конструкция, принцип работы, классификация, характеристики

Постоянное совершенствование технологий и развитие точного электрооборудования приводит к созданию новых и преобразованию старых устройств. Такому совершенствованию подвергаются и электрические машины, которые неоднократно преобразовывались для получения точного позиционирования. При массовом внедрении полупроводниковых приборов появилась возможность заменить классические щетки на p-n переходы, в результате чего был создан  вентильный двигатель.

Конструкция и принцип работы

Конструктивно вентильный агрегат представляет собой разновидность синхронного двигателя.

В его состав входят:

  • Ротор, как правило, из магнитного материала, реагирующий на воздействие электромагнитного поля. 
  • Статор, включающий в себя фазы обмоток, намотанные в катушки станину и диэлектрическую прокладку.
  • Измерительные датчики (чаще всего Холла), позволяющие определить положение вращения вала.
  • Микропроцессорный блок, формирующий импульсы, их форму, задающие частоту вращения ротора, сравнивающий показания датчиков и подаваемого переменного тока на фазные обмотки.

Пример конструкции вентильного двигателя приведен на рисунке ниже:

Рис. 1. Конструкция вентильного двигателя

Принцип работы вентильного двигателя заключается в четком позиционировании постоянных магнитов на роторе по отношению к формируемому пику электромагнитного импульса на фазных электрических обмотках. При движении магнитов датчики воспринимают информацию об их положении в пространстве и меняют пропускную способность реактивных вентильных преобразователей, что позволяет валу вращаться дальше. Таким образом, управление вращением осуществляется без использования скользящего контакта, поэтому данная категория электрических машин относится к категории бесколлекторных электродвигателей.

Статор

Рис. 2. Конструкция статора вентильного двигателя

Конструктивно статор мало чем отличается от классических моделей синхронных и асинхронных двигателей. Это металлический цельнолитой или наборной магнитопровод, в пазах которого укладываются фазные провода. Количество обмоток якоря определяется числом подключаемых фаз и периодичностью их чередования. Чем чаще уложены обмотки статора, тем точнее контролируется вращение вентильного электродвигателя.

Полюса статора также могут характеризоваться смещением на строго определенный угол, как и его обмотки. По количеству фаз коммутации вентильные двигатели бывают двух-, трех-, четырех- и шестифазными.

Ротор

В зависимости от конструкции ротора бесконтактные двигатели могут иметь внутрироторное и внешнероторное исполнение.

Рис. 3. Внешнероторные и внутрироторные модели

Количество пар полюсов также может отличаться, но уже без каких-либо привязок к обмоткам, как правило, этот параметр варьируется от двух до шестнадцати с парным шагом.

В более старых моделях для бесколлекторных двигателей использовались постоянные магниты из ферритовых сплавов. Которые отличались доступностью и относительно более низкой себестоимостью, но имели слишком низкие показатели индукции. Однако с постепенным развитием технологий, на смену им пришли магнитные элементы из редкоземельных металлов. Этот вариант обладает более точным позиционированием, но и стоит он дороже.

Рис. 4. Вентильный двигатель с внешним ротором

Датчик положения ротора

В синхронных электродвигателях датчик необходим для осуществления обратной связи с положением вала механического устройства. В зависимости от принципа действия могут применяться датчики:

  • Фотоэлектрического принципа действия;
  • Трансформаторного;
  • Индуктивного;
  • На эффекте Холла.

Рис. 5. Датчик положения ротора

Наиболее распространенными вариантами для практической реализации стали фотоэлектрические датчики и датчики с эффектом Холла. Они обладают большей точностью и меньше запаздывают при передаче данных в канале связи. Датчики привязываются к определенным маркерам на валу и реагируют на их прохождение.

Система управления

В состав блока управления, как правило, входит микроконтроллер и электронный ключ для подключения к двух- или трехфазным обмоткам двигателя. Микроконтроллер или микропроцессор необходим для обработки получаемых с датчиков сигналов и последующего преобразования синусоидальной коммутации в более удобную форму сигнала. Электрические преобразователи выполняется на базе полупроводниковых транзисторов, соединенных по мостовой схеме. Они производят широтно-импульсную модуляцию питающего напряжения в соответствии с заданным режимом работы.

Рис. 6. Электронный ключ вентильного двигателя

Классификация

По типу питания вентильные  электрические машины подразделяются на электродвигатели постоянного и переменного тока.

По способу взаимодействия магнитного поля статора и ротора встречаются синхронные, асинхронные и индукторные аппараты.

