Вентильный реактивный двигатель своими руками

Вентильные электродвигатели: принцип работы. Электродвигатель вентильный своими руками

Вентильные электродвигатели во многом являются схожими с электромагнитными аналогами. Однако следует отметить, что устройства способны работать в сети постоянного и переменного тока. На сегодняшний день различают однофазные, двухфазные и трехфазные модификации.

В среднем мощность модели равняется 5 кВт. Рабочая частота двигателя не превышает 60 Гц. У некоторых модификаций применяется датчик положения ротора. Используются вентильные электродвигатели чаще всего для компрессоров и вентиляционных систем.

Схема устройства

Обычный двигатель включает в себя статорную коробку с якорем, а также ротор. Коллектор в маломощных модификациях устанавливается щеточного типа. Если рассматривать однофазные вентильные электродвигатели, то у них предусмотрен полюсный наконечник. За ним располагается специальный вал вращения. У мощных моделей есть сердечник ротора. Для возбуждения цепи применяется бендикс. Вал у двигателей вентильного двигателя вращается со специальным диском.

Принцип работы

Принцип действия двигателя строится на магнитной индукции. Процесс заключается в возбуждении обмотки статора. Происходит это путем подачи напряжения на бендикс. У многих модификаций также применяется датчик положения ротора. Для подключения регуляторов используются клеммные коробки. Для фиксации вала применяются зажимные кольца. У сверхмощных двигателей есть втягивающее реле. Оно необходимо для усиления электромагнитного поля.

Модель своими руками

Сделать электродвигатель (вентильный) своими руками довольно сложно. В первую очередь для сборки потребуется магнитный статор. В некоторых случаях ротор используют со стальным якорем. Далее потребуется заготовить вал с головкой. По диаметру он должен подходить под кольцо. Статор в данном случае обязан быть с первичной обмоткой, которая может выдерживать напряжение в 220 В.

Для подключения двигателя вентильного типа понадобится проводник. Подсоединяться он обязан к клеммной коробке. У некоторых модификаций вал крепится на диске. Таким образом, процесс набора оборотов происходит быстро. Для того чтобы избежать случаев коротких замыканий в цепи, используют уплотнитель.

Реактивная модификация

Сделать вентильный реактивный электродвигатель своими руками можно только на базе щеточного коллектора. В первую очередь потребуется подобрать ротор с обмоткой. Далее под него устанавливается вал. В некоторых случаях его используют с объемной насадкой. Для уменьшения силы трения понадобится небольшое кольцо на роликовых подшипниках.

Далее на вентильный реактивный электродвигатель устанавливается бендикс. В данном случае диск фиксируется на шпонке. Клеммная коробка обязана располагаться в задней части двигателя. Вал при этом должен находиться в центральной части корпуса. Вентиляционные отверстия чаще всего делают над ротором.

Устройства постоянного тока

Вентильный электродвигатель постоянного тока можно сложить на базе щеточного коллектора, который способен выдерживать большое выходное напряжение. После фиксации статора нужно заняться ротором. Для этого подбирается вал и диск небольшого диаметра. Также потребуется мощное втягивающее реле. Некоторые применяют его с высоковольтной обмоткой. На этом этапе особое внимание следует уделить фиксации сердечника для возбуждения обмотки. Используются погружные вентильные электродвигатели постоянного тока, как правило, в самолетостроении. У некоторых моделей предусмотрена сложная схема воздушного охлаждения с каналами.

Модели переменного тока

Сделать модель данного типа довольно просто. Однако для сборки потребуется бендикс. В данном случае его необходимо сразу подбирать со стальным сердечником. Некоторые специалисты рекомендуют применять алюминиевые наконечники. Однако проводимость тока у них невысокая. Непосредственно подача напряжения осуществляется через клеммную коробку.

Во многих модификациях щеточный коллектор устанавливается в передней части корпуса. Таким образом, вал можно использовать небольшого диаметра. Контактные кольца крепятся, если делается двигатель большой мощности. Для того чтобы уменьшить силу трения, можно использовать подшипники. Устанавливать их следует вблизи коллектора.

