Bešćetni pogoni sa stalnim tokom

Definicija

Bešćetni DC pogon definisan je kao samokontrolisani promenljivofrekventni pogon koji koristi sinusni stalnomagnetni alternativni motor (PMAC). Ovaj tip pogona nudi nekoliko značajnih prednosti. Gotovo bez održavanja, ima proširenu životnu vreme, što ga čini pouzdanom opcijom za razne primene. Takođe, karakteriše ga niska rotaciona inercija, minimalno trenje i rad sa niskim frekvenčnim karakteristikama. Pored toga, generiše minimalnu interferenciju radio frekvencije i buku, obezbeđujući gladak i tihi rad. Međutim, nije bez mane; glavne ograničenja su relativno visoka cena i niski početni moment.

Primene

Bešćetni DC pogoni se široko koriste u raznim industrijskim granama i uređajima. U oblasti potrošačke elektronike, koriste se u gramofonom, trakastim pogonima za snimače i spindl pločama u hard diskovima računara. Takođe služe kao niskosnazični pogoni u perifernim instrumentima i kontrolnim sistemima računara. Izvan potrošačke elektronike, njihove primene se proširuju na aerospace industriju, gde su pouzdanost i tihi rad ključni. U biomedicinskom polju, njihova preciznost i čist rad ih čine prikladnim za razne medicinske uređaje. Takođe, često se koriste za pogon hladnjaka, obezbeđujući efikasnu i tihu ventilaciju u mnogim sistemima.

Struktura motora

Sledeća slika ilustruje presek trofaznog, dvopolnog trapazonoidnog PMAC motora, koji je ključni deo bešćetnog DC pogona. Motor ima rotor sa stalnim magnetom sa širokim polnim lukom, što doprinosi njegovom efikasnom radu. Stator je opremljen tri faze navojnice, svaki odmaknut za 120 stepeni jedan od drugog. Ova specifična konfiguracija navojnice osigurava balansiran električni rad i gladki proizvod momenta. Svaki fazni navoj prostire se 60 stepeni na svaku stranu, optimizujući interakciju magnetskog polja unutar motora i omogućavajući tačnu kontrolu nad brzinom i performansama.

Naponi indukovani u tri faze motora prikazani su na sledećoj slici. Generisanje trapazonoidnog talasa može se pripisati specifičnoj interakciji između rotora i statora. Kada rotor rotira u suprotnom smeru kazaljke na satu, tokom prvih 120 stepeni rotacije od referentne pozicije, svi vrhovi faze A interagiraju sa južnim polom magnetskog polja, dok svi dno faze A interagiraju sa severnim polom.

Ova konzistentna magnetska veza u ovom uglovom opsegu dovodi do relativno stabilnog indukovanim napona, doprinoseći ravnom delu trapazonoidnog talasa. Kako rotor nastavlja da rotira, menjajuće orijentacije magnetskog polja dovode do prelaza indukovanim napona, konačno formirajući karakteristični trapazonoidni oblik koji je esencijalan za pravilan rad i kontrolu bešćetnog DC pogona.

Tokom 120 stepeni rotacije rotora, napon indukovani u fazi A ostaje relativno konstantan. Kada rotacija premaši 120 stepeni, neki od vrhova faze A počinju da se vezuju sa severnim polom, dok drugi nastavljaju da interagiraju sa južnim polom. Isto fenomen se dešava i sa dnom faze. Kao rezultat, tokom sledećih 60 stepeni rotacije, napon indukovani u fazi A linearno se okrece. Ovaj obrazac promene napona se odbija u fazama B i C, stvarajući koordinisano električno ponašanje esencijalno za rad motora.

Sistem bešćetnog DC pogona, kao što je prikazano na sledećoj slici, sastoji se od invertora sa izvorom napona uparen sa trapazonoidnim PMAC motorom. Navojnice statora motora su konfigurisane u zvezdasta vezu. Slika takođe prikazuje karakteristični fazni talas napona trapazonoidnog PMAC motora, koji odražava jedinstvene dinamike indukcije napona opisane iznad. Ovaj talas je ključna karakteristika koja omogućava efikasnu kontrolu i rad bešćetnog DC pogona, omogućavajući gladki proizvod momenta i tačnu regulaciju brzine.

Navojnice statora bešćetnog DC motora su isporučene sa impulzima struje. Svaki impuls ima trajanje od 120 električnih stepeni i precizno je pozicioniran u regionu gde indukovani napon ostaje konstantan i dostiže svoju maksimalnu vrednost. Ključno je da polaritet ovih impulsa struje usklađen je sa polaritetom indukovanim napona, osiguravajući harmoničnu interakciju između električnih ulaza i magnetskog polja generisanog od strane motora.

Magnetni fluks u vazdušnom prazninu motora održavа se na konstantnom nivou, a intenzitet indukovanim napona je direktno proporcionalan brzini rotacije rotora. Ova relacija je fundamentalna za rad motora, jer omogućava tačnu kontrolu performansi motora na osnovu brzinsko-zavisnog indukovanim napona, omogućavajući efikasan prenos snage i gladak rad u različitim radnim uslovima.

