整流器制御

エンジン名の「バルブ」という言葉は、半導体スイッチを意味する「バルブ」に由来しています。したがって、原理的には、その動作モードが制御された半導体スイッチの特別なコンバータによって制御される場合、ドライブはバルブドライブと呼ぶことができます。

バルブドライブ自体は、回転子に永久磁石を備えた同期機と、センサーベースの自動制御システムを備えた電子整流子 (固定子巻線に電力を供給する) で構成される電気機械システムです。

従来、非同期モーターや DC 機械が設置されてきた多くの技術分野では、磁性材料が安価になり、半導体エレクトロニクスや制御システムの基礎が急速に発展するにつれて、今日では正確にバルブ モーターが頻繁に使用されるようになりました。

永久磁石ローター同期モーターには、次のような多くの利点があります。

• ブラシを回収する装置がないため、摺動接点を備えた機械よりもモータのリソースが長く、信頼性が高く、さらに動作回転範囲が高くなります。

• 巻線の供給電圧の範囲が広い。重大なトルク過負荷は許容されます - 5 回を超えます。

• 瞬間のハイダイナミクス。

• 低回転時のトルクを維持したり、高回転時のパワーを維持したりして速度を調整することが可能です。

• 90%を超える効率。

• アイドル損失を最小限に抑えます。

• 重量とサイズの小さな特徴。

ネオジム・鉄・ボロン磁石は、約 0.8 T、つまり非同期機のレベルでギャップ内に誘導を発生させる能力が十分にあり、このような回転子には主な電磁損失がありません。これは、総損失を増加させることなく、ローターのライン負荷を増加できることを意味します。

これが電気機械効率が高くなる理由です。 バルブエンジン 誘導モーターなどの他のブラシレス機械と比較して。同じ理由で、バルブモーターは現在、国内外の主要メーカーのカタログで価値のある場所を占めています。

永久磁石モーターのインバーター スイッチの制御は、伝統的にローターの位置に応じて行われます。このようにして達成された高性能特性により、バルブ作動は、自動化システム、工作機械、ロボット、マニピュレータ、座標装置、加工および組立ライン、誘導および追跡システム、航空、医療、輸送などの小および中出力範囲で非常に有望なものとなっています。 。 .g.

特に、出力 100 kW を超えるトラクション ディスク バルブ モーターは、都市電気輸送用に製造されています。ここでは、ネオジム・鉄・ボロン磁石に合金添加剤を加えて使用することで保磁力を高め、磁石の動作温度を170℃まで上昇させ、モーターが短期間の5倍の電流とトルクの過負荷に容易に耐えることができます。

潜水艦、陸上および航空機のステアリング ドライブ、ホイール モーター、洗濯機など、バルブ モーターは今日多くの場所で有用な用途に使用されています。

バルブ モーターには、直流 (BLDC - ブラシレス DC) と交流 (PMAC - 永久磁石 AC) の 2 つのタイプがあります。 DC モーターでは、ローターの磁石とステーターの巻線の配置により、巻線の回転起電力が台形になりますが、AC モーターでは、回転の起電力は正弦波になります。この記事では、非常に一般的なタイプのブラシレス モーターである BLDC (直流) の制御について説明します。

DC バルブ モーターとその制御原理 BLDC モーターは、特徴的なブラシ集合ブロックの代わりに動作する半導体スイッチの存在によって区別されます。 DCマシン 固定子巻線と磁気回転子を備えています。

バルブ モーターの整流子の切り替えは、ローターの現在位置に応じて (ローターの位置に応じて) 行われます。ほとんどの場合、固定子巻線は星型誘導電動機と同じ三相ですが、永久磁石回転子の構造は異なる場合があります。

BLDC における駆動モーメントは、ステーターとローターの磁束の相互作用の結果として形成されます。ステーターの磁束は常に、永久磁石の磁束が回転する位置でローターを回転させようとします。固定子の磁束の方向と一致するように取り付けられています。

同様に、地球の磁場はコンパスの針の方向を定め、「磁場に沿って」針を展開します。ローター位置センサーにより、流れ間の角度を 90 ± 30 ° のレベルで一定に保つことができ、この位置でトルクが最大になります。

BLDC 固定子巻線電源半導体スイッチは、3 つの動作フェーズの電圧または電流を切り替えるためのハード 120 ° アルゴリズムを備えた制御された半導体コンバータです。

回生ブレーキの可能性があるコンバータの電力セクションの機能図の例を上の図に示します。ここには、出力の振幅パルス変調を備えたインバータが含まれています IGBTトランジスタ、振幅は次のおかげで調整されます。 パルス幅変調 中間 DC リンク上。

基本的に、この目的には、電力制御機能を備えた自律型電圧または電流インバータを備えたサイリスタ周波数コンバータと、PWM モードまたは出力電流のリレー調整機能を備えた自律型電圧インバータを備えたトランジスタ周波数コンバータが使用されます。

その結果、モーターの電気機械特性は、磁電励起または独立励起を備えた従来の DC マシンに似ています。そのため、BLDC 制御システムは、ローター回転と電流ループによる DC ドライブのスレーブ座標制御の古典的な原理に従って構築されています。ステーター。

整流子を正しく動作させるには、ポールモーターと結合された容量性または誘導性のディスクリートセンサーをセンサーまたはシステムとして使用できます。 永久磁石を備えたホール効果センサーに基づく.

ただし、センサーの存在により機械全体の設計が複雑になることが多く、アプリケーションによってはローター位置センサーをまったく取り付けることができません。したがって、実際には、「センサーレス」制御システムの使用に頼ることがよくあります。センサーレス制御アルゴリズムは、インバーター端子からの直接データとローターまたは電源の電流周波数の分析に基づいています。

最も一般的なセンサーレス アルゴリズムは、現時点では電源から切断されているモーターの相の 1 つの EMF を計算することに基づいています。ゼロを通るオフ相のEMF遷移が固定され、90°のシフトが決定され、次の電流パルスの中央が立ち下がる瞬間が計算されます。この方法の利点はその単純さですが、欠点もあります。低速ではゼロクロスの瞬間を判断するのが非常に困難です。減速度は一定の回転速度でのみ正確になります。

一方、より正確に制御するために、相の磁束の接続に従って、巻線の起電力の 3 次高調波に従って、巻線のインダクタンスの変化に従って、複雑な方法が回転子の位置を推定するために使用されます。相巻線。

ストリーミング接続を監視する例を考えてみましょう。モーターに方形電圧パルスが供給された場合の BLDC トルク リップルは 25% に達することが知られており、その結果回転が不均一になり、速度制御限界が下回ります。したがって、閉制御ループによって、方形に近い電流がステータ相に形成されます。