Двигатели однофазного типа

Для приводов небольшой мощности подходит однофазный вентильный электродвигатель. Принцип работы устройств основан на повышении индуктивности магнитного поля. Для этого применяется бесщеточный коллектор. Бендиксы в устройствах отсутствуют. Также важно отметить, что статоры могут использоваться только с большой проводимостью. Однако в первую очередь для сборки потребуется качественный ротор. Устанавливать его следует вблизи вала.

Следующим шагом необходимо наварить кольцо. Диск при этом обязан располагаться на другой стороне вала. Для охлаждения двигателя вентильного типа подойдет вентилятор. У некоторых модификаций для усиления индукции применяются втягивающие реле.

Двухфазные модели

Двухфазные вентильные электродвигатели можно собрать самостоятельно. Для этого специалисты рекомендуют использовать мощные бендиксы. В некоторых случаях применяются статоры с первичной обмоткой. Для фиксации ротора потребуется прочный корпус. В данном случае наконечники следует использовать с хорошей проводимостью.

Для того чтобы электромагнитное поле усиливалось равномерно, применяются катушки различной чувствительности. Втягивающие реле устанавливаются позади статоров. Вал в конструкция обязан находиться на диске. Для его фиксации применяются шпонки.

Трехфазные устройства

Трехфазовым вентильным электродвигателем называют устройство, работающее по принципу возрастания индукции магнитного поля. У моделей бендиксы устанавливаются только с высокой чувствительностью. В данном случае для усиления электромагнитного поля применяются полюсные наконечники. Непосредственно статоры используются с лапами. У некоторых модификаций есть щеткодержатели. Также важно отметить, что трехфазные вентильные электродвигатели часто применяются для работы приводов на 20 кВт. Частотность в данном случае не превышает 60 Гц. Вал у моделей обязан вращаться свободно. Для этого производители оснащают устройства роликовыми подшипниками. У многих моделей есть специальные проводники, которые соединяются с клеммной коробкой. Непосредственно подача напряжения происходит через силовой кабель.

Модель с низкочастотным бендиксом

Низкочастотные бендиксы позволяют стабильно повышать индуктивность в цепи. Многие модели данного типа отличаются своей чувствительностью. Для того чтобы собрать устройство самостоятельно, необходимо подобрать хороший статор. Модификации с якорями не подойдут.

Также важно отметить, что низкочастотные бендиксы не способны работать с втягивающими реле. Все это приводит к быстрому перегреву двигателя. Для того чтобы исправить ситуацию, потребуется мощный вентилятор. Также следует предусмотреть небольшую катушку. За счет этого обмотка сможет выдерживать напряжение в 220 В. Чтобы избежать случаев коротких замыканий, применяют щеткодержатель.

Применение высокочастотных бендиксов

Сделать двигатель с высокочастотным бендиксом довольно просто. Для этого потребуется простой статор. Непосредственно ротор подбирается с первичной обмоткой. Чтобы повысить обороты вала используют специальные заточные диски. У многих конфигураций применяются втягивающие реле. Также важно отметить, что для сборки двигателя данного типа необходим качественный щеткодержатель. Для его фиксации используют контактные кольца. Чтобы уменьшить силу вибрации, применяются уплотнители разной жесткости. Во многих конфигурациях над ротором устанавливается кожух.

Использование тягового реле

Тяговые реле очень часто устанавливаются на примышленный вентильный электродвигатель. Принцип работы устройств строится на умеренном увеличении силы магнитного поля. В данном случае происходит последовательное возбуждение обмотки. Для того чтобы самостоятельно собрать модификацию, следует использовать щеточный коллектор.

Также в этой ситуации не обойтись без катушки главного полюса. Однако в первую очередь нужно зафиксировать ротор с валом. После этого можно будет заняться клеммной коробкой. Первичная обмотка у двигателя вентильного типа обязана выдерживать выходное напряжение в 220 В. Отдельное внимание следует уделить статору. Для уменьшения силы вибрации используются уплотнители большой жесткости. Для фиксации вала понадобится стопорное кольцо.

