Silnik zaworu: cechy konstrukcyjne i zasada działania, zalety i wady, liczba faz

Systemy precyzyjne wymagają dużej kontroli. Aby wykonywać funkcje sterujące w takich systemach, zwykle stosuje się silnik zaworu (VD), który umożliwia zwiększenie możliwości obliczeniowych sprzętu mikroelektronicznego. Poprawia również właściwości silników prądu stałego, zapewniając wysoką gęstość długotrwałego momentu obrotowego.

Cechy konstrukcyjne

Ten typ silnika elektrycznego ma standardową konstrukcję. Składa się z wirnika, który jest napędzany przez dysk magnetyczny, stojany i łożyska. Wszystkie części są zamknięte w solidnej obudowie. Stojan HP jest podobny do stosowanego w urządzeniach asynchronicznych. Jego głównym elementem jest stalowy rdzeń, na obwodzie którego znajduje się miedziane uzwojenie. Zależy to od liczby uzwojeń, do jakiego typu będzie należeć silnik zaworu (jednofazowe, dwufazowe, trójfazowe).

W zależności od umiejscowienia zwojów uzwojenia w stojanie, formą jego siły elektromotorycznej może być:

1. Zwornik (BLDC).
2. Sinusoidalny (PMSM).

Kształt uzwojenia ma bezpośredni wpływ na sposób zasilania silników. Zmiana prądu elektrycznego może również zachodzić sinusoidalnie lub trapezoidalnie.

Wirnik składa się z kilku magnesów stałego pola. Wcześniej do jego produkcji używano magnesów ferrytowych. Ale poziom ich indukcji magnetycznej jest wystarczająco mały, więc zostały zastąpione produktami stopowymi. pierwiastki ziem rzadkich, pozwalające na osiągnięcie wymaganego poziomu indukcji i jednocześnie na zwiększenie wirnika kompaktowy.

Integralną częścią każdego silnika bezszczotkowego jest czujnik położenia wirnika. Jego działanie może opierać się na:

1. zasada fotoelektryczna;
2. zasada indukcyjna;
3. Efekt Halla i inne zjawiska.

Fotoelektryczny czujnik położenia składa się z trzech stacjonarnych fotodetektorów, które zamykane są kolejno przez obracającą się przesłonę. Jego ruch jest zsynchronizowany z ruchem wirnika. Dzięki kodowi binarnemu z czujnika wirnik można zablokować w sześciu różnych pozycjach. Przekształcając się w kombinację napięć sterujących, sygnały regulują przełączniki mocy zgodnie ze specjalnym schematem. Każda faza działania silnika elektrycznego obejmuje dwa klucze, a dwa z trzech uzwojeń są podłączone do sieci.

Czujnik położenia typu fotoelektrycznego należy do kategorii najczęstszych, ponieważ jest praktycznie bezwładny. Pozwala również wyeliminować opóźnienie w kanale sprzężenia zwrotnego.

Zasada działania

W zależności od cech konstrukcyjnych i właściwości technicznych rozróżnia się asynchroniczny, synchroniczny i indukcyjny silnik bezszczotkowy. Zasada działania każdego z nich opiera się na indukcji zmiennych biegunów magnetycznych na wirniku. Po przyłożeniu napięcia zaczyna się on obracać zgodnie z biegunami stojana, w wyniku czego minimalizowana jest rezystancja pola magnetycznego.

Informacje o stanie wirnika są wykorzystywane jako narzędzie do kontrolowania fazy napięcia. Sygnały nakładają się na nienasyconą fazę kątową indukcyjności w taki sposób, aby jej maksymalna wartość pokrywała się z minimalną rezystancją bieguna.

Aby wysokie woltosekundy nie miały negatywnego wpływu na działającą elektronikę, ograniczenie prądu fazowego powinno być zapewnione przy niskich prędkościach silnika. Rolę ograniczników pełnią w tym przypadku czujniki. Przy dużych prędkościach nie ma potrzeby ograniczania prądu.

Wyrównany kąt napięcia sterującego pojedynczym impulsem optymalizuje wydajność sprzętu. Proces jej przemiany jest wyraźnie ukazany w postaci trajektorii energii biernej. Za obszar mocy odpowiada moc przetworzona na energię mechaniczną. Przerwa w zasilaniu powoduje, że do stojana jest przekazywana energia nadmiarowa lub resztkowa. Wpływ pola magnetycznego na pracujący bezszczotkowy silnik elektryczny jest minimalny. To odróżnia VD od innych podobnych urządzeń.

Zalety i wady

Silniki elektryczne tego typu znajdują szerokie zastosowanie w branży produkcyjnej i przemysłowej. Wynika to z następujących zalet VD:

1. szeroki przedział do modyfikacji prędkości obrotowej;
2. najdokładniejsze pozycjonowanie;
3. wysoka wydajność i wysoka dynamika;
4. opłacalna konserwacja;
5. wystarczająca ochrona przed wybuchami;
6. odporność na duże obciążenia podczas obrotu;
7. miękka zmiana biegów;
8. dobra wydajność przekraczająca 90%;
9. świetne zasoby pracy i żywotność.

Podczas długotrwałej pracy silnika zaworu nie dochodzi do niebezpiecznego przegrzania głównych elementów, co sprawia, że ​​proces jego pracy jest bardziej wydajny i bezpieczny.

Ten typ silnika elektrycznego ma pewne wady. Wyrażają się one w złożonym systemie sterowania i wysokim poziomie hałasu podczas pracy. Do oczywistych wad należy również wysoka cena wynikająca z zastosowania drogich magnesów trwałych stosowanych w produkcji wirnika.

Liczba faz

Silnik zaworu, podobnie jak inne typy urządzeń, może działać na prąd stały i przemienny. Istnieją silniki zaprojektowane dla różnej liczby faz.

Jednofazowy należy do kategorii najprostszych, posiadających minimalną liczbę połączeń z elektroniką. Charakteryzuje się pulsacją, wysokim momentem obrotowym. Urządzenie jednofazowe nie może startować we wszystkich pozycjach kątowych, jest stosowane w instalacjach, w których ważna jest duża prędkość.

Silnik dwufazowy aktywuje szczelinę powietrzną, a przy dodatkowym dostrojeniu powstaje asymetria na biegunach wirnika. Ma wysoki moment obrotowy, co może powodować negatywne konsekwencje podczas pracy.

Urządzenie trójfazowe pokazuje skuteczność rozruchu i generowania momentu obrotowego bez angażowania dużej liczby faz. Dzięki parzystej liczbie biegunów jest optymalny dla technologii, w których duża moc odgrywa ważną rolę przy niskich prędkościach roboczych (na przykład w przypadku pomp). Podczas pracy generowany jest wysoki moment obrotowy i wysoki poziom hałasu.

Silnik czterofazowy jest pozbawiony wad spowodowanych nadmiernym momentem obrotowym i obecnością pulsacji. Jednak jego charakterystyczna duża moc i koszt nie pozwalają na szerokie zastosowanie takiego silnika w różnych urządzeniach.