Переваги вентильних електроприводів

Постійне здешевлення магнітних матеріалів, а також розвиток апаратної бази систем управління і пристроїв силової електроніки, що прискорюється, зробили можливим застосування ВД в тих областях техніки, де традиційно застосовувалися тільки машини постійного струму або спеціальні асинхронні двигуни.

Це пояснюється цілим рядом конструктивних і техніко-експлуатаційних переваг СДПМ в порівнянні з іншими існуючими типами електричних машин, до яких можна віднести наступні:

- безконтактність і відсутність вузлів, що вимагають обслуговування. Відсутність у вентильних електродвигунів ковзаючих електричних контактів істотно підвищує їх ресурс і надійність в порівнянні з електричними машинами постійного струму або асинхронними двигунами з фазним ротором, розширює діапазон досяжних частот обертання. Обмотка якоря СДПМ може живитися вищою номінальною напругою, тому конструктивна постійна моменту Cm ВД істотно перевищує аналогічну величину класичних машин постійного струму, що дозволяє використовувати при підключенні ВЕП кабелі меншого перетину і перетворювачі електричної енергії на менші струми;

- велика перевантажувальна здатність по моменту (короткочасно допустимий момент і струм СДПМ можуть перевищувати номінальні значення в 5 і більше разів);

- висока швидкодія в перехідних процесах по моменту;

- абсолютно жорстка механічна характеристика і практично необмежений діапазон регулювання частоти обертання (1:10000 і більше). Можливість регулювання частоти обертання як вниз від номінальної (з постійністю тривало допустимого і максимального моментів), так і вгору (з постійністю потужності);

- якнайкращі енергетичні показники (ККД і коефіцієнт потужності). ККД вентильних двигунів перевищує 90% і трохи відхиляється від номінального при варіаціях навантаження, тоді як у серійних асинхронних двигунів потужністю до 10 кВт максимальний ККД складає не більше 87,5% і істотно залежить від моменту. Так, вже при половинному навантаженні на валу він може впасти до 60-70%;

- мінімальні струми холостого ходу;

- мінімальні масогабаритні показники за інших рівних умов.

Оскільки основні електричні і магнітні втрати в роторі СДПМ відсутні, а сучасні рідкоземельні постійні магніти, наприклад, на основі з'єднання "неодим-залізо-бор" здатні забезпечити максимальну індукцію в повітряному зазорі навіть без концентрації потоку на рівні асинхронних машин (до 0,8 Тл), в СДПМ може бути значно підвищена лінійне навантаження при збереженні сумарних втрат в машині на постійному рівні, що і пояснює вищу електромеханічну ефективність вентильних двигунів в порівнянні з іншими типами безконтактних електродвигунів змінного струму.

Вентильний електропривод на базі СДПМ є універсальним засобом електромеханічного перетворення енергії і автоматизації технологічних процесів. Принципи побудови силової частини ВЕП вже устоялися і залишаються незмінними протягом декількох останніх десятиліть, що не виключає їх розвиток в поліпшенні електромагнітної сумісності електроприводів з живлячою мережею.

Головним напрямом вдосконалення ВЕП в найближчій перспективі буде розробка і оптимізація адаптивних "бездатчикових" алгоритмів управління, що орієнтовані на мікропроцесорну реалізацію і забезпечують діапазони регулювання з постійністю моменту 1:150…200.

Датчик струму на ефекті Хола

Ефект Хола

Рисунок 11 - Суть ефекту Хола

Ефект Хола відкритий американським фізиком Едвіном Холом в 1879 році. Суть ефекту Хола полягає в тому, що при проходженні струму через пластину (рис. 11) в подовжньому напрямі під впливом магнітного поля виникає на краях пластинки в поперечному напрямі різниця потенціалів, обумовлена законом Лоренца (під впливом магнітного поля струмоносії зміщуються до краю пластини). Ця різниця потенціалів (ЕДС) пропорційна величині векторного твору напруженості поля і струму H•I.

За відсутності магнітного поля потік електронів не спотворюється. За наявності магнітного поля сили Лоренца відхиляють електрони і скривлюють їх траєкторії. Це напрям траєкторій приводить до появи негативних зарядів на одній стороні пластини. На протилежній стороні накопичується позитивний заряд, що не компенсується. Накопичення зарядів на протилежних гранях пластинки приводить до появи поперечного електричного поля, яке отримало назву поле Хола. Таке накопичення зарядів продовжується, поки виникаюча поперечна ЕДС не компенсуватиме сили, що створюються магнітним полем. Після цього встановиться стаціонарний процес, при якому електрони рухаються паралельно граням пластини, як і за відсутності магнітного поля.

Існує декілька різновидів датчиків струму на ефекті Хола [3].