Tоком svakog 60-stepenog intervala rada, struja teče u jednu fazu navojnice statora motora i izlazi iz druge. Ovaj alternativni model toka struje je ključna karakteristika rada bešćetnog DC motora. Kao rezultat, snaga isporučena motoru u svakom od ovih 60-stepenih intervala može se izraziti sledećom formulom, koja uzima u obzir interakciju između napona i struje unutar faznih navojnica.

Moment razvijen od strane motora

Talas momenta bešćetnog DC pogona prikazan je na sledećoj slici. Intenzitet momenta generisanog od strane motora direktno je proporcionalan strujama koje teče kroz DC snabdevačke veze. Ova relacija je fundamentalna za razumevanje dinamičkog ponašanja i performansi motora.

Regenerativno kočenje u ovom sistemu pogona postiže se obrtanjem faze struje. Kada se faza struje obrne, smer izvora struje Id takođe se menja. Ova promena inicira tok snage koji počinje od motora, prodlazi kroz inverter i konačno se vraća na DC izvor. Tокom ovog procesa, motor radi kao generator, pretvarajući mehaničku energiju sa opterećenja u električnu energiju, koja se zatim vraća u snabdevački sistem. Ovo ne samo što pomaze u usporavanju motora, već omogućava i povrat i ponovnu upotrebu energije, unapređujući ukupnu efikasnost sistema.

Kada se brzina rotacije sistema pogona obrne, polaritet indukovanim napona unutar motora takođe se menja. Ova promena polariteta napona aktivira regenerativno kočenje, omogućavajući sistem da pretvori mehaničku energiju pokretne opterećenja u električnu energiju koja se vraća u snabdevački sistem.

S druge strane, obrtanje smera struje koja teče kroz navojnice motora inicira rad motora, pokrećući motor u željenom smeru. Talasi struje odgovarajući ovim različitim režimima rada - regenerativno kočenje i rad motora - jasno su prikazani na sledećoj slici, pružajući vizualnu reprezentaciju električnog ponašanja sistema pod različitim uslovima.

Vrste bešćetnog DC pogona

Bešćetni DC pogon se može glavno kategorizovati u dve različite vrste: niskoceni bešćetni DC pogon i jednofazni bešćetni DC pogon. Svaki tip ima svoje jedinstvene karakteristike i operativne principa, koji su detaljno opisani ispod.

Niskoceni bešćetni DC pogon

Niskoceni bešćetni DC pogon dizajniran je sa ciljem jednostavnosti i pristupačnosti. Sastoji se od minimalističke konfiguracije, koja uključuje samo tri tranzistora i konverter sa tri dioda. Ova postavka ograničava sistem na isporuku samo pozitivne struje ili napona trofaznom motoru.

Tоkom rada, indukovani napon i struja igraju ključnu ulogu u funkcijama motora i kočenja. Kada se 120-stepeni pozitivni impulsi struje isporučuju motoru, inicira se rad motora, čime se motor okreće u suprotnom smeru kazaljke na satu. S druge strane, kada se ovi impulsi struje pomeraju za 60 stepeni na ukupno 180 stepeni, motor prelazi u stanje kočenja. Ova promena u vremenu impulsa struje efektivno menja interakciju između električnog ulaza i magnetskog polja motora, omogućavajući prelaz od rotacijskog kretanja na mehanizam kočenja.

Niskoceni bešćetni DC pogon: Mekhanizam kontrole struje

U niskocenom bešćetnom DC pogonu, struja faze A tačno se reguliše tiristorom Tr1 i diodom D1. Kada se Tr1 aktivira (uključi), izvorna naponska Vd se spoji na navojnicu A. Ova veza dovodi do toga da se stopa promene struje IA postane pozitivna, što znači da struja u fazi A počinje da raste. S druge strane, kada se Tr1 deaktivira (isključi), struja iA ulazi u stanje slobodnog toka kroz diodu D1. Tоkom ovog slobodnog toka, stopa promene iA postaje negativna, a struja postepeno opada.

Unutar perioda od 0-120º, Tr1 može se uključivati i isključivati naizmenično. Ova strategija uključivanja i isključivanja koristi se kako bi se stvarna struja IA tesno pratio pravougaoni referentni talas struje iA, osiguravajući da razlika između njih ostane unutar preddefinisane histeretske zone. Ova tačna kontrola pomaže u održavanju stabilnog rada motora i efikasnog prenosa snage.

Jednofazni bešćetni DC pogon

Konfiguracija jednofaznog bešćetnog DC pogona prikazana je na sledećoj slici. Za analizu, pretpostavimo da je motor isporučen polmostom jednofaznim konverterom, koji isporučuje pravougaoni talas struje motoru, kao što je prikazano na priloženoj slici. Ovaj specifični talas struje igra ključnu ulogu u određivanju performansi i operativnog ponašanja motora.

Moment generisan od strane motora pokazuje značajne fluktuacije, često nazvane oscilacijama momenta. Međutim, kada motor radi na visokim brzinama, inercija sistema motor-opterećenje djeluje kao prirodni filter. Ova inerentna inercija izgladjava varijacije momenta, omogućavajući motoru da održava relativno uniformnu brzinu rotacije, unatoč prisustvu oscilacija momenta.