Kaasaegsete täppissüsteemide juhtimisega seotud probleemide lahendamiseks kasutatakse üha enam harjadeta mootorit. Seda iseloomustab selliste seadmete suur eelis, samuti mikroelektroonika arvutusvõimaluste aktiivne kujundamine. Nagu teate, suudavad need tagada kõrge pika pöördemomendi tiheduse ja energiatõhususe võrreldes muud tüüpi mootoritega.
Harjadeta mootori skeem
Mootor koosneb järgmistest osadest:
1. Korpuse tagakülg.
2. Staator.
3. Laager.
4. Magnetketas (rootor).
5. Laager.
6. Keritud staator.7. Korpuse esikülg.
Harjadeta mootoril on seos staatori ja rootori mitmefaasilise mähise vahel. Neil on püsimagnetid ja sisseehitatud asendiandur. Seadme ümberlülitamine on teostatud klapimuunduri abil, mille tulemusena sai see sellise nime.
Harjadeta mootori vooluahel koosneb tagakaanest ja andurite trükkplaadist, laagrihülsist, võllist jalaager, rootori magnetid, isoleerrõngas, mähis, Belleville'i vedru, vahetükk, Halli andur, isolatsioon, korpus ja juhtmed.
Mähiste ühendamisel "tähega" on seadmel suured konstantsed momendid, seega kasutatakse seda koostu telgede juhtimiseks. Mähiste "kolmnurgaga" kinnitamise korral saab neid kasutada suurel kiirusel töötamiseks. Kõige sagedamini arvutatakse pooluste paaride arv rootori magnetite arvu järgi, mis aitavad määrata elektriliste ja mehaaniliste pöörete suhet.
Staatorit saab valmistada rauavaba või raudsüdamikuga. Kasutades selliseid konstruktsioone koos esimese variandiga, on võimalik tagada, et rootori magnetid ei tõmbaks külge, kuid samal hetkel väheneb mootori kasutegur 20% konstantse pöördemomendi väärtuse vähenemise tõttu.
Skeemilt on näha, et staatoris tekib mähistes vool, rootoris aga suure energiaga püsimagnetite abil.
Sümbolid: - VT1-VT7 - transistorkommunikaatorid; - A, B, C – mähise faasid;
- M – mootori pöördemoment;
- DR – rootori asendiandur; - U – mootori toitepinge regulaator;
- S (lõuna), N (põhja) – magneti suund;
- UZ – sagedusmuundur;
- BR – kiirus andur;
- VD – zeneri diood;
- L on induktiivpool.
Mootori diagramm näitab, et püsimagnetitega rootori üks peamisi eeliseid on selle läbimõõdu vähendamineja sellest tulenev alt inertsmomendi vähenemine. Selliseid seadmeid saab sisse ehitada seadmesse või asuda selle pinnal. Selle indikaatori vähenemine põhjustab väga sageli mootori enda inertsmomendi ja selle võllile toodud koormuse tasakaalu väikeseid väärtusi, mis raskendab ajami tööd. Sel põhjusel saavad tootjad pakkuda standardset ja 2–4 korda suuremat inertsimomenti.
Tööpõhimõtted
Täna on muutumas väga populaarseks harjadeta mootor, mille tööpõhimõte põhineb asjaolul, et seadme kontroller hakkab staatori mähiseid ümber lülitama. Tänu sellele jääb magnetvälja vektor alati rootori suhtes 900° (-900) läheneva nurga võrra nihutatuks. Kontroller on ette nähtud mootori mähiste kaudu liikuva voolu, sealhulgas staatori magnetvälja suuruse juhtimiseks. Seetõttu on võimalik reguleerida hetke, mis seadmele mõjub. Vektoritevahelise nurga eksponent võib määrata sellele mõjuva pöörlemissuuna.
Tuleb arvestada, et jutt käib elektrikraadidest (need on palju väiksemad kui geomeetrilised). Näiteks võtame arvutuse rootoriga harjadeta mootori kohta, millel on 3 paari poolusi. Siis on selle optimaalne nurk 900/3=300. Need paarid pakuvad 6 lülitusmähiste faasi, siis selgub, et staatori vektor võib liikuda hüpetega 600. Sellest on näha, et vektorite vaheline tegelik nurk varieerub tingimata vahemikus 600 kuni1200 alates rootori pöörlemisest.
Klapi mootor, mille tööpõhimõte põhineb lülitusfaaside pöörlemisel, mille tõttu säilib ergutusvool armatuuri suhteliselt pideva liikumisega, pärast seda, kui nende koostoime hakkab moodustama pöörlevat hetk. Ta tormab rootorit keerama nii, et kõik ergutus- ja armatuurivoolud langevad kokku. Kuid oma pöörde ajal hakkab andur mähiseid vahetama ja vool liigub järgmisele sammule. Sel hetkel saadud vektor liigub, kuid jääb rootori voo suhtes täiesti paigale, mis lõpuks tekitab võlli pöördemomendi.
