Mando rectificador

La palabra «válvula» en el nombre del motor proviene de la palabra «válvula», que significa interruptor semiconductor. Por lo tanto, en principio, el accionamiento puede denominarse accionamiento de válvula si su modo de funcionamiento está controlado por un convertidor especial de interruptores semiconductores controlados.

El accionamiento de la válvula en sí es un sistema electromecánico que consta de una máquina síncrona con imanes permanentes en el rotor y un conmutador electrónico (que alimenta los devanados del estator) con un sistema de control automático basado en sensores.

En aquellas muchas áreas de la tecnología donde tradicionalmente se han instalado motores asíncronos o máquinas de CC, hoy en día se pueden encontrar precisamente motores de válvulas a medida que los materiales magnéticos se vuelven más baratos y la base de la electrónica de semiconductores y los sistemas de control se desarrollan muy rápido.

Los motores síncronos de rotor de imanes permanentes tienen una serie de ventajas:

• no hay un dispositivo para recoger las escobillas, por lo tanto, el recurso del motor es más largo y su confiabilidad es mayor que la de las máquinas con contactos deslizantes, además, el rango de revoluciones de operación es mayor;

• una amplia gama de voltajes de suministro de los devanados; se permite una sobrecarga de par significativa, más de 5 veces;

• alta dinámica del momento;

• es posible regular la velocidad con la conservación del par a bajas revoluciones o con la conservación de la potencia a altas revoluciones;

• Eficiencia superior al 90%;

• pérdidas mínimas por inactividad;

• pequeñas características de peso y tamaño.

Los imanes de neodimio-hierro-boro son totalmente capaces de crear una inducción en el intervalo del orden de 0,8 T, es decir, al nivel de las máquinas asíncronas, y las principales pérdidas electromagnéticas en dicho rotor están ausentes. Esto significa que la carga de línea en el rotor se puede aumentar sin aumentar las pérdidas totales.

Esta es la razón de la mayor eficiencia electromecánica. motores de válvulas en comparación con otras máquinas sin escobillas como los motores de inducción. Por la misma razón, los motores de válvula ahora ocupan un lugar digno en los catálogos de los principales fabricantes nacionales y extranjeros.

El control de los interruptores del inversor en un motor de imanes permanentes se realiza tradicionalmente en función de la posición del rotor. Las características de alto rendimiento así logradas hacen que el accionamiento de válvulas sea muy prometedor en el rango de pequeña y mediana potencia para sistemas de automatización, máquinas herramienta, robots, manipuladores, dispositivos de coordenadas, líneas de procesamiento y montaje, sistemas de guía y seguimiento, para aviación, medicina, transporte, etc. . .gramo.

En particular, los motores de válvulas de disco de tracción con una potencia superior a 100 kW se producen para el transporte eléctrico urbano. Aquí, los imanes de neodimio-hierro-boro se utilizan con aditivos de aleación que aumentan la fuerza coercitiva y aumentan la temperatura de funcionamiento de los imanes a 170 ° C, de modo que el motor puede soportar fácilmente sobrecargas de par y corriente de cinco veces a corto plazo.

Accionamientos de dirección para submarinos, tierra y aviones, motores de ruedas, lavadoras: los motores de válvulas encuentran aplicaciones útiles en muchos lugares hoy en día.

Los motores de válvula son de dos tipos: corriente continua (BLDC, CC sin escobillas) y corriente alterna (PMAC, CA de imán permanente). En los motores de CC, la FEM trapezoidal de rotación en los devanados se debe a la disposición de los imanes del rotor y los devanados del estator. En los motores de CA, la fuerza electromotriz de rotación es sinusoidal. En este artículo hablaremos sobre el control de un tipo muy común de motor sin escobillas: BLDC (corriente continua).

Motor de válvula DC y su principio de control Los motores BLDC se distinguen por la presencia de un interruptor semiconductor que actúa en lugar del bloque colector de escobillas característico de máquinas de corriente continua con devanado estatórico y rotor magnético.