Помимо этого, в зависимости от числа задействованных фаз они разделяются на:

  • Однофазные – представляю собой наиболее простой вариант, где используется минимум линий передачи питающего напряжения от блока управления к его обмоткам. Однако в некоторых позиция существует трудность пуска такого вентильного двигателя под нагрузкой.
  • Двухфазные – обладают хорошей связью между обмоткой и статором. Но выдают довольно сильные пульсации, которые могут привести к негативным последствиям в работе.
  • Трехфазные – наиболее распространенные варианты, способные выдать плавный пуск и нормальный режим работы вентильного двигателя. Характеризуется четным количеством обмоток и хорошими тяговыми характеристиками. К его недостаткам относят лишь чрезмерный шум во время работы.
  • Четырехфазные – характеризуются минимальными пульсациями низким пусковым моментом. Но, в сравнении с другими моделями, они имеют высокую себестоимость, из-за чего применяются редко.

Рис. 7. Четырехфазный вентильный двигатель

Технические характеристики

При выборе конкретной модели важно определить ее соответствие месту установки, поэтому важно обращать внимание на следующие характеристики вентильных двигателей:

  • номинальное напряжение – определяет питающую величину, которая должна подаваться на вентильный двигатель для получения номинального усилия;
  • потребляемая мощность – характеристика электродвигателя, показывающая величину мощности, расходуемую на работу устройства;
  • КПД – показывает соотношение полезной работы, совершаемой вентильным двигателем к израсходованной мощности;
  • мощность на валу – полезная работа электрической машины, совершаемая за счет тягового усилия;
  • номинальная частота – определяет количество оборотов в минуту, которые вентильный двигатель может совершать в номинальном режиме работы;
  • диапазон регулировки частоты – показывает, в каких пределах можно изменять частоту оборотов вала для конкретной модели;
  • номинальный крутящий момент – определяет усилие, создаваемое на валу вентильного двигателя при оптимальных параметрах работы, также в параметрах может регламентироваться пусковой и максимальный момент;
  • коэффициент нагрузки – показывает, насколько снижается эффективность электрической машины, в зависимости от подъема над уровнем моря;
  • габаритные размеры и масса вентильного двигателя.

Преимущества и недостатки

В сравнении с другими типами электрических машин, вентильный двигатель имеет ряд качественных отличий, дающих ему как выгодное, превосходство, так и определенные недостатки.

К преимуществам вентильных двигателей относят:

  • Относительно небольшая величина магнитных потерь из-за отсутствия постоянно действующего поля, как в классических синхронных и асинхронных электродвигателях.
  • Обеспечивает безопасное вращение даже с максимальной нагрузкой, в отличии от коллекторных электродвигателей.
  • За счет встроенного преобразователя частоты коммутация вентильного преобразователя обеспечивает широкий спектр скоростей вращения, которые отличаются плавным переходом от одной к последующей.
  • Хорошая динамика  работы и точность позиционирования, способная создать конкуренцию шаговым двигателям.
  • Относительно большая степень надежности и длительный срок эксплуатации без обслуживания за счет отсутствия скользящего контакта, в отличии от коллекторных двигателей.
  • Может применяться во взрывоопасной среде, в отличии от электродвигателей постоянного и переменного тока со щетками.

К недостаткам вентильных агрегатов следует отнести их высокую себестоимость, наличие дополнительных элементов, усложняющих последующую эксплуатацию. Также существенным минусом считается  сложность управления и задания логики перемещения рабочих органов трехфазных бесколлекторных двигателей в соответствии с меняющимися факторами производственного процесса.

Применение

Вентильные двигатели применяются во всех сферах, где требуется регулировать скорость вращения рабочего элемента. Такие синхронные приводы имеют точное позиционирование и применяются для компьютерной техники, устройств привода, винчестера, куллеров обдува и т.д.

Рис. 8. Вентильный двигатель в компьютере

Помимо этого он используется в робототехнике, строительстве спутников, летательных аппаратов. Для бытовой техники, в устройствах автомобилестроения, в медицинской сфере.  Также нашел широкое применение в станочном оборудовании, горнодобывающих машинах, используется в компрессорных установках и насосных станциях.

Вентильные двигатели*

Вентильные двигатели*

Мумиков А.Д. кафедра электромеханики, электрических и электронных аппаратов, Национальный исследовательский университет «МЭИ», г. Москва

Ключевые слова:
электротехника, вентильные электродвигатели, эффективность

Вентильные двигатели успешно применяют в разных областях производства: на буровых установках, системах охлаждения в химической промышленности, нефтяных скважинах, приводах игрушек, транспорта, в бытовой технике. В отличие от машин постоянного тока, наличие щеточного аппарата в которых снижает их эффективность, беспроводные вентильные двигатели управляются электроникой. Они надежны и долговечны.