Eelised
Harjadeta mootorit kasutades võime märkida selle eeliseid:
- võimalus kasutada laia valikut kiiruse muutmiseks;
- kõrge dünaamika ja jõudlus;
- maksimaalne positsioneerimise täpsus;
- madalad hoolduskulud;
- seadet saab omistada plahvatuskindlatele objektidele;
- on võimeline taluma suuri ülekoormusi pöörlemise hetkel;
- kõrge efektiivsus, mis on üle 90%;
- on libisevad elektroonilised kontaktid, mis pikendavad oluliselt tööiga ja kasutusiga;
- elektrimootor ei kuumene pikaajalisel kasutamisel üle.
Puudused
Vaatamata suurele hulgale eelistele on harjadeta mootoril töötamisel ka puudusi:
- üsna keeruline mootori juhtimine;- suhteliseltseadme kõrge hind, mis on tingitud rootori kasutamisest selle disainis, millel on kallid püsimagnetid.
Tõrkejõu mootor
Klapi reluktantsmootor on seade, milles on ette nähtud lülitusmagnettakistus. Selles toimub energia muundamine hammaste magnetrootori liikumisel mähiste induktiivsuse muutumise tõttu, mis paiknevad staatori tugevatel hammastel. Seade saab toite elektrimuundurilt, mis vaheldumisi lülitab mootori mähiseid rangelt vastav alt rootori liikumisele.
Lülitatud reluktantsmootor on keeruline komplekssüsteem, milles erineva füüsilise olemusega komponendid töötavad koos. Selliste seadmete edukaks kujundamiseks on vaja põhjalikke teadmisi masinate ja mehaaniliste projektide, samuti elektroonika, elektromehaanika ja mikroprotsessortehnoloogia kohta.
Kaasaegne seade toimib elektrimootorina, toimides koos elektroonilise muunduriga, mis on toodetud integreeritud tehnoloogia abil, kasutades mikroprotsessorit. See võimaldab teil teostada kvaliteetset mootori juhtimist parima jõudlusega energia töötlemisel.
Mootori omadused
Sellistel seadmetel on kõrge dünaamika, suur ülekoormusvõime ja täpne positsioneerimine. Kuna liikuvaid osi pole,nende kasutamine on võimalik plahvatusohtlikus agressiivses keskkonnas. Selliseid mootoreid nimetatakse ka harjadeta mootoriteks, nende peamiseks eeliseks võrreldes kollektormootoritega on kiirus, mis sõltub laadimismomendi toitepingest. Veel üks oluline omadus on kontakte vahetavate hõõrduvate ja hõõruvate elementide puudumine, mis suurendab seadme kasutamise ressurssi.
BLDC mootorid
Kõiki alalisvoolumootoreid võib nimetada harjadeta. Need töötavad alalisvoolul. Harjakomplekt on ette nähtud rootori ja staatori ahelate elektriliseks ühendamiseks. Selline osa on kõige haavatavam ning seda on üsna raske hooldada ja parandada.
BLDC mootor töötab samal põhimõttel nagu kõik seda tüüpi sünkroonseadmed. See on suletud süsteem, mis sisaldab võimsuse pooljuhtmuundurit, rootori asendiandurit ja koordinaatorit.
AC vahelduvvoolumootorid
Need seadmed saavad voolu vahelduvvooluvõrgust. Rootori pöörlemiskiirus ja staatori magnetjõu esimese harmooniku liikumine langevad täielikult kokku. Seda alamtüüpi mootoreid saab kasutada suure võimsusega. Sellesse rühma kuuluvad astme- ja reaktiivventiiliseadmed. Astmeseadmete eripäraks on rootori diskreetne nurknihe selle töö ajal. Mähiste toide moodustatakse pooljuhtkomponentide abil. Klapi mootorit juhibrootori järjestikune nihe, mis loob selle võimsuse ümberlülitamise ühelt mähiselt teisele. Selle seadme saab jagada ühe-, kolme- ja mitmefaasiliseks, millest esimene võib sisaldada käivitusmähist või faasinihkeahelat, aga ka käsitsi käivitatav.
Sünkroonmootori tööpõhimõte
Klapi sünkroonmootor töötab rootori ja staatori magnetväljade vastasmõju alusel. Skemaatiliselt võib pöörlemise ajal tekkivat magnetvälja kujutada samade magnetite plusside abil, mis liiguvad staatori magnetvälja kiirusel. Rootorivälja võib kujutada ka püsimagnetina, mis pöörleb sünkroonselt staatoriväljaga. Seadme võllile rakendatava välise pöördemomendi puudumisel langevad teljed täielikult kokku. Toimivad tõmbejõud läbivad pooluste kogu telge ja võivad üksteist kompenseerida. Nende vaheline nurk on seatud nullile.
