Научно-технический центр "Интеллектуальные электронно-механические системы"

intems@yandex.ru

    Инжиниринговые услуги в разработке и изготовлении силовой электроники и электромеханики

Индукторный электропривод

Научно-технический прогресс требует развития известных и появление новых типов преобразователей электрической энергии в механическую. Современные преобразователи являются механотронными устройствами, аккумулирующими в себе последние достижения в электромеханике, электронно-преобразовательной технике и алгоритмах управления.

В конце 20-го века, появление мощных полупроводниковых ключей заставило разработчиков вновь вернуться к уже известной индукторной электрической машине, которая представляет собой структуру с зубчатым пассивным ротором и явнополюсным статором с сосредоточенными катушками обмотки.

Принцип построения (технологию) такого привода за рубежом называют - Switched Reluctance technology. Словарь переводит это как – коммутируемое магнитное сопротивление.

В соответствии с ГОСТ 27471-87 “Машины электрические вращающиеся” в части конструктивного исполнения это индукторная машина - “синхронная машина, у которой статор выполняет функции якоря и индуктора и у которой процесс преобразования энергии обусловлен пульсациями магнитной индукции вследствие зубчатости ротора”. 

По способу преобразования энергии это реактивный двигатель - “синхронный двигатель, вращающий момент которого обусловлен неравенством магнитных проводимостей по поперечной и продольной осям ротора, не имеющего обмоток возбуждения и постоянных магнитов”, а по схеме подключения это вентильная машина - “бесщеточная машина постоянного тока, обмотка якоря которой связана с внешними цепями через вентильное коммутирующее устройство”.

Исходя из этого, эта электрическая машина часто именуется как ВИРД (вентильно-индукторный реактивный двигатель).

Чтобы такая электрическая машина стала функционально законченным преобразователем электрической энергии в крутящий момент, необходим блок управления, который обеспечит своевременную подачу токов необходимого значения в обмотки ИД для создания требуемого момента на валу при различных режимах работы.

В дальнейшем, для простоты, будем называть такой двигатель индукторным (ИД), как конструктивную единицу, а электропривод – индукторным (ИЭП).

Конструктивные исполнения ИД отличаются многообразием, но для каждого конкретного применения оптимальными могут быть лишь ограниченное количество конфигураций магнитной цепи ИД, которые определяется расчетом, исходя из требований ТЗ. Так, например, для увеличения электромагнитного момента может применяться конструкция с удвоенным числом полюсов статора и ротора,  допускается исполнение зубцов статора в виде гребенок, что оказывается эффективным при необходимости обеспечения низкой скорости вращения при большой величине вращающего момента и т.п..

Обычно, ИЭП преобразует электрическую энергию  во вращательное движение, а преобразование в линейное перемещение выполняет механический редуктор. Однако ИД  можно проектировать и для безредукторного прецизионного линейного перемещения.

Структурная схема ИЭП постоянного тока приведена на рисунке 1. Она содержит фильтр радиопомех (ФРП), источник питания собственных нужд (ИПСН), коммутатор фаз (КФ), систему управления (СУ) и индукторный двигатель (ИД) с датчиком положения ротора (ДПР).

Для питания от сети переменного тока в схему необходимо дополнительно включить выпрямитель, а при необходимости еще и корректор мощности, который обеспечит синусоидальную форму потребляемого тока и активный характер нагрузки. 

Рисунок 1.

БУ обеспечивает регулировку и стабилизацию частоты вращения ИД, плавный пуск, работу двигателя с заданным законом управления и  высокое значение КПД электропривода в различных режимах работы.

Коммутатор КФ осуществляет преобразование напряжения питающей сети в однополярные импульсы напряжения управления фазами ИД необходимой формы и амплитуды, по этому работа ИЭП мало зависит от напряжения питающей сети.

Особенностью индукторного двигателя является необходимость синхронизации импульсов управления фазами с положением ротора ИД, информация о котором приходит от ДПР.

По сигналам ДПР СУ управляет коммутатором фаз в соответствии с заданным алгоритмом работы.

БУ обладает комплексом защитных функций: от коротких замыканий, перенапряжений, перегрева, заклинивания двигателя и др. Наличие защит предотвращает возникновение аварийных ситуаций при эксплуатации привода.

Для обеспечения бесперебойности работы электропривода можно использовать питание от нескольких независимых сетей и аккумуляторную батарею.

Для полноты картины необходимо отметить, что наряду с рассмотренными выше реактивными индукторными двигателями с самовозбуждением, определенный интерес представляет вентильно-индукторный  электродвигатель с независимым возбуждением (ИДНВ). У ИДНВ обмотка возбуждения расположена на статоре, он имеет несколько пакетов статора, конструкция  его более сложная, но для управления им можно использовать стандартный инвертор асинхронного ЭД и алгоритм векторного управления. К существенной особенности ИДНВ можно отнести замыкание магнитного поля через подшипники вала, что может приводить к преждевременному их износу.

Специфика конструкции ИД  позволяет ему удачно встраиваться непосредственно в исполнительный механизм (агрегат), по этому перспективными направлениями использования ИЭП будут механизмы типа мотор-агрегат (мотор-колесо, мотор-насос, мотор-редуктор, мотор-задвижка и т.п.), а, следовательно, их создание потребует индивидуального подхода к расчету и проектированию магнитной цепи ИД с целью максимизации технико-экономических характеристик изделия в целом.  

Более углубленно с особенностями ИД можно ознакомиться, например, в диссертационной работе на соискание степени д.т.н. “Вентильные индукторно-реактивные двигатели прецизионных следящих систем электропривода” Голландцева Ю. А..

При использовании этого материала ссылка на источник обязательна.

Информация:

"Индукторный электропривод"

"Экономика и индукторный электропривод"

"Индукторная электрическая машина в транспортных средствах"

"Высокоточный безредукторный индукторный электропривод в следящих системах"