Новые типы электроприводов

Электропривод.
Электропривод с вентильным двигателем
Вентильным называется синхронный двигатель с
электронным коммутатором напряжения, к которому
подключена обмотка статора, и датчиком положения
ротора, установленным на вал двигателя и управляющим
работой коммутатора в зависимости с положения ротора.
Датчик положения ротора генерирует периодические
сигналы, по которым открываются и закрываются ключи
коммутатора, подключающего к сети соответствующие
обмотки статора.

Электропривод.
Электропривод с вентильным двигателем
Система вентильной коммутации
обычно состоит из датчика
синхронизирующих сигналов,
системы формирования сигналов
управления и управляемого
коммутатора.

Электропривод.
Электропривод с вентильным двигателем
Датчик синхронизирующих сигналов задает порядок и частоту переключения элементов коммутатора. При позиционном управлении - это датчик положения ротора, а при фазовом - датчик фазы напряжения якорной обмотки.

Электропривод.
Электропривод с вентильным двигателем
Датчик положения ротора представляет собой встроенный в машину узел, состоящий из чувствительных элементов, закрепленных на статоре, и сигнальных элементов, закрепленных на роторе.
Обычно используются фотоэлектрические или магнитомодуляционные датчики.

Электропривод.
Электропривод с вентильным двигателем
Система формирования сигналов управления обеспечивает усиление и формирование синхронизирующих сигналов.
Управляемый коммутатор осуществляет бесконтактные переключения в силовых цепях вентильного двигателя.

Электропривод.
Электропривод с вентильным двигателем
В управляемых коммутаторах на полупроводниковых приборах используются полностью управляемые приборы (транзисторы, двухоперационные тиристоры) и не полностью управляемые (тиристоры, семисторы).
По способу коммутации управляемые коммутаторы на не полностью управляемых полупроводниковых приборах можно разделить на три вида: с естественной, принудительной и смешанной коммутацией.

Электропривод.
Электропривод с вентильным двигателем
При естественной коммутации переключения происходят под действием ЭДС якорной обмотки.
При принудительной коммутации управление тиристорами осуществляется под действием коммутирующего напряжения отдельного источника либо напряжения питающей сети.
При смешанной коммутации имеет место комбинация первого и второго способов.

Электропривод.
Электропривод с вентильным двигателем
Вентильные двигатели могут питаться от сети как постоянного, так и переменного тока. Если управляемый коммутатор питается от сети постоянного тока, то он представляет собой инвертор — преобразователь постоянного тока в переменный. Если управляемый коммутатор подключен к сети переменного тока, тo он выполняет функции преобразователя частоты.

Электропривод.
Электропривод с шаговым двигателем
Исполнительные органы некоторых рабочих машин и механизмов должны совершать строго дозированные перемещения с фиксацией своего положения в конце движения. В ЭП таких машин и механизмов успешно применяются шаговые двигатели (ШД) разных типов, образующие основу дискретного ЭП.

Электропривод.
Электропривод с шаговым двигателем
Шаговый двигатель по принципу своего действия аналогичен синхронному, но в отличие от последнего магнитное поле ШД перемещается (вращается) не непрерывно, а дискретно, шагами.
Это достигается за счет импульсного возбуждения обмоток ШД с мощью электронного коммутатора, который преобразует одноканальную последовательность управляющих импульсов в многоканальную систему напряжений, прикладываемых к его обмоткам (фазам).

Электропривод.
Электропривод с шаговым двигателем
Дискретному характеру напряжения на фазах ШД соответствует дискретное вращение (перемещение) электромагнитного поля в воздушном зазоре, вследствие чего движение ротора состоит из последовательных элементарных поворотов или шагов.

Электропривод.
Электропривод с шаговым двигателем
Ротор набирается из листов электротехнической стали. Число зубцов ротора zр определяет собой число пар полюсов и величину его шага (при заданной схеме переключения обмоток).
Зубцы на полюсных выступах статора нарезаны с тем же шагом, что и на роторе, при этом смежные гребенчатые зубцовые зоны статора взаимно смещены относительно зубцов ротора на ¼ зубцового деления.