Источник

Вентильный двигатель: конструкция, принцип работы, классификация

Постоянное совершенствование технологий и развитие точного электрооборудования приводит к созданию новых и преобразованию старых устройств. Такому совершенствованию подвергаются и электрические машины, которые неоднократно преобразовывались для получения точного позиционирования. При массовом внедрении полупроводниковых приборов появилась возможность заменить классические щетки на p-n переходы, в результате чего был создан вентильный двигатель.

Конструкция и принцип работы

Конструктивно вентильный агрегат представляет собой разновидность синхронного двигателя.

В его состав входят:

• Ротор, как правило, из магнитного материала, реагирующий на воздействие электромагнитного поля.
• Статор, включающий в себя фазы обмоток, намотанные в катушки станину и диэлектрическую прокладку.
• Измерительные датчики (чаще всего Холла), позволяющие определить положение вращения вала.
• Микропроцессорный блок, формирующий импульсы, их форму, задающие частоту вращения ротора, сравнивающий показания датчиков и подаваемого переменного тока на фазные обмотки.

Пример конструкции вентильного двигателя приведен на рисунке ниже:

Рис. 1. Конструкция вентильного двигателя

Принцип работы вентильного двигателя заключается в четком позиционировании постоянных магнитов на роторе по отношению к формируемому пику электромагнитного импульса на фазных электрических обмотках. При движении магнитов датчики воспринимают информацию об их положении в пространстве и меняют пропускную способность реактивных вентильных преобразователей, что позволяет валу вращаться дальше. Таким образом, управление вращением осуществляется без использования скользящего контакта, поэтому данная категория электрических машин относится к категории бесколлекторных электродвигателей.

Статор

Конструктивно статор мало чем отличается от классических моделей синхронных и асинхронных двигателей. Это металлический цельнолитой или наборной магнитопровод, в пазах которого укладываются фазные провода. Количество обмоток якоря определяется числом подключаемых фаз и периодичностью их чередования. Чем чаще уложены обмотки статора, тем точнее контролируется вращение вентильного электродвигателя.

Полюса статора также могут характеризоваться смещением на строго определенный угол, как и его обмотки. По количеству фаз коммутации вентильные двигатели бывают двух-, трех-, четырех- и шестифазными.

Ротор

В зависимости от конструкции ротора бесконтактные двигатели могут иметь внутрироторное и внешнероторное исполнение.

Рис. 3. Внешнероторные и внутрироторные модели

Количество пар полюсов также может отличаться, но уже без каких-либо привязок к обмоткам, как правило, этот параметр варьируется от двух до шестнадцати с парным шагом.

В более старых моделях для бесколлекторных двигателей использовались постоянные магниты из ферритовых сплавов. Которые отличались доступностью и относительно более низкой себестоимостью, но имели слишком низкие показатели индукции. Однако с постепенным развитием технологий, на смену им пришли магнитные элементы из редкоземельных металлов. Этот вариант обладает более точным позиционированием, но и стоит он дороже.

Рис. 4. Вентильный двигатель с внешним ротором

Датчик положения ротора

В синхронных электродвигателях датчик необходим для осуществления обратной связи с положением вала механического устройства. В зависимости от принципа действия могут применяться датчики:

• Фотоэлектрического принципа действия;
• Трансформаторного;
• Индуктивного;
• На эффекте Холла.

Рис. 5. Датчик положения ротора

Наиболее распространенными вариантами для практической реализации стали фотоэлектрические датчики и датчики с эффектом Холла. Они обладают большей точностью и меньше запаздывают при передаче данных в канале связи. Датчики привязываются к определенным маркерам на валу и реагируют на их прохождение.

Система управления

В состав блока управления, как правило, входит микроконтроллер и электронный ключ для подключения к двух- или трехфазным обмоткам двигателя. Микроконтроллер или микропроцессор необходим для обработки получаемых с датчиков сигналов и последующего преобразования синусоидальной коммутации в более удобную форму сигнала. Электрические преобразователи выполняется на базе полупроводниковых транзисторов, соединенных по мостовой схеме. Они производят широтно-импульсную модуляцию питающего напряжения в соответствии с заданным режимом работы.

Рис. 6. Электронный ключ вентильного двигателя

Классификация

По типу питания вентильные электрические машины подразделяются на электродвигатели постоянного и переменного тока.

По способу взаимодействия магнитного поля статора и ротора встречаются синхронные, асинхронные и индукторные аппараты.

