Motor de válvula
As máquinas DC, via de regra, possuem indicadores técnicos e econômicos mais elevados (linearidade de características, alta eficiência, pequenas dimensões, etc.) do que as máquinas de corrente alternada. Uma desvantagem significativa é a presença de um aparelho de escova, que reduz a confiabilidade, aumenta o momento de inércia, cria interferência de rádio, risco de explosão, etc. Portanto, naturalmente, a tarefa de criar um motor DC sem contato (sem escova).
A solução desse problema tornou-se possível com o advento dos dispositivos semicondutores. Em um motor DC sem contato, chamado de motor de corrente de válvula constante, o conjunto de escovas é substituído por uma chave semicondutora, a armadura é estacionária, o rotor é ímã permanente.
O princípio de funcionamento do motor de válvula
O motor da válvula é entendido como um sistema de acionamento elétrico variável composto por um motor elétrico de corrente alternada estruturalmente semelhante a uma máquina síncrona, um conversor de válvula e dispositivos de controle que fornecem a comutação dos circuitos de enrolamento do motor dependendo da posição do rotor do motor.Nesse sentido, um motor de válvula é semelhante a um motor de corrente contínua no qual, por meio de uma chave de comutação, é conectada aquela espira do enrolamento da armadura, localizada abaixo dos polos de campo.
Um motor DC é um dispositivo eletromecânico complexo que combina a máquina elétrica mais simples e um sistema de controle eletrônico.
Os motores de corrente contínua apresentam sérias desvantagens, principalmente devido à presença de um coletor de escovas:
1. Confiabilidade insuficiente do aparelho coletor, necessidade de sua manutenção periódica.
2. Valores limitados de tensão de armadura e, consequentemente, a potência dos motores CC, o que limita seu uso para acionamentos de alta velocidade e alta potência.
3. Limitada capacidade de sobrecarga de motores DC, limitando a taxa de variação da corrente de armadura, que é essencial para acionamentos elétricos altamente dinâmicos.
Em um motor de válvula, essas desvantagens não se manifestam, pois aqui a chave coletora de escovas é substituída por uma chave sem contato feita em tiristores (para acionamentos de alta potência) ou transistores (para acionamentos com potência de até 200 kW ). Com base nisso, um motor de válvula estruturalmente baseado em uma máquina síncrona costuma ser chamado de motor CC sem contato.
Em termos de controlabilidade, um motor brushless também é semelhante a um motor DC – sua velocidade é ajustada variando a magnitude da tensão DC aplicada. Devido às suas boas qualidades reguladoras, os motores de válvula são amplamente utilizados para acionar vários robôs, máquinas de corte de metal, máquinas industriais e mecanismos.
Comutador de transistor de ímã permanente com acionamento elétrico
O motor da válvula deste tipo é feito com base em uma máquina síncrona trifásica com ímãs permanentes no rotor. Os enrolamentos do estator trifásico são alimentados com corrente contínua fornecida em série a dois enrolamentos de fase conectados em série. A comutação dos enrolamentos é realizada por uma chave de transistor feita de acordo com um circuito de ponte trifásica.As chaves de transistor são abertas e fechadas dependendo da posição do rotor do motor. O diagrama do motor da válvula é mostrado na fig.
Figo. 1. Diagrama de um motor de válvula com um interruptor de transistor
O torque criado pelo motor é determinado pela interação de duas roscas:
• o estator criado pela corrente nos enrolamentos do estator,
• rotor criado a partir de ímãs permanentes de alta energia (à base de ligas de samário-cobalto e outras).
onde: θ é o ângulo sólido entre os vetores de fluxo do estator e do rotor; pn é o número de pares de pólos.
O fluxo magnético do estator tende a girar o rotor de imã permanente de modo que o fluxo do rotor coincida com o fluxo do estator (não se esqueça da agulha magnética, da bússola).
O maior momento criado no eixo do rotor estará em um ângulo entre os vetores de fluxo igual a π / 2 e diminuirá para zero à medida que os fluxos se aproximam. Essa dependência é mostrada na Fig. 2.
Consideremos o diagrama espacial dos vetores de fluxo correspondentes ao modo do motor (com o número de pares de pólos pn = 1). Suponha que no momento os transistores VT3 e VT2 estejam ligados (veja o diagrama na Fig. 1). Então a corrente flui através do enrolamento da fase B e na direção oposta através do enrolamento da fase A. O vetor resultante ppm. o estator ocupará a posição F3 no espaço (ver figura 3).
Se o rotor estiver agora na posição mostrada na fig. 4, então o motor desenvolverá de acordo com 1 o torque máximo no qual o rotor girará no sentido horário. À medida que o ângulo θ diminui, o torque diminui. Quando o rotor é girado 30 °, é necessário de acordo com o gráfico da fig. 2. mude a corrente nas fases do motor de modo que o estator do vetor ppm resultante esteja na posição F4 (consulte a Fig. 3). Para fazer isso, desligue o transistor VT3 e ligue o transistor VT5.
A comutação de fase é realizada por um comutador de transistor VT1-VT6 controlado pelo sensor de posição do rotor DR; neste caso, o ângulo θ é mantido dentro de 90° ± 30°, que corresponde ao valor máximo de torque com as menores ondulações. Em ρn = 1, seis comutações devem ser feitas por uma revolução do rotor, portanto ppm. o estator fará uma volta completa (ver Fig. 3). Quando o número de pares de pólos é maior que a unidade, a rotação do vetor ppm do estator e, portanto, do rotor será de 360/pn graus.
Figo. 2. Dependência do torque do motor no ângulo entre os vetores de fluxo do estator e do rotor (em pn = 1)
Figo. 3. Diagrama espacial do estator de ppm ao alternar as fases do motor da válvula
Figo. 4. Diagrama espacial no modo motor
O ajuste do valor do torque é feito alterando o valor de ppm. estator, ou seja mudança no valor médio da corrente nos enrolamentos do estator
onde: R1 é a resistência do enrolamento do estator.
Como o fluxo do motor é constante, a fem induzida em dois enrolamentos do estator conectados em série será proporcional à velocidade do rotor.A equação de equilíbrio elétrico para os circuitos do estator será
Quando os interruptores estão desligados, a corrente nos enrolamentos do estator não desaparece imediatamente, mas é fechada pelos diodos reversos e pelo capacitor de filtro C.
Portanto, ajustando a tensão de alimentação do motor U1, é possível ajustar a magnitude da corrente do estator e o torque do motor
É fácil perceber que as expressões obtidas são semelhantes a expressões análogas para um motor DC, resultando que as características mecânicas de um motor de válvula neste circuito são semelhantes às características de um motor DC com excitação independente em Φ = const .
Uma mudança é feita na tensão de alimentação do motor brushless no circuito em consideração pelo método de ajuste de largura de pulso… Ao alterar o ciclo de trabalho dos pulsos dos transistores VT1-VT6 durante os períodos de sua inclusão, é possível ajustar o valor médio da tensão fornecida aos enrolamentos do estator do motor.
Para aplicar o modo de parada, o algoritmo de operação da chave do transistor deve ser alterado de forma que o vetor ppm do estator fique atrás do vetor de fluxo do rotor. Então o torque do motor se tornará negativo. Como um retificador não controlado está instalado na entrada do conversor, a regeneração da energia de frenagem neste circuito é impossível.
Durante o desligamento, o capacitor do filtro C é recarregado. A limitação de tensão nos capacitores é realizada conectando a resistência de descarga através do transistor VT7. Desta forma, a energia de frenagem é dissipada na resistência de carga.