Литература:

1. https://vunivere.ru / work14943/page9 [Электронный ресурс] (дата обращения: 06.02.2018).

2. http://dom-en.ru/realiz52/ [Электронный ресурс] (дата обращения: 05.02.2018).

3. http://electricalschool. info/ spravochnik/maschiny/ [Электронный ресурс] (дата обращения: 06.02.2018).

4. http://jurnal.org/articles/2015/ elect1.html [Электронный ресурс] (дата обращения: 08.02.2018).

5. https://mirprom.ru/public [Электронный ресурс] (дата обращения: 10.02.2018).

6. www.syl.ru/article/334155/ ventilnyiy-dvigatel-ustroystvo-i-print… [Электронный ресурс] (дата обращения: 10.02.2018).

Вентильный двигатель (ВД) – это электродвигатель, в котором коллекторнощеточный узел заменен бесконтактным полупроводниковым коммутатором, управляемым датчиком положения. ВД работают от сети постоянного тока [1].

Бесконтактный двигатель – это система регулируемого электропривода, состоящая из электродвигателя, вентильного преобразователя и блока электронного управления, который коммутирует обмотки статора в зависимости от положения ротора.

Микроконтроллер, выполняющий роль устройства управления, регулирует вектор магнитного поля статора, учитывая положение ротора. Коммутация прибора реализуется при помощи вентильного преобразователя.

Вентильные двигатели – электрические машины, в которых частота вращения вала не зависит от частоты в сети. Частота вращения регулируется изменением потока возбуждения и тока в якоре.

Вентильные двигатели имеют ряд достоинств [1]:

1. потеря энергии минимальна вследствие небольшого магнитного сопротивления;

2. высокий уровень безопасности даже при самых высоких нагрузках обеспечивается отсутствием контактных элементов, искрением при коммутации;

3. широкий диапазон оборотов, мягкое переключение скоростей облегчает работу бытовых приборов и приводов в различных сферах производства;

4. бесщеточные двигатели имеют высокие показатели КПД и мощности;

5. отсутствие щеточного механизма не требует технического обслуживания, делает двигатель легче и компактнее;

6. бесколлекторные электродвигатели могут использоваться в агрессивной и взрывоопасной среде, что расширяет область их применения;

7. высокая точность работы и динамика повышает эффективность прибора;

8. вентильные двигатели практически не создают радиопомех.

В то же время у вентильных двигателей есть и недостатки:

1. высокий уровень шума;

2. сложное управление инверторами;

3. высокая цена.

Чтобы разобраться в том, что собой представляет вентильный двигатель и как он работает, необходимо знать его устройство.

Для Цитирования:

Мумиков А.Д., Вентильные двигатели*. Электроцех. 2018;5.

Полная версия статьи доступна подписчикам журнала

Для Цитирования:

Мумиков А.Д., Вентильные двигатели*. Электроцех. 2018;5.

ФИО

Ваш e-mail

Ваш телефон

Нажимая кнопку «Получить доступ» вы даёте своё согласие обработку своих персональных данных

Ваше имя

Ваша фамилия

Ваш e-mail

Ваш телефон

Придумайте пароль

Пароль еще раз

Запомнить меня

Информируйте меня обо всех новостях и спецпредложениях по почте

На указанный Вами номер телефона был отправлен код подтверждения.
Повторно запросить код можно будет через секунд.

Код подтверждения

На указанный Вами номер телефона был отправлен код подтверждения.
Повторно запросить код можно будет через секунд.

Код подтверждения

На указанный Вами номер телефона был отправлен код подтверждения.
Повторно запросить код можно будет через секунд.

Код подтверждения

Логин

Пароль

Ваше имя:

Ваш e-mail:

Ваш телефон:

Сообщение:

На сайте используется защита от спама reCAPTCHA и применяются
Условия использования
и Конфиденциальность Google

Использовать это устройство?

Одновременно использовать один аккаунт разрешено только с одного устройства.

На указанный Вами номер телефона был отправлен код подтверждения.
Повторно запросить код можно будет через секунд.

Код подтверждения

×

Мы перевели вас на Русскую версию сайта
You have been redirected to the Russian version

Мы используем куки

Произошла ошибка

Пожалуйста, повторите попытку позже или посетите нашу домашнюю страницу еще раз.
Bitte versuchen Sie es später oder schauen Sie ob die Homepage funktioniert.

Ошибка: E1020

Австралия
Электронная почта

мотор maxon Australia Pty Ltd

Unit 1, 12-14 Beaumont Road
Mt Kuring-Gai NSW 2080
Австралия

Бенилюкс
Электронная почта

Maxon Motor Benelux B. V.