Помимо этого, в зависимости от числа задействованных фаз они разделяются на:

• Однофазные – представляю собой наиболее простой вариант, где используется минимум линий передачи питающего напряжения от блока управления к его обмоткам. Однако в некоторых позиция существует трудность пуска такого вентильного двигателя под нагрузкой.
• Двухфазные – обладают хорошей связью между обмоткой и статором. Но выдают довольно сильные пульсации, которые могут привести к негативным последствиям в работе.
• Трехфазные – наиболее распространенные варианты, способные выдать плавный пуск и нормальный режим работы вентильного двигателя. Характеризуется четным количеством обмоток и хорошими тяговыми характеристиками. К его недостаткам относят лишь чрезмерный шум во время работы.
• Четырехфазные – характеризуются минимальными пульсациями низким пусковым моментом. Но, в сравнении с другими моделями, они имеют высокую себестоимость, из-за чего применяются редко.

Рис. 7. Четырехфазный вентильный двигатель

Технические характеристики

При выборе конкретной модели важно определить ее соответствие месту установки, поэтому важно обращать внимание на следующие характеристики вентильных двигателей:

• номинальное напряжение – определяет питающую величину, которая должна подаваться на вентильный двигатель для получения номинального усилия;
• потребляемая мощность – характеристика электродвигателя, показывающая величину мощности, расходуемую на работу устройства;
• КПД – показывает соотношение полезной работы, совершаемой вентильным двигателем к израсходованной мощности;
• мощность на валу – полезная работа электрической машины, совершаемая за счет тягового усилия;
• номинальная частота – определяет количество оборотов в минуту, которые вентильный двигатель может совершать в номинальном режиме работы;
• диапазон регулировки частоты – показывает, в каких пределах можно изменять частоту оборотов вала для конкретной модели;
• номинальный крутящий момент – определяет усилие, создаваемое на валу вентильного двигателя при оптимальных параметрах работы, также в параметрах может регламентироваться пусковой и максимальный момент;
• коэффициент нагрузки – показывает, насколько снижается эффективность электрической машины, в зависимости от подъема над уровнем моря;
• габаритные размеры и масса вентильного двигателя.

Преимущества и недостатки

В сравнении с другими типами электрических машин, вентильный двигатель имеет ряд качественных отличий, дающих ему как выгодное, превосходство, так и определенные недостатки.

К преимуществам вентильных двигателей относят:

• Относительно небольшая величина магнитных потерь из-за отсутствия постоянно действующего поля, как в классических синхронных и асинхронных электродвигателях.
• Обеспечивает безопасное вращение даже с максимальной нагрузкой, в отличии от коллекторных электродвигателей.
• За счет встроенного преобразователя частоты коммутация вентильного преобразователя обеспечивает широкий спектр скоростей вращения, которые отличаются плавным переходом от одной к последующей.
• Хорошая динамика работы и точность позиционирования, способная создать конкуренцию шаговым двигателям.
• Относительно большая степень надежности и длительный срок эксплуатации без обслуживания за счет отсутствия скользящего контакта, в отличии от коллекторных двигателей.
• Может применяться во взрывоопасной среде, в отличии от электродвигателей постоянного и переменного тока со щетками.

К недостаткам вентильных агрегатов следует отнести их высокую себестоимость, наличие дополнительных элементов, усложняющих последующую эксплуатацию. Также существенным минусом считается сложность управления и задания логики перемещения рабочих органов трехфазных бесколлекторных двигателей в соответствии с меняющимися факторами производственного процесса.

Применение

Вентильные двигатели применяются во всех сферах, где требуется регулировать скорость вращения рабочего элемента. Такие синхронные приводы имеют точное позиционирование и применяются для компьютерной техники, устройств привода, винчестера, куллеров обдува и т.д.

Рис. 8. Вентильный двигатель в компьютере

Помимо этого он используется в робототехнике, строительстве спутников, летательных аппаратов. Для бытовой техники, в устройствах автомобилестроения, в медицинской сфере. Также нашел широкое применение в станочном оборудовании, горнодобывающих машинах, используется в компрессорных установках и насосных станциях.

Источник