Kui masina võllile rakendatakse pidurdusmomenti, liigub rootor külje poole viivitusega. Tänu sellele jagunevad tõmbejõud komponentideks, mis on suunatud piki positiivsete indikaatorite telge ja risti pooluste teljega. Kui rakendatakse välist momenti, mis tekitab kiirenduse, see tähendab, et see hakkab toimima võlli pöörlemissuunas, muutub väljade vastasmõju pilt täielikult vastupidiseks. Nurknihke suund hakkab muutuma vastupidiseks ning sellega seoses muutub tangentsiaalsete jõudude suund ningelektromagnetiline moment. Selle stsenaariumi korral muutub mootor piduriks ja seade töötab generaatorina, mis muundab võllile antava mehaanilise energia elektrienergiaks. Seejärel suunatakse see ümber võrku, mis toidab staatorit.
Kui välist pole, hakkab silmapaistva pooluse moment võtma positsiooni, kus staatori magnetvälja pooluste telg langeb kokku pikiteljega. See paigutus vastab staatori minimaalsele voolutakistusele.
Kui masina võllile rakendatakse pidurdusmomenti, kaldub rootor kõrvale, samal ajal kui staatori magnetväli deformeerub, kuna vool kipub väikseima takistusega sulguma. Selle määramiseks on vaja jõujooni, mille suund igas punktis vastab jõu liikumisele, nii et välja muutus toob kaasa tangentsiaalse vastasmõju ilmnemise.
Võttes arvesse kõiki neid protsesse sünkroonmootorites, saame tuvastada erinevate masinate pöörduvuse näidisprintsiibi, st mis tahes elektriseadme võime muuta muundatud energia suunda vastupidiseks.
Püsimagnetiga harjadeta mootorid
Püsimagnetmootorit kasutatakse tõsistes kaitse- ja tööstusrakendustes, kuna sellisel seadmel on suur võimsusreserv ja tõhusus.
Neid seadmeid kasutatakse kõige sagedamini tööstusharudes, kus on suhteliselt madal energiatarve javäikesed mõõtmed. Need võivad olla mitmesuguste mõõtmetega, ilma tehnoloogiliste piiranguteta. Samas pole suured seadmed täiesti uued, neid toodavad enamasti ettevõtted, kes püüavad ületada majandusraskusi, mis nende seadmete valikut piiravad. Neil on oma eelised, mille hulgas on rootori kadudest tingitud kõrge efektiivsus ja suur võimsustihedus. Harjadeta mootorite juhtimiseks vajate muutuva sagedusega ajamit.
Tasuvusanalüüs näitab, et püsimagnetseadmed on palju eelistatumad kui muud alternatiivsed tehnoloogiad. Kõige sagedamini kasutatakse neid tööstusharudes, kus laevamootorite töögraafik on üsna tihe, sõja- ja kaitsetööstuses ning muudes üksustes, mille arv kasvab pidev alt.
Reaktiivmootor
Lülitatav reluktantsmootor töötab kahefaasiliste mähiste abil, mis on paigaldatud ümber diametraalselt vastupidiste staatori pooluste. Toiteallikas liigub rootori poole vastav alt poolustele. Seega on tema vastuseis täielikult viidud miinimumini.
Käsitsi valmistatud alalisvoolumootor tagab suure tõhusa ajami kiiruse ja optimeeritud magnetismi tagurdamiseks. Teavet rootori asukoha kohta kasutatakse pingetoite faaside juhtimiseks, kuna see on optimaalne pideva ja sujuva pöördemomendi saavutamiseks.pöördemoment ja kõrge efektiivsus.
Reaktiivmootori tekitatud signaalid asetsevad induktiivsuse nurkküllastumata faasis. Minimaalne pooluste takistus vastab täielikult seadme maksimaalsele induktiivsusele.
Positiivse momendi saab saavutada ainult nurkade korral, kui indikaatorid on positiivsed. Madalatel kiirustel peab faasivool olema tingimata piiratud, et kaitsta elektroonikat kõrgete voltisekundite eest. Muundusmehhanismi saab illustreerida reaktiivenergia liiniga. Jõusfäär iseloomustab võimsust, mis muundatakse mehaaniliseks energiaks. Äkilise seiskamise korral naaseb üle- või jääkjõud staatorile. Magnetvälja mõju seadme jõudlusele minimaalsed näitajad on selle peamine erinevus sarnastest seadmetest.