Josink Kolkweg 38
7545 PR Enschede
Нидерланды

Китай
Электронная почта

Maxon Motor (Сучжоу) Co., Ltd

江兴东路1128号1号楼5楼
215200 江苏吴江
中国

Германия
Электронная почта

максон мотор гмбх

Трудерингер ул. 210
81825 Мюнхен
Германия

Индия
Электронная почта

Maxon Precision Motor India Pvt. ООО

Ниран Аркада, № 563/564
New BEL Road,
RMV 2nd Stage
Бангалор – 560 094
Индия

Италия
Электронная почта

maxon motor italia s. r.l.

Società Unipersonale
Via Sirtori 35
20017 Rho MI
Italia

Япония
Электронная почта

マクソンジャパン株式会社

東京都新宿区新宿 5-1-15
〒 160-0022
日本

Корея
Электронная почта

㈜맥슨모터코리아

서울시 서초구
반포대로 14길 27, 한국 137-876

Португалия
Электронная почта

maxon мотор иберика с.а.

C/ Polo Norte № 9
28850 Торрехон-де-Ардос
Испания

Швейцария
Электронная почта

максон мотор ag

Brünigstrasse 220
Postfach 263
6072 Sachseln
Schweiz

Испания
Электронная почта

максон мотор иберика с. а. Испания (Барселона)

C/ Polo Norte № 9
28850 Торрехон-де-Ардос
Испания

Тайвань
Электронная почта

мотор maxon Тайвань

8ф.-8 №16, переулок 609 сек. 5
сек. 5, Чунсинь роад.
Санчонг р-н.
Нью-Тайбэй Сити 241
臺灣

Великобритания, Ирландия
Электронная почта

Maxon Motor UK Ltd

Maxon House, Hogwood Lane
Finchampstead
Berkshire, RG40 4QW
Соединенное Королевство


США (Восточное побережье)

Электронная почта

Maxon Precision Motors, Inc.

125 Девер Драйв
Тонтон, Массачусетс 02780
США


США (Западное побережье)

Электронная почта

Maxon Precision Motors, Inc.

1065 East Hillsdale Blvd,
Suite 210
Foster City, CA 94404
США

Бесколлекторные двигатели постоянного тока — мощность ниже 900 Вт

  • Специальные оборонные двигатели
  • Бесщеточные двигатели постоянного тока — мощность менее 900 Вт
  • Серводвигатели — мощность ниже 70 кВт
  • Щеточные двигатели
  • Двигатели со встроенной электроникой привода
  • Суровая и опасная среда
  • Устаревшие продукты

Moog предлагает широкий выбор высокопроизводительных бесщеточных двигателей и серводвигателей, используемых в самых разных областях, включая медицину, автоматизацию офиса, упаковку, промышленность, аэрокосмическую промышленность и оборону.

  • Бесщеточные двигатели постоянного тока с внутренним ротором — серия глушителей®

 

  • Бесколлекторные безрамные моментные двигатели постоянного тока с прямым приводом
  • Двигатели ограниченного вращения
  • Бесщеточные двигатели постоянного тока с тороидальной обмоткой

Встроенные двигатели 

Компания Moog расширила свои решения для перемещения, добавив линейку встроенных двигателей с широкими возможностями программирования.

Moog Animatics предлагает передовые технологии, объединяющие двигатель, энкодер, усилитель, контроллер, средства связи RS232/RS485 и устройства ввода-вывода. Теперь SmartMotor оснащен опциональной технологией Combitronic.

Узнать больше

Сервоуправление встроено в высокоэффективный бесщеточный двигатель. Обеспечивает большую свободу проектирования машин и значительно сокращает пространство для проводки и шкафа.

Узнать больше

Заказные двигатели

Компания Moog расширила свою линейку высокопроизводительных бесколлекторных двигателей, включая бесщеточные двигатели с постоянными магнитами, интенсивные элементы управления DSP и дополнительные компоненты. Эти индивидуальные решения обеспечивают конкурентное преимущество как по характеристикам, так и по стоимости для широкого спектра приложений и рынков.

Moog Aspen решает проблемы управления движением OEM, используя свои инженерные возможности для разработки и производства инновационных продуктов, включая бесщеточные двигатели с постоянными магнитами, интенсивные элементы управления DSP и компоненты с добавленной стоимостью. Эти индивидуальные решения обеспечивают конкурентное преимущество как по характеристикам, так и по стоимости для широкого спектра приложений и рынков.

Узнать больше

Moog Aspen тесно сотрудничает с нашими крупными OEM-клиентами, чтобы предложить «больше, чем просто двигатель».

Posted inПопулярное