CC BY
11
УДК 621.3
Иванов К.А. студент магистратуры 2 курса кафедра«Электроэнергетики и электротехники» Инженерно-технический институт Череповецкий государственный университет ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ СОВРЕМЕННОГО ВИП
Аннотация:
Статья посвящена новому типу электрических машин - ВИП (вентилъно-индукторный привод). В сравнении с другими типами электроприводов проанализированы достоинства и недостатки ВИП. Обоснована перспектива и эффективность широкого использования ВИП в различных отраслях промышленности.
Ключевые слова: SwitchedReluctanceMotor, вентильно-индукторный привод(ВИП), ферро-магнитный материал, широтно-импульсная модуляция, коммутация фаз, силовые транзисторы, электронные системы управления.
UDC 621.3
Ivanov K.A. graduate student 2 year, Department of Electrical Power Engineering and Electrical Engineering Institute of Engineering and Technology Cherepovets State University ADVANTAGES AND DISADVANTAGES OF MODERN VIP
Annotation:
The article is devoted to a new type of electric machines - VIP (valve-inductor drive). In comparison with other types of electric drives, the advantages and disadvantages of VIPs are analyzed. The prospects and effectiveness of wide use of VIP in various industries are justified.
Keywords: SwitchedReluctanceMotor, gate-inductor drive (VIP), ferromagnetic material, pulse width modulation, phase switching, power transistors, electronic control systems.
В 80-х годах появилась информация о новом типе электрических машин, таких как SwitchedReluctanceMotor. В отечественной литературе он приобрел аббревиатуру ВИП, что означает в расшифровке вентильно-индукторный привод. С того времени и по наши дни на эту тему растет большое количество докладов, статей и различных разработок в области ВИП.
Чтобы понять причины интереса к данному приводу, выделим его преимущества и недостатки.
К достоинствам ВИП можно отнести его простую и надежную конструкцию, а также её дешевизну.
В технологии производства данного привода отсутствует операция заливки ротора, нет в конструкции постоянных магнитов, что очень влияет на стоимость электропривода. Катушки статора хорошо приспособлены к машинному производству, то есть просты в сборке, а также и разборке для ремонта. Пропитка производится только для катушек, что снижает немного технические затраты.
Еще одно достоинство в том, что сила притяжения якоря из ферромагнитного материала в электромагните не зависит от направления тока в катушке, фазы ВИП работают от однополярных импульсов тока, благодаря чему, можно выбрать очень надежную конфигурацию силовой схемы по сравнению с частотным преобразователем для асинхронного электропривода [1].
Питание фаз ВИП прямоугольными импульсами напряжения устраняет необходимость в широтно-импульсной модуляции, что позволяет уменьшить динамические потери в силовых транзисторах. Применение данной системы позволяет улучшить условия охлаждения, тем самым увеличить КПД статического преобразователя.
По мнению ученых, которое основано на технических расчетах, а также на сравнении конкретных типов двигателей, ВИП по энергетическим и массогабаритным показателям не уступает и даже бывает, превосходит асинхронный привод с частотно-регулируемым управлением.
Разные структуры магнитной системы ВИП, возможность достаточно и в широких пределах варьирования соотношений главных размеров, разнообразие способов коммутации фаз двигателя делают его применимым как в высоко- (10000 об/мин), так и низкооборотных (100 об/мин) версиях.
ВИП обладает такими свойствами, как гибкое управление скоростью, большие моменты при маленьких скоростях, простота реализации тормозных режимов на нулевых скоростях, делают данный привод привлекательным для применения в различных отраслях промышленности.
ВИП имеет еще одно уникальное достоинство - это устойчивость к отказам отдельных элементов. Ни одна электрическая машина не будет работать (ну или, по крайней мере, долго) с закороченной или оборванной фазой, так как в них присутствуют сильные магнитные связи между фазами статора, а нарушение кругового вращения магнитного поля приводит к асимметрии и возрастанию токов в работающих фазах. Отсутствие таких магнитных связей между фазами в ВИП, позволяет каждой фазе работать независимо от других. Отключение одной или нескольких фаз приведет только к снижению выходной мощности и возрастанию пульсаций момента, но двигатель останется в рабочем состоянии [2].
Теперь о недостатках. Данный тип двигателя не может работать без электроники, то есть его нельзя сразу напрямую подключить к источнику питания, ну или к промышленной сети.
Еще недавно надежность работы привода очень сильно зависела от силовых транзисторов и электронных систем управления, которые уступали
ФОРУМ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ 1(17) 2018
11ир:У/£)гит-паика.ш
467
по надежности электрическим машинам. Но современные технологии в сфере производства полупроводников, разработка силовых транзисторных (в интегральном исполнении) модулей, встроенных в состав систем управления, а также переход к системам микропроцессорного управления, позволили увеличить время наработки на отказ данной электрической части. Что привело практически к устранению данного недостатка.
Следующим недостатком ВИП является очень высокий акустический шум и его вибрация, которые возникают из-за импульсов электромагнитных сил, которые действуют на зубцы ротора и статора, а также пульсации суммарного момента двигателя, ухудшающие работу привода на маленьких оборотах. В наше время эту проблему можно считать почти решенной, так как множество методов проектирования и анализа ВИД, конструкторских решений, позволили сгладить импульсы, сформировать требуемый суммарный момент, а также снизить вибрации.
В некоторых условиях по сравнению с обычными электроприводами, недостатком ВИП является большое число проводников, которые соединяют выводы фаз двигателя с системой управления и силовым преобразователем. Этот недостаток решается путем применения «бездатчиковых» систем управления, то есть сигналы с датчика положения ротора заменяют аналогами, которые получают из сигналов напряжения и тока фаз двигателя с использованием специальных схем соединения фазных обмоток, это позволяет уменьшить число силовых ключей.
Упоминаемая раньше устойчивость к отказам отдельных элементов ВИП, как одно из его достоинств, может являться и недостатком. Так плохо изготовленный или спроектированный ВИП будет всегда работать, но его свойства будут далеки от оптимальных, а недостаток этого не будет явно виден [3].
Подводя к итогу обзор достоинств и недостатков ВИП, можно сказать, что данный привод найдет применение там, где обычным двигателям трудно или невозможно обеспечить требуемые режимы работы. Прежде всего, это низкооборотные высокомоментные приводы, которые позволяют в ряде случаев исключить механический редуктор для упрощения конструкции механизма, а также высокооборотные приводы в металлообработке, робототехнике, лабораторном оборудовании и бытовой технике. Важное значение имеет такое свойство ВИД, когда простым токовым управлением можно создать такой требуемый момент, при котором скорость будет близка к нулевой. Существенной особенностью также является предельно прочная и простая конструкция ротора, которая позволяет выдержать огромные механические напряжения, возникающие вследствие центробежных сил на больших скоростях.
Использованные источники:
1. Информационный ресурс - http: //shkolnie .ru/geo grafiya/83376/index. html
2. Информационный ресурс - http://mybiblioteka.su/3-30731 .html
3. Информационный ресурс - http://lit-yaz.ru/fizika/6578/index.html?page=2
