Принцип работы вентильного двигателя сдатчиком положения ротора

Рассмотрим работу трехфазного ВД с датчиками положения ротора, упрощенная принципиальная схема которого представлена на рис. 13.36.

Рис. 13.36. Упрощенная принципиальная схема вентильного двигателя.

Схема включает электронный коммутатор ЭК, синхронный электродвигатель СД, датчики положения ротора СД-ДПР_А, ДПР_В, ДПР_С, формирователи импульсов ФИ_А, ФИ_В, ФИ_С. Электронный коммутатор включает силовую схему мостового преобразователя, (фазы А, В, С) выполненного на транзисторах VT₁…VT₆, и распределитель импульсов РИ. На вход преобразователя подается постоянное напряжение U, а к выходу, точки а, Ь, с, присоединены фазные обмотки статора СД. Фазные обмотки статора имеют начало и конец, обозначенные АХ, BY, CZ и соединены звездой, т. е. концы X, Y, Z обмотки соединены в одну точку, а начала обмоток А, В, С присоединяются к выходу преобразователя — точкам а, Ъ, с.

Трехфазные обмотки статора двигателя АХ, BY, CZ конструктивно сдвинуты в пространстве относительно друг друга на 120°. Ротор СД представлен постоянным магнитом с двумя полюсами NS. В пазах статора расположены датчики положения ротора ДПР, выполненные на эффекте Холла и расположенные в пространстве со сдвигом относительно друг друга на 120°. Выходы ДПР присоединены к формирователям импульсов ФИ_А, ФИ_В, ФИ_С. При прохождении магнита ротора вблизи ДПР на его выходе появляется сигнал, который формируется ФИ в виде импульса, поступающего на соответствующие входы РИ.

Импульс имеет положительную полярность при прохождении полюса N ротора и отрицательную полярность — при прохождении полюса S ротора.

Распределитель импульсов РИ по определенному алгоритму распределяет импульсы по управляющим входам 1—6 транзисторных ключей VT1…VT6 преобразователя.

Принцип работы ВД поясняют диаграммы, представленные на рис. 13.37.

Для представленного ВД характерно открытое состояние транзисторного ключа преобразователя в течение полупериода его выходного напряжения, т. е. X = 180°. В этом случае изменение состояние ключей VT1…VT6 осуществляется шесть раз за период, т. е. коммутация ключей VT1… VT6 происходит по сигналам с ДПР через каждые 60 электрических градусов. На диаграммах рис. 13.37 период работы ВД разбит на шесть интервалов — I, II, III… IV.

Предположим, что в какой-то части I интервала положение магнита ротора СД находится в вертикальном положении, рис. 13.36, и он вращается против часовой стрелки. Состояние ключей преобразователя, соответствующее положению интервала I: открыты транзисторы VT1, VT6, VT5, а другие транзисторные ключи закрыты. В этом случае схема присоединения обмоток статора СД к источнику постоянного тока U, представлены на рис. 13.38, а, из которой следует, что фазные напряжения обмоток фаз АХ и CZ будут иметь величину U/3, а фазное напряжение обмотки BY будет равно — 217/3 (рис. 13.37, в). Диаграммы токов в фазных обмотках статора СД будут иметь вид, представленный на рис. 13.38, б. Данной диаграмме токов соответствуют их направления в обмотках статора СД (рис. 13.38, в). Результирующее магнитное поле, создаваемое обмотками статора СД — N₀S₀, имеет направление, указанное на рис. 13.38, в.

В конце первого интервала магнит ротора СД, вращаясь против часовой стрелки, занимает положение, при котором его ось совпадает с осью магнитного поля статора N₀S₀. В этом положении полюс N магнитного ротора находится напротив датчика ДПР_А и на его выходе появляется сигнал, который формируется ФИ_А (рис. 13.37, б) и подается в РИ (см. рис. 13.36). Сформированный сигнал с выхода РИ закрывает транзистор VT5 и открывает транзистор VT2. Режим работы ВД переходит во второй интервал (см. рис. 13.37). На II интервале фаз;

Рис. 13.37. Диаграммы работы вентильного двигателя:

а — транзисторных ключей преобразователя; б — датчиков положения роторов; в — фазное напряжение синхронного двигателя ные напряжения обмоток статора СД равны: фаза АХ — 217/3; фазы BY, CZ — U/3 (см. рис. 13.39, а). Диаграмме токов (см. рис. 13.58, б) соответствует результирующий вектор магнитного поля статора N₀S₀, представленный на рис. 13.37, в. Таким образом, результирующий вектор магнитного поля статора скачком переходит из положения, представленного на рис. 13.38, в, в положение, представленное на рис. 13.39, в.

Однако вращение магнита ротора СД из-за его инерции осуществляется не скачком, а с постоянной частотой со₀, которая соответствует основной частоте вращения магнитного поля статора СД. Когда магнит ротора достигает положения, представленного на рис. 13,39, в, полюс S магнита ротора находится вблизи датчика ДПР_С, вырабатывающего сигнал, который далее формируется ФИ_С (см. рис. 13.37, б). Сигнал с ФИ_С поступает на вход РИ, с выхода которого импульсы управления обеспечивают закрытие транзистора VT6 и открытие транзистора VT3, другие транзисторы не изменяют своего состояния. Режим работы ВД переходит в III интервал работы, параметры которого представлены на рис. 13.40.

Рис. 13.38. Первый интервал:

а — схема обмоток; б — диаграмма токов; в — положение осей симметрии магнитного поля статора и ротора.

Рис. 13.39. Второй интервал:

а — схема обмоток; б — диаграмма токов; в — положение осей симметрии магнитного поля статора и ротора Далее, в конце интервала III магнит ротора с полюсом N находится непосредственно вблизи ДПР_В. Датчик вырабатывает сигнал, который формируется ФИ_В, и через РИ закрывает транзистор VT1 и открывает транзистор VT4 (см. рис. 13.37). Режим работы ВД переходит в IV интервал.

Диаграммы работы ВД (см. рис. 13.37) позволяют рассмотреть весь цикл работы на шести интервалах, что можно проделать самостоятельно.

Рис. 13.40. Третий интервал:

а — схема обмоток; б — диаграмма токов; в — положение осей симметрии магнитного поля статора и ротора На рис. 13.34 представлена сосредоточенные фазные обмотки СД, т. е. каждая имеет один виток. В реальных СД каждая фазная обмотка имеет много витков и они распределены по поверхности статора, рис. 13.35, поэтому результирующее магнитное поле в зазоре между статором и ротором, создаваемое каждой обмоткой статора, близко к синусоидальному. Другими словами, в реальном СД создается результирующее магнитное поле статора, которое при коммутации фазных обмоток преобразователем по представленному на рис. 13.37 закону, перемещается вдоль зазора с частотой (%, равной основной частоте разложения фазного напряжения в ряд Фурье, кривая 1 (см. рис. 13.37, в):

где Т — период основной частоты изменения фазного напряжения.

Ротор СД, захваченный магнитным полем статора, вращается также с синхронной частотой со₀.