バルブモーター

一般に、DC マシンは交流マシンよりも高い技術的および経済的指標 (特性の直線性、高効率、小型など) を備えています。重大な欠点はブラシ装置の存在であり、これにより信頼性が低下し、慣性モーメントが増大し、無線干渉や爆発の危険などが生じます。したがって、当然のことながら、非接触（ブラシレス）DCモーターを作成するという作業になります。

この問題の解決は、半導体デバイスの出現によって可能になりました。定バルブ電流モーターと呼ばれる非接触 DC モーターでは、ブラシ セットが半導体スイッチに置き換えられ、アーマチュアは固定され、ローターは 永久磁石.

バルブエンジンの動作原理

バルブモーターは、同期機に構造的に類似した交流電気モーター、バルブコンバーター、およびモーターローターの位置に応じてモーター巻線回路の転流を行う制御装置で構成される可変電気駆動システムとして理解されます。この意味で、バルブ モータは DC モータに似ており、整流スイッチによって界磁極の下にある電機子巻線の巻線が接続されます。

DC モーターは、最も単純な電気機械と電子制御システムを組み合わせた複雑な電気機械デバイスです。

直流モーターには、主にブラシコレクタの存在による重大な欠点があります。

1. コレクター装置の信頼性が不十分であり、定期的なメンテナンスが必要である。

2. 電機子電圧の値が制限され、それに応じて DC モーターの出力も制限されるため、高速、高出力ドライブへの使用が制限されます。

3. DC モーターの過負荷容量が制限されており、電機子電流の変化率が制限されます。これは、非常にダイナミックな電気ドライブに不可欠です。

バルブエンジンでは、ブラシコレクタスイッチがサイリスタ（高出力ドライブ用）またはトランジスタ（最大200kWの出力ドライブ用）で作られた非接触スイッチに置き換えられるため、これらの欠点は現れません。 ）。このことから、構造的に同期機をベースとしたバルブモータを非接触DCモータと呼ぶことが多い。

制御性の点では、ブラシレス モーターも DC モーターに似ており、印加される DC 電圧の大きさを変えることで速度が調整されます。バルブモーターはその優れた調整特性により、さまざまなロボット、金属切断機、産業用機械や機構の駆動に広く使用されています。

電気駆動装置付き永久磁石トランジスタ整流子

このタイプのバルブ モーターは、ローターに永久磁石を備えた三相同期機に基づいて作られています。三相固定子巻線には、直列接続された 2 つの相巻線に直列に供給される直流電流が供給されます。巻線の切り替えは三相ブリッジ回路によるトランジスタスイッチによって行われ、モーターロータの位置に応じてトランジスタスイッチが開閉します。バルブモーターの図を図に示します。

イチジク。 1. トランジスタスイッチ付きバルブモーターの図

モーターによって生成されるトルクは、2 つのスレッドの相互作用によって決まります。

• 固定子巻線の電流によって生成される固定子。

• 高エネルギー永久磁石 (サマリウム コバルト合金などをベースとする) から作られたローター。

ここで、 θ はステータとロータの磁束ベクトル間の立体角です。 pn は極対の数です。

ステーターの磁束は、ローターの磁束の方向がステーターの磁束と一致するように永久磁石ローターを回転させようとします (磁針やコンパスを忘れないでください)。

ローター シャフトに発生する最大モーメントは、磁束ベクトル間の角度が π / 2 に等しく、磁束の流れが近づくにつれてゼロに減少します。この依存関係を図に示します。 2.

モーター モード (極対の数 pn = 1) に対応する磁束ベクトルの空間図を考えてみましょう。この時点でトランジスタ VT3 と VT2 がオンになっているとします (図 1 の図を参照)。次に、電流は B 相の巻線を流れ、A 相の巻線を逆方向に流れます。結果のベクトル ppm が得られます。ステータは空間内の位置 F3 を占めます (図 3 を参照)。

ローターが図の位置にある場合、 4 の場合、モーターは 1 に従ってローターが時計回りに回転する最大トルクを発生します。角度θが小さくなるとトルクは小さくなります。ローターを30°回転させる場合、図のグラフに従って必要となります。 2. 結果として生じる ppm ベクトル固定子が位置 F4 になるように、モーター相の電流を切り替えます (図 3 を参照)。これを行うには、トランジスタ VT3 をオフにし、トランジスタ VT5 をオンにします。

位相切り替えは、ロータ位置センサ DR によって制御されるトランジスタ スイッチ VT1 ～ VT6 によって実行されます。この場合、角度 θ は 90 ° ± 30 ° 以内に維持され、これは最小のリップルでの最大トルク値に相当します。 ρn = 1 では、ローターの 1 回転ごとに 6 つのスイッチを行う必要があるため、ppm になります。ステータは完全に回転します (図 3 を参照)。極対の数が 1 より大きい場合、固定子、つまり回転子の ppm ベクトルの回転は 360/pn 度になります。

イチジク。 2. ステータとロータの磁束ベクトル間の角度に対するモータ トルクの依存性 (pn = 1 の場合)

イチジク。 3. バルブモータの相切り替え時のppmステータの空間図

イチジク。 4. モーターモードの空間図

トルク値の調整はppm値を変更することで行います。ステータ、つまり固定子巻線の電流の平均値の変化

ここで、 R1 は固定子巻線抵抗です。

モーター磁束は一定であるため、直列接続された 2 つの固定子巻線に誘導される起電力はローター速度に比例します。固定子回路の電気平衡方程式は次のようになります。

スイッチがオフのとき、固定子巻線の電流はすぐには消えませんが、逆ダイオードとフィルター コンデンサ C を介して閉じられます。

したがって、モータ電源電圧 U1 を調整することで、ステータ電流の大きさとモータトルクを調整することができます。

得られた式が DC モーターの類似の式に似ていることが容易にわかります。その結果、この回路のバルブ モーターの機械的特性は、Φ = const で独立励磁された DC モーターの特性に似ています。

検討中の回路のブラシレスモーターの電源電圧が変更された場合 パルス幅調整方式による… トランジスタ VT1 ～ VT6 のパルスのデューティ サイクルをそれらの期間中に変更することで、モーターの固定子巻線に供給される電圧の平均値を調整することができます。

停止モードを適用するには、ステータ ppm ベクトルがロータ磁束ベクトルよりも遅れるように、トランジスタ スイッチ動作アルゴリズムを変更する必要があります。するとモーターのトルクはマイナスになります。コンバータの入力には制御されていない整流器が設置されているため、この回路では制動エネルギーを回生することはできません。

シャットダウン中、フィルタ C のコンデンサは再充電され、コンデンサの電圧制限はトランジスタ VT7 を介して放電抵抗を接続することによって行われます。このようにして、ブレーキエネルギーは負荷抵抗に分散されます。