониза-
ции с помощью информации, посту-
пающей с датчика положения. при
таком управлении фазовым углом
на нагрузку подается только часть
сетевого переменного напряжения.
Фазовый угол непрерывно меняется,
что позволяет изменять форму сигна-
ла напряжения.
недостаток этого простого и недо-
рогого электронного устройства управ-
ления состоит в том, что переключе-
ние сигнала переменного тока может
привести к нежелательным электро-
магнитным помехам. таким образом,
необходимо предпринять меры по пре-
дотвращению воздействия этих помех
на сеть электропитания или на схему
самого триака. Более того, из-за боль-
шого тока снижается эффективность
работы двигателя, а высокая темпера-
тура щеток приводит к сокращению его
срока службы.
драйвер вид является асимметрич-
ным преобразователем с цепью Шим-
управления, обеспечивающей питание
и коммутацию. из-за сложности этой
схемы такое решение ограничено при-
менением лишь на рынке дорогостоя-
щей продукции.
на самом деле, в приложениях с вид
используются преобразователи разных
Э
лек
тр
оприв
о
д
31
электронные компоненты №11 2010
типов. выбор определенного устрой-
ства зависит от предполагаемой стои-
мости системы, схемы управления и
технических характеристик. на рисун-
ке 1 представлена эквивалентная одно-
фазная цепь.
ВыБор тоПологии Схемы
данный преобразователь состоит из
двух IGBT-транзисторов и двух диодов.
при включении Q1 и Q2 возбуждаются
статорные обмотки, а ротор начинает
двигаться под действием реактивного
момента, создаваемого возбужденным
полюсом статора. незадолго до того
как оси статора и ротора совпадут, Q1 и
Q2 выключаются, а D1 и D2 включаются.
в результате на обмотке фазы появ-
ляется отрицательное напряжение, и
быстро уменьшается ток, что подавляет
генерацию отрицательного крутящего
момента. амплитуда и форма сигна-
ла тока регулируются таким образом,
чтобы удовлетворить требованиям к
крутящему моменту и скорости вра-
щения.
схема управления вентильно-
индукторным двигателем реализуется
на печатной плате в виде дискретного
или модульного решения. несмотря
на то, что дискретное решение обе-
спечивает большую гибкость монта-
жа, применение силовых модулей дает
выигрыш в занимаемом пространстве,
надежности,
производительности
и стоимости системы при серийном
производстве. на рынке предлагаются
два модуля для такого типа двигате-
лей — одно- и двухфазные преобра-
зователи. увеличение числа фаз сни-
жает уровень пульсаций, однако это
достигается за счет большего числа
электронных компонентов. для соз-
дания пускового момента двигателя
требуются, по крайней мере, две фазы.
для задания направления вращения —
три фазы.
в случае двухфазного модуля вид
в его состав входят четыре NPT IGBT,
четыре диодных модуля FRD, три драй-
вера ис, дискретные ограничительные
диоды и дополнительный термистор.
Благодаря тому, что термистор нахо-
дится внутри модуля, а не на тепло-
отводе, фактическая температура
кристалла определяется с меньшей
постоянной времени и с меньшей
погрешностью. наконец, еще одним
преимуществом этого модуля явля-
ется оптимизация работы кристалла
путем снижения потерь мощности,
основанного на учете действительных
технических характеристик пылесоса.
Энергоэффективность и отличные
технические характеристики — обя-
зательные требования к бытовым
приложениям. потребительский
спрос традиционно высок на сложную
электронную продукцию с развитой
функциональностью, однако по мере
роста цен на электроэнергию необхо-
димость в снижении мощности, потре-
бляемой изделиями, увеличивается.
именно по этой причине технология
вид становится более популярной во
многих стандартных приложениях, в
т.ч. бытовых.
использование силового модуля в
вентильно-индукторных двигателях, по
всей видимости, станет широко рас-
пространенным решением. технология
вид будет совершенствоваться и далее
в направлении уменьшения шума и
пульсаций за счет модернизации само-
го двигателя, повышения точности без-
датчикового алгоритма и собственно
алгоритма управления.
