Синхронные и асинхронные вентильные двигатели постоянного тока широко применяются в различных сферах промышленного производства. В рамках этой статьи мы подробно рассмотрим их устройство и принцип работы.

Принцип работы

Вентильный бесколлекторный двигатель ВМЭД, ДВУ является одним из видов электрического двигателя, который индуцирует непостоянные магнитные полюса на ферромагнитном роторе. Крