Тяговый вентильный электропривод на современных автотранспортных средствах
Боргуль А.Н.
Аннотация
В статье рассмотрено применение вентильных электроприводов, его преимущества, конструкция роторов на постоянных магнитах, полевые транзисторы и биполярные транзисторы и их применение в современном мире.
Ключевые слова: вентильный электропривод, системы автоматики, автоматизированный процесс, асинхронный двигатель.
Abstract
Borgul A.N.
TRACTION VALVE ELECTRIC DRIVE ON MODERN MOTOR VEHICLES
The article discusses the use of valve electric drives, its advantages, the design of permanent magnet rotors, field-effect transistors and bipolar transistors and their application in the modern world.
Keywords: valve electric drive, automation systems, automated process, asynchronous motor.
Вентильный электропривод предлагает решение для автотранспортных средств, работающих в тяжелых условиях эксплуатации, где высокие перепады температуры, загрязнение, вибрации и ударные нагрузки являются обычным явлением. При выборе ВЭП для автотранспортных средств, их КПД и другие факторы играют важную роль. Одним из основных факторов является собственная масса, так как автономные источники электроэнергии, используемые в настоящее время, имеют ограниченную емкость при большой массе. Асинхронные тяговые электродвигатели с короткозамкнутым ротором стали популярными из-за своей простой конструкции, высокой надежности, доступной стоимости, развитой технологии производства и низких затрат на обслуживание. Тяговые синхронные электродвигатели, оснащенные постоянными магнитами на роторе, обладают высокими энергетическими характеристиками, улучшенными динамическими характеристиками, высокой надежностью и продолжительным сроком службы. [1].
Роторы на постоянных магнитах могут быть разделены на две категории: с последовательным соединением магнитов по магнитной силе (или роторы с радиальным размещением магнитов) и с параллельным соединением по магнитному потоку (или роторы коллекторного и когтеобразного типов). Для более эффективного использования активных материалов тягового двигателя рекомендуется увеличить длину ротора по сравнению со статором, чтобы достичь более высокой концентрации магнитного потока в рабочем воздушном зазоре. Тяговые двигатели на постоянных магнитах обычно дороже тяговых асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Интерес вызывают также разработки тяговых индукторных электродвигателей, которые имеют простую и недорогую конструкцию, хотя они обычно имеют высокую пульсацию вращающего момента и создают повышенный уровень шума. [2].
Полевые транзисторы и биполярные транзисторы с изолированным затвором стали более популярными в бортовых вентильных преобразователях, заменяя другие силовые ключи, такие как биполярные транзисторы и тиристоры. Благодаря своим низким коммутационным потерям и относительно низкой стоимости, полевые транзисторы широко применяются в приводах с низким напряжением для питания. Главным компонентом электронного оборудования является элементная база силовых ключей, которая продолжает развиваться. Большой опыт накоплен в создании схем бортовых вентильных преобразователей благодаря этой базе. Датчики положения ротора предназначены для определения относительного расположения ротора и статора двигателя, а также для управления силовыми ключами бортового вентильного преобразователя. Тахогенераторы, в свою очередь, используются для измерения частоты вращения ротора. Важным условием является - хорошее согласование датчика с входными цепями вентильного преобразователя. Датчики должны иметь малые размеры и потреблять небольшое количество энергии. Они должны обеспечивать большую кратность максимального и минимального выходного сигнала, а также быстрый рост и спад сигнала. Несмотря на преимущества датчиков на основе коллекторной машины постоянного тока, такие как простота и компактность, низкие токи и работа с активной нагрузкой, они не надежны в условиях сильных вибраций, агрессивной или взрывоопасной среде. [3].
Фотодатчик представляет собой безконтактное устройство, которое может использоваться как датчик положения, так и тахогенератор. В этом датчике можно применить две оптоэлектронные пары, которые работают поочередно. Вторая пара передает оптический сигнал посредине между отверстиями в то время, когда оптическая ось первой пары проходит над отверстием. Это позволяет увеличить частоту выходных импульсов в два раза при том же количестве отверстий на диске. Однако использование фотодатчика ограничено диапазоном температур, временем работы и потреблением электроэнергии, что является его основным недостатком. [1].
Имеется множество других видов бесконтактных датчиков, которые также обладают высокой надежностью и простотой использования. Эти датчики работают на переменном токе и включают в себя индуктивные, трансформаторные и ёмкостные схемы. Они широко применяются в различных устройствах благодаря своей экономичности и эффективности. Несмотря на то, что эти датчики обладают рядом положительных качеств, существуют и другие типы бесконтактных датчиков, которые также стоит учитывать. использование некоторых из этих устройств в тяговом вентильном приводе затруднено из-за ряда особенностей. Емкостный датчик, например, характеризуется большим внутренним сопротивлением, что делает его неподходящим для высокой мощности и подверженным помехам, таким как наводки и паразитные ёмкости. Кроме того, работа на высокой частоте и согласование датчика с нагрузкой усложняют схему бортового вентильного преобразователя. [4]. тяговый вентильный электропривод
Трансформаторный датчик с перемещающимся якорем является наиболее эффективным среди датчиков, работающих на переменном токе. Этот датчик легко изготавливается и может быть рассчитан на высокую мощность. Он хорошо сочетается с силовой схемой бортового вентильного преобразователя. Диапазон рабочих температур у датчика совпадает с диапазоном двигателя. Одним из основных преимуществ этого датчика является возможность получения гальванически несвязанных выходных сигналов. Существуют два типа трансформаторных датчиков: одинарные и дифференциальные системы. Дифференциальный трансформаторный датчик с перемещающимся якорем является предпочтительным для тягового привода, так как он обладает более высоким уровнем сигнала (2-3). [5].
Таким образом, ВЭП представляет собой многофункциональное устройство, способное эффективно преобразовывать энергию и автоматизировать различные технические процессы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1.Учебное пособие по дисциплинам электромеханического цикла "Векторное управление асинхронными двигателями" было написано А. А. Усольцевым и издано в Санкт-Петербурге в 2002 году;
2.Вентильный электропривод: шанс для российских производителей. // Оборудование: рынок, предложение, цены. - 2004. - №1;
3.Игумнов Д.В., Костюнина Г.П. «Основы полупроводниковой электроники», Учебное пособие.-М., Горячая линия-Телеком, 2005. - 392 стр;
4.Кулик В. Д. Силовая электроника. Автономные инверторы, активные преобразователи, -- СПб.: СПбГТУРП, 2010. -- 90 с.;
5.Рушкин Е. И., Семёнов А. С. Анализ энергоэффективности системы электропривода центробежного насоса при помощи моделирования в программе MatLab // Современные наукоемкие технологии. -- М., 2013. -- №8 -- С. 341-342.