محرك الصمام

تتمتع آلات التيار المستمر ، كقاعدة عامة ، بمؤشرات تقنية واقتصادية أعلى (خطية الخصائص ، وكفاءة عالية ، وأبعاد صغيرة ، وما إلى ذلك) من آلات التيار المتردد. العيب الكبير هو وجود جهاز فرشاة ، مما يقلل من الموثوقية ، ويزيد من لحظة القصور الذاتي ، ويخلق تداخلًا لاسلكيًا ، وخطر الانفجار ، وما إلى ذلك. لذلك ، بطبيعة الحال ، فإن مهمة إنشاء محرك تيار مستمر (بدون فرش).

أصبح حل هذه المشكلة ممكنًا مع ظهور أجهزة أشباه الموصلات. في محرك تيار مستمر بدون تلامس ، يسمى محرك تيار الصمام الثابت ، يتم استبدال مجموعة الفرشاة بمفتاح أشباه الموصلات ، ويكون المحرك ثابتًا ، ويكون الدوار المغناطيس الدائم.

مبدأ تشغيل محرك الصمام

يُفهم محرك الصمام على أنه نظام محرك كهربائي متغير يتكون من محرك كهربائي بتيار متناوب مشابه هيكليًا لآلة متزامنة ، ومحول صمام وأجهزة تحكم توفر تبديل دوائر لف المحرك اعتمادًا على موضع دوار المحرك.وبهذا المعنى ، فإن محرك الصمام مشابه لمحرك التيار المستمر الذي يتم فيه ، عن طريق مفتاح تبديل ، توصيل لف ملف المحرك ، الموجود أسفل أقطاب المجال.

محرك DC عبارة عن جهاز كهروميكانيكي معقد يجمع بين أبسط آلة كهربائية ونظام تحكم إلكتروني.

محركات التيار المباشر لها عيوب خطيرة ، ويرجع ذلك أساسًا إلى وجود مجمع الفرشاة:

1. عدم كفاية الموثوقية لجهاز التجميع ، والحاجة إلى صيانته الدورية.

2. القيم المحدودة لجهد المحرك ، وبالتالي قوة محركات التيار المستمر ، مما يحد من استخدامها لمحركات الأقراص عالية السرعة وعالية الطاقة.

3. قدرة التحميل الزائدة المحدودة لمحركات التيار المستمر ، مما يحد من معدل تغير تيار المحرك ، وهو أمر ضروري للمحركات الكهربائية عالية الديناميكية.

في محرك الصمام ، لا تظهر هذه العيوب نفسها ، حيث يتم استبدال مفتاح جامع الفرشاة هنا بمفتاح غير ملامس مصنوع على الثايرستور (لمحركات الطاقة العالية) أو الترانزستورات (لمحركات الأقراص بقوة تصل إلى 200 كيلو واط ). بناءً على ذلك ، غالبًا ما يُطلق على محرك الصمام الذي يعتمد هيكليًا على آلة متزامنة محرك DC غير المتصل.

من حيث القدرة على التحكم ، فإن المحرك عديم الفرشاة مشابه أيضًا لمحرك DC - يتم ضبط سرعته بتغيير حجم جهد التيار المستمر المطبق. نظرًا لصفاتها التنظيمية الجيدة ، تُستخدم محركات الصمامات على نطاق واسع لقيادة مختلف الروبوتات وآلات قطع المعادن والآلات والآليات الصناعية.

محول ترانزستور مغناطيسي دائم بمحرك كهربائي

يتكون محرك الصمام من هذا النوع على أساس آلة متزامنة ثلاثية الطور مع مغناطيس دائم على الدوار. يتم تزويد ملفات الجزء الثابت ثلاثية الطور بتيار مباشر يتم توفيره في سلسلة لملفات طور متصلة بالسلسلة. يتم تبديل اللفات بواسطة مفتاح ترانزستور مصنوع وفقًا لدائرة جسر ثلاثية الطور ، ويتم فتح وإغلاق مفاتيح الترانزستور اعتمادًا على موضع دوار المحرك. يظهر مخطط محرك الصمام في الشكل.

تين. 1. رسم تخطيطي لمحرك صمام بمفتاح ترانزستور

يتم تحديد عزم الدوران الناتج عن المحرك من خلال تفاعل خيطين:

• الجزء الثابت الناتج عن التيار في لفات الجزء الثابت ،

• الدوار مصنوع من مغناطيس دائم عالي الطاقة (يعتمد على سبائك السماريوم والكوبالت وغيرها).

حيث: θ هي الزاوية الصلبة بين متجهات تدفق الجزء الثابت والعضو الدوار ؛ pn هو عدد أزواج القطب.

يميل التدفق المغناطيسي للجزء الثابت إلى تدوير دوار المغناطيس الدائم بحيث يتطابق تدفق الجزء المتحرك في اتجاه مع تدفق الجزء الثابت (لا تنس الإبرة المغناطيسية ، البوصلة).

ستكون أكبر لحظة تم إنشاؤها على عمود الدوران بزاوية بين متجهات التدفق تساوي π / 2 وستنخفض إلى الصفر مع اقتراب تدفق التدفق. يظهر هذا الاعتماد في الشكل. 2.

دعونا ننظر في الرسم التخطيطي المكاني لناقلات التدفق المقابلة لوضع المحرك (مع عدد أزواج القطب pn = 1). افترض أنه في الوقت الحالي يتم تشغيل الترانزستورات VT3 و VT2 (انظر الرسم البياني في الشكل 1). ثم يتدفق التيار خلال لف المرحلة B وفي الاتجاه المعاكس من خلال لف الطور A. المتجه الناتج جزء في المليون. سيشغل الجزء الثابت الموضع F3 في الفضاء (انظر الشكل 3).

إذا كان الدوار الآن في الوضع الموضح في الشكل. 4 ، عندئذٍ سيتطور المحرك وفقًا لـ 1 أقصى عزم دوران الذي يدور عنده الدوار في اتجاه عقارب الساعة. مع انخفاض الزاوية θ ، سينخفض ​​عزم الدوران. عندما يدور الجزء المتحرك بمقدار 30 درجة ، يكون ضروريًا وفقًا للرسم البياني في الشكل. 2. قم بتبديل التيار في مراحل المحرك بحيث يكون ناقل الجزء الثابت الناتج في المليون في الموضع F4 (انظر الشكل 3). للقيام بذلك ، قم بإيقاف تشغيل الترانزستور VT3 وتشغيل الترانزستور VT5.

يتم إجراء تبديل الطور بواسطة مفتاح ترانزستور VT1-VT6 يتحكم فيه مستشعر موضع الدوار DR ؛ في هذه الحالة ، يتم الحفاظ على الزاوية θ في حدود 90 درجة ± 30 درجة ، وهو ما يتوافق مع أقصى قيمة لعزم الدوران مع أصغر التموجات. عند ρn = 1 ، يجب عمل ستة مفاتيح لكل دورة واحدة للعضو الدوار ، وبالتالي جزء في المليون. سيحدث الجزء الثابت ثورة كاملة (انظر الشكل 3). عندما يكون عدد أزواج الأقطاب أكبر من الوحدة ، يكون دوران متجه جزء في المليون الجزء الثابت وبالتالي الجزء المتحرك 360 / pn درجة.

تين. 2. اعتماد عزم دوران المحرك على الزاوية بين نواقل تدفق الجزء الثابت والدوار (عند pn = 1)

تين. 3. الرسم التخطيطي المكاني للجزء الثابت من جزء في المليون عند تبديل مراحل محرك الصمام

تين. 4. الرسم التخطيطي المكاني في وضع المحرك

يتم ضبط قيمة عزم الدوران عن طريق تغيير قيمة جزء في المليون. الجزء الثابت ، أي التغيير في متوسط ​​قيمة التيار في لفات الجزء الثابت

حيث: R1 هي مقاومة لف الجزء الثابت.

نظرًا لأن تدفق المحرك ثابت ، فإن emf المستحث في ملفين من الجزء الثابت متصلان بالسلسلة سيكون متناسبًا مع سرعة الدوار.ستكون معادلة التوازن الكهربائي لدارات الجزء الثابت

عند إيقاف تشغيل المفاتيح ، لا يختفي التيار في لفات الجزء الثابت على الفور ، بل يتم إغلاقه من خلال الثنائيات العكسية ومكثف المرشح C.

لذلك ، من خلال ضبط جهد إمداد المحرك U1 ، من الممكن ضبط حجم تيار الجزء الثابت وعزم دوران المحرك

من السهل أن نرى أن التعبيرات التي تم الحصول عليها تشبه التعبيرات المماثلة لمحرك DC ، مما يؤدي إلى أن الخصائص الميكانيكية لمحرك الصمام في هذه الدائرة تشبه خصائص محرك التيار المستمر مع الإثارة المستقلة عند Φ = const.

يتم إجراء تغيير في جهد الإمداد للمحرك بدون فرش في الدائرة قيد الدراسة بواسطة طريقة ضبط عرض النبض... من خلال تغيير دورة عمل نبضات الترانزستورات VT1-VT6 خلال فترات إدراجها ، من الممكن ضبط متوسط ​​قيمة الجهد الموفر لملفات الجزء الثابت للمحرك.

لتطبيق وضع الإيقاف ، يجب تغيير خوارزمية تشغيل مفتاح الترانزستور بطريقة تجعل متجه الجزء الثابت في الدقيقة متخلفًا عن متجه تدفق الجزء المتحرك. ثم يصبح عزم دوران المحرك سالبًا. نظرًا لتركيب مقوم غير متحكم فيه عند مدخل المحول ، فإن تجديد طاقة الكبح في هذه الدائرة أمر مستحيل.

أثناء إيقاف التشغيل ، يتم إعادة شحن مكثف المرشح C. يتم تحديد الجهد على المكثفات عن طريق توصيل مقاومة التفريغ عبر الترانزستور VT7. بهذه الطريقة ، تتبدد طاقة الكبح في مقاومة الحمل.