ЛИтература
1. w w w.eetimes.com/design/smar t-
energy- design/4013583/How-Switched-
Reluctance-Motors-enable-green-designs.
www.russianelectronics.ru
30
Э
лек
тр
оприв
о
д
www.elcomdesign.ru
Электронная промышленность продолжает переход от неэффективных
асинхронных двигателей к вентильно-индукторным двигателям (ВИД)
с высокой энергоэффективностью и улучшенными массогабаритными
показателями — параметрами, которые отвечают нуждам современ-
ной электроники. В статье рассматриваются преимущества таких
двигателей и вопросы их практического применения.
вентильно-индукторные
двигатели в «зеленых» системах
Байонгчул чо, Сангил йонг, Fairchild Semiconductor
ВыСокоэффектиВные
электродВигатели и экономия
раСходоВ
для создания высокоэффективных
электронных систем требуются ком-
пактные эффективные электродвигате-
ли с широким диапазоном регулирова-
ния скорости.
воздушный зазор в таких двигателях
минимален, за счет чего увеличивает-
ся энергоэффективность вид. самый
простой способ создать вращающий
момент и привести во вращение ротор
состоит в последовательном пере-
ключении фазы тока в зависимости
от положения ротора. при этом ротор
будет следовать по направлению пере-
ключения, поворачиваясь в сторону
фазы с максимальным током. таким
образом, направление вращения не
зависит от направления текущего
через фазу тока — оно зависит только
от последовательности возбуждения
обмотки статора. данный принцип
униполярности требует, чтобы только
один ключ располагался последова-
тельно фазной обмотке.
у вид имеется ряд явных преи-
муществ перед большинством дви-
гателей, в т.ч. над асинхронными
двигателями. поскольку у вид явно-
полюсный ротор не имеет обмотки,
затраты на материалы для его изго-
товления ниже. кроме того, за счет
независимых обмоток реализована
отказоустойчивая работа двигателя и
устойчивая структура, которая позво-
ляет уменьшить энергопотребление
благодаря тому, что питание подается
на обмотки и отключается только в
случае необходимости. у этого типа
двигателя высокое отношение вра-
щающего момента к моменту инерции
и большой пусковой момент, причем
проблемы с бросками пускового тока
отсутствуют.
в других типах двигателей ток при
их запуске может привести к момен-
Рис. 1. Эквивалентная схема однофазного ВИД
тальному провалу сетевого напряже-
ния, что отрицательно сказывается
на качестве электроэнергии. однако
применение технологии вид может
иметь ряд недостатков, о которых сле-
дует знать. например, для работы вид
требуется информация о положении
ротора. по этой причине вид, как пра-
вило, должны оснащаться датчиками,
что удорожает систему. еще одним
недостатком вид является необходи-
мость в управлении звуковым шумом,
вызванным вибрациями работающего
двигателя, а также в необходимости
избежать воздействия пульсаций на
систему.
Применение Вид В ПылеСоСах
одним из потенциальных недостат-
ков вид обусловлен его схемой. с появ-
лением высокоскоростных DSP стало
возможным установить управление
вид без использования датчиков.
в бытовой технике вид, в первую
очередь, нашли применение в пыле-
сосах, где требуется высокая скорость
вращения (десятки тысяч об./мин), а
также большой крутящий момент для
всасывания. вращающийся с большой
скоростью ротор играет также роль
низкочастотного фильтра пульсаций,
что уменьшает недостатки вид.
Шум вид в пылесосах гораздо
меньше звукового шума вентилятора.
оптимальный выбор этого типа двига-
теля для пылесоса должен учитывать
указанные требования.
во многих недорогих пылесосах
используется простой двухпозици-
онный переключатель с универсаль-
ным двигателем с большой скоро-
стью вращения до 30 тыс. об./мин.
скорость двигателя регулируется с
помощью триака и цепи синхрониза-
ции с помощью информации, посту-
пающей с датчика положения. при
таком управлении фазовым углом
на нагрузку подается только часть
сетевого переменного напряжения.
