Вентильно-индукторный привод — перспективное направление развития современного регулируемого электропривода

Вентильно-индукторный привод - перспективное направление развития современного регулируемого электропривода

В начале 80-х гг. прошлого века в зарубежной научно-технической литературе начали печататься материалы об инновационном типе электрической машины с переменным магнитным сопротивлением (по западной классификации — SRM, «Switched Reluctance Motor») и основанного на ней электропривода — SRD (SR Drive), метящего на звание соперника традиционных регулируемых электроприводов.

В российской литературе он получил сокращенное наименование ВИП — вентильно-индукторный привод. С тех пор до начала 2000-х годов стало резко возрастать число докладов по этой теме на различных конференциях, публикаций в журналах, увеличивалось количество институтов и предприятий, занимавшихся разработкой различных проектов в области SRD-технологии. В 1998 г. начал свою работу веб-ресурс www.brivit.com, предлагающий доступ к специализированной базе данных, включающей в себя подавляющее большинство издаваемых за границей работ по SRD, таких, как труды конференций, статьи, диссертации, патенты и т.д.

Если быть точными, «новым» вентильноиндукторный электропривод можно назвать очень приблизительно: на самом деле подобная технология существует очень давно. Возможно, это даже самая старая разновидность электропривода. Конструкция двигателя имеет магнитную систему с явно выраженной двойной зубчатостью и разным числом зубцов на статоре и роторе. Из-за этого при прохождении тока по катушкам одной фазы на диаметрально расположенных зубцах статора, близлежащие зубцы ротора примагничиваются к зубцам возбужденной фазы, вследствие чего происходит поворот ротора в так называемое согласованное положение. Последовательное переключение фаз дает возможность повернуть ротор на определенное число шагов. Двигатели являютсяиндукторными машинами с самовозбуждением (за счет постоянной составляющей тока статора). Соответственно, магнитное поле образуется при помощи рабочих катушек полюсов статора, получающего питание от нереверсивного инвертора.

Какие же достоинства ВИП привлекли внимание ученых и инженеров? Прежде всего, это элементарная, технологичная, доступная и в то же время надежная схема двигателя. Он не содержит постоянных магнитов, значительно усложняющих технологию изготовления, которые по стоимости иногда занимают половину всего электропривода. Не нужно осуществлять заливку ротора, которая обязательна в изготовлении асинхронных двигателей. Обмотки (катушки) статора отлично приспособлены к промышленному производству, сборка является несложной и, что важнее всего для массового использования, также проста разборка для ремонта или утилизации. Пропитываются только сами катушки, а не статор в целом, в отличие от других типов машин, благодаря чему также уменьшаются технологические затраты. Во-вторых, как утверждают многие авторовы, основываясь как на теоретических расчетах, так и на сравнительном практическом анализе двигателей, ВИП по массогабаритным и энергетическим показателям оптимальнее, чем частотно-регулируемый асинхронный привод.

В нашей стране развитие вентильно-индукторного электропривода связано с именем профессора Н.Ф. Ильинского в 1995 г., руководившего в МЭИ систематическими исследованиями и проектированием классических моделей ВИП, соответствующих мировому уровню (SRD).

Помимо SRD в России более 10 лет идет развитие технологии электропривода на основе вентильно-индукторных машин с самостоятельным электромагнитным возбуждением и дополнительной обмоткой возбуждения на статоре, являющейся источником магнитного поля. Данный подвид вентильно-индукторного электропривода (ВИП) или просто не затронут иностранными разработчиками, или надежно засекречен. За границей не существует публикаций о подобных электроприводах.

Перед авторами стояла цель проектирования исполнительных двигателей нового образца, избавленных от недостатков SRD. За прототип были взяты синхронные индукторные генераторы с электромагнитным возбуждением. Идея индукторного генератора была высказана еще П.Н. Яблочковым; индукторный генератор применяется с конца XIX века, являясь одним из самых простых и надежных устройств, прекрасно функционирующих в экстремальных условиях (таких, как армейская техника, суда, поезда, малой нестандартной энергетике. Схема этого агрегата была кардинально изменена — увеличилось число секций, и они стали более самостоятельными в электрическом и электромагнитном плане. Выдан патент на новый тип электрической машины — мощный секционируемый синхронный индукторный двигатель с независимым возбуждением, подходящий для широкодиапазонного, надежного контроля скорости и момента.

Была разработана теория проектирования синхронных индукторных двигателей, управления ими, модели «умных» широко-регулируемых электроприводов с векторным управлением, способных работать без перебоев.

Комплектный электропривод создан на основе инновационной, технологичной конструкции бесколлекторного синхронного электродвигателя с секционированной многофазной обмоткой статора, возбуждения на статоре и пассивным многопакетным ротором. Создана теория прямого цифрового векторного управления моментом и скоростью с применением силовых преобразователей, численно равных количеству секций двигателя. Все они оснащены встроенным высокопроизводительным контроллером на сигнальном процессоре с возможностью прямого цифрового управления силовыми ключами и сопряжения с датчиками.

Этот вентильно-индукторный электропривод обладает секционной структурой, дающей возможность питаться от нескольких самостоятельных источников энергии, что не позволяет возникнуть ситуации критической просадки технологических параметров и выводит устройство на более высокий уровень надежности объектов непрерывного производства. Между фазами ВИП нет магнитной связи, что обеспечивает каждой фазе способность функционировать отдельно от остальных. Обесточивание одной и даже нескольких фаз приводит только к пропорциональному уменьшению мощности на выходе и росту пульсаций момента, но сохраняет функциональное состояние привода. Спад мощности можно отчасти восполнить увеличением нагрузки на оставшиеся фазы при наличии надлежащего запаса по допустимым токам фаз и силовых ключей.

Привод обладает функцией гибкого формирования любых механических параметров с точным поддержанием скорости, момента или мощности, подстраиваясь под тот или иной технологический процесс, что позволяет в несколько раз снизить заданную мощность привода и удешевить его относительно классических решений. Благодаря структуре привода можно с легкостью повышать мощность на базе типовых узлов.

Рубрики1

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *


*