Электропривод.
Электропривод с шаговым двигателем
ШД имеет на статоре две пары явно выраженных полюсов, на которых находятся обмотки возбуждения (управления).
Каждая из обмоток состоит из двух частей, находящихся на противоположных полюсах статора.

Электропривод.
Электропривод с шаговым двигателем
Питание фазных обмоток производится однополярными импульсами напряжения. При протекании тока в одной или двух смежных фазах ротор ШД стремится занять положение, при котором его зубцы соосны с зубцами возбуждения гребенчатых зон статора.
Поскольку зубцовые зоны статора смещены на ¼ зубцового деления относительно зубцов ротора, то перенос возбуждения на смежную пару диаметральных полюсных выступов статора при переключении обмоток вызывает поворот ротора на шаг равный ¼ зубцового деления.

Электропривод.
Электропривод с шаговым двигателем
В схемах потенциального управления напряжения на обмотках ШД изменяется только в моменты поступления управляющих импульсов.
При отсутствии сигнала на входе коммутатора одна обмотка или группа обмоток ШД, включенных последним импульсом, остается под напряжением. Положение ротора фиксируется неподвижным в пространстве полем статора.

Электропривод.
Электропривод с шаговым двигателем
а)
б)
1/f
1/f

Электропривод.
Электропривод с шаговым двигателем
Промышленностью серийно выпускается широкая номенклатура шаговых двигателей:
магнитоэлектрические четырехфазные двигатели серий ШДА и ШД имеют шаг 22,5 и 180;
индукторные четырехфазные двигатели серии ШДР обеспечивают величину шагов от 15 до 30.

Электропривод.
Электропривод с шаговым двигателем

Электропривод.
Электропривод с шаговым двигателем
Сигнал управления в виде импульсов напряжения поступает, на вход блока 2 от программного или другого внешнего командного устройства.
Блок 2 видоизменяет эти импульсы, формируя их по длительности и амплитуде, как необходимо для нормальной работа последующих блоков схемы.
Распределитель импульсов 3 преобразует последовательность сформированных импульсов, например в четырехфазную систему однополярных импульсов напряжения.

Электропривод.
Электропривод с шаговым двигателем
Импульсы с выхода распределителя 3 усиливаются с помощью промежуточного усилителя 4 и поступают на коммутатор 5, питающий обмотки ШД 8. Обычно коммутатор питается от источника постоянного тока выпрямителя 12 и обеспечивает в обмотках ШД пульсирующий ток одного направления.

Электропривод. Ч.1
Электропривод с шаговым двигателем
Рассмотренная разомкнутая схема управления ШД не всегда обеспечивает высокие динамические свойства, точность и энергетические показатели ЭП. Поэтому современные схемы управления ШД содержат дополнительные узлы, с помощью которых характеристики ЭП улучшаются. К таким узлам относятся частотно - импульсный регулятор напряжения 11, усилитель обратной связи тока, блок электронного дробления шага 13, блок плавного разгона и торможения (датчик интенсивности) 1, датчик положения ротора и скорости 7, и цифровой регулятор 6.
Регулятор 11 и усилитель 10, связанные с узлом сравнения 9, служат для автоматической стабилизации тока в обмотках ШД и подержания его момента, что существенно улучшает энергетические показатели работы двигателя. Стабилизация тока осуществляется введением отрицательной обратной связи по току, с помощью которой за счет регулирования частоты переключения регулятора (частотно-импульсная модуляция) изменяется среднее значение напряжения питания и тем самым регулируется ток в обмотках ШД.

Электропривод с шаговым двигателем
Задача формирования тока в обмотках ШД решается также при использовании коммутатора 5, обладающего свойствами источника тока. В этом случае отпадает надобность в обратной связи току и блоках 11 и 10.
Для улучшения качества движения ШД при низких частотах повышения точности отработки входных импульсов управления помощью блока 13 уменьшается единичный шаг ШД.
Улучшение динамических свойств дискретного ШД, в частности увеличение диапазона рабочих частот входного сигнала, значительно превышающих частоту приёмистости двигателя, может быть достигнуто введением в схему блока 1, обеспечивающего разгон и торможение двигателя с заданным темпом, при котором еще не происходит пропускание управляющих импульсов. При использовании блока 1 область рабочих частот шагового электропривода может бы увеличена в 2... 3 раза.
Электропривод.