Фазовый угол непрерывно меняется,
что позволяет изменять форму сигна-
ла напряжения.
недостаток этого простого и недо-
рогого электронного устройства управ-
ления состоит в том, что переключе-
ние сигнала переменного тока может
привести к нежелательным электро-
магнитным помехам. таким образом,
необходимо предпринять меры по пре-
дотвращению воздействия этих помех
на сеть электропитания или на схему
самого триака. Более того, из-за боль-
шого тока снижается эффективность
работы двигателя, а высокая темпера-
тура щеток приводит к сокращению его
срока службы.
драйвер вид является асимметрич-
ным преобразователем с цепью Шим-
управления, обеспечивающей питание
и коммутацию. из-за сложности этой
схемы такое решение ограничено при-
менением лишь на рынке дорогостоя-
щей продукции.
на самом деле, в приложениях с вид
используются преобразователи разных
Э
лек
тр
оприв
о
д
31
электронные компоненты №11 2010
типов. выбор определенного устрой-
ства зависит от предполагаемой стои-
мости системы, схемы управления и
технических характеристик. на рисун-
ке 1 представлена эквивалентная одно-
фазная цепь.
ВыБор тоПологии Схемы
данный преобразователь состоит из
двух IGBT-транзисторов и двух диодов.
при включении Q1 и Q2 возбуждаются
статорные обмотки, а ротор начинает
двигаться под действием реактивного
момента, создаваемого возбужденным
полюсом статора. незадолго до того
как оси статора и ротора совпадут, Q1 и
Q2 выключаются, а D1 и D2 включаются.
в результате на обмотке фазы появ-
ляется отрицательное напряжение, и
быстро уменьшается ток, что подавляет
генерацию отрицательного крутящего
момента. амплитуда и форма сигна-
ла тока регулируются таким образом,
чтобы удовлетворить требованиям к
крутящему моменту и скорости вра-
щения.
схема управления вентильно-
индукторным двигателем реализуется
на печатной плате в виде дискретного
или модульного решения. несмотря
на то, что дискретное решение обе-
спечивает большую гибкость монта-
жа, применение силовых модулей дает
выигрыш в занимаемом пространстве,
надежности,
производительности
и стоимости системы при серийном
производстве. на рынке предлагаются
два модуля для такого типа двигате-
лей — одно- и двухфазные преобра-
зователи. увеличение числа фаз сни-
жает уровень пульсаций, однако это
достигается за счет большего числа
электронных компонентов. для соз-
дания пускового момента двигателя
требуются, по крайней мере, две фазы.
для задания направления вращения —
три фазы.
в случае двухфазного модуля вид
в его состав входят четыре NPT IGBT,
четыре диодных модуля FRD, три драй-
вера ис, дискретные ограничительные
диоды и дополнительный термистор.
Благодаря тому, что термистор нахо-
дится внутри модуля, а не на тепло-
отводе, фактическая температура
кристалла определяется с меньшей
постоянной времени и с меньшей
погрешностью. наконец, еще одним
преимуществом этого модуля явля-
ется оптимизация работы кристалла
путем снижения потерь мощности,
основанного на учете действительных
технических характеристик пылесоса.
Энергоэффективность и отличные
технические характеристики — обя-
зательные требования к бытовым
приложениям. потребительский
спрос традиционно высок на сложную
электронную продукцию с развитой
функциональностью, однако по мере
роста цен на электроэнергию необхо-
димость в снижении мощности, потре-
бляемой изделиями, увеличивается.
именно по этой причине технология
вид становится более популярной во
многих стандартных приложениях, в
т.ч. бытовых.
использование силового модуля в
вентильно-индукторных двигателях, по
всей видимости, станет широко рас-
пространенным решением. технология
вид будет совершенствоваться и далее
в направлении уменьшения шума и
пульсаций за счет модернизации само-
го двигателя, повышения точности без-
датчикового алгоритма и собственно
алгоритма управления.
ЛИтература
1. w w w.eetimes.com/design/smar t-
energy- design/4013583/How-Switched-
Reluctance-Motors-enable-green-designs.
www.russianelectronics.ru