La conmutación del conmutador del motor de la válvula tiene lugar dependiendo de la posición actual del rotor (dependiendo de la posición del rotor). La mayoría de las veces, el devanado del estator es trifásico, el mismo que el de un motor de inducción conectado en estrella, y la construcción del rotor de imán permanente puede ser diferente.

El momento impulsor en BLDC se forma como resultado de la interacción de los flujos magnéticos del estator y el rotor: el flujo magnético del estator tiende todo el tiempo a girar el rotor en una posición tal que el flujo magnético de los imanes permanentes instalado en él coincide en dirección con el flujo magnético del estator.

De la misma manera, el campo magnético de la Tierra orienta la aguja de la brújula, la despliega "a lo largo del campo". El sensor de posición del rotor le permite mantener constante el ángulo entre los flujos en el nivel de 90 ± 30 °, en esta posición el par es máximo.

El interruptor de semiconductores de la fuente de alimentación del devanado del estator BLDC es un convertidor de semiconductores controlado con un algoritmo duro de 120 ° para cambiar voltajes o corrientes de tres fases operativas.

En la figura anterior se muestra un ejemplo de esquema funcional de la sección de potencia de un convertidor con posibilidad de frenado regenerativo. Aquí se incluye el inversor con modulación de amplitud-pulso de la salida Transistores IGBT, y la amplitud se ajusta gracias a modulación de ancho de pulso en un enlace de CC intermedio.

Básicamente, para ello se utilizan convertidores de frecuencia de tiristores con inversor autónomo de tensión o corriente con control de potencia y convertidores de frecuencia de transistores con inversor autónomo de tensión controlado en modo PWM o con regulación por relé de la corriente de salida.

Como resultado, las características electromecánicas del motor son similares a las máquinas tradicionales de CC con excitación magnetoeléctrica o independiente, por lo que los sistemas de control BLDC se construyen de acuerdo con el principio clásico de control de coordenadas esclavo de un variador de CC con revoluciones del rotor y bucles de corriente de el estator

Para el correcto funcionamiento del conmutador se puede utilizar como sensor o sistema un sensor discreto capacitivo o inductivo acoplado al motor de polos. basado en sensores de efecto Hall con imanes permanentes.

Sin embargo, la presencia de un sensor a menudo complica el diseño de la máquina en su conjunto y, en algunas aplicaciones, el sensor de posición del rotor no puede instalarse en absoluto. Por ello, en la práctica, suelen recurrir al uso de sistemas de control "sensorless". El algoritmo de control sensorless se basa en el análisis de datos directamente de los terminales del inversor y la frecuencia actual del rotor o fuente de alimentación.

El algoritmo sensorless más popular se basa en el cálculo de la FEM para una de las fases del motor, desconectada de la fuente de alimentación en este momento. Se fija la transición EMF de la fase de apagado a través de cero, se determina un cambio de 90 °, se calcula el momento en el tiempo en el que debe caer la mitad del siguiente pulso actual. La ventaja de este método es su simplicidad, pero también tiene desventajas: a bajas velocidades, es bastante difícil determinar el momento del cruce por cero; la desaceleración solo será precisa a una velocidad de rotación constante.

Mientras tanto, para un control más preciso, se utilizan métodos complejos para estimar la posición del rotor: según la conexión del flujo de las fases, según el tercer armónico de la FEM de los devanados, según los cambios en la inductancia de los devanados de fase.

Considere un ejemplo de monitoreo de conexiones de transmisión. Se sabe que la ondulación del par BLDC cuando el motor se alimenta con pulsos de voltaje rectangulares alcanza el 25 %, lo que da como resultado una rotación irregular y crea un límite de control de velocidad por debajo. Por lo tanto, las corrientes cercanas a la forma cuadrada se forman en las fases del estator por medio de lazos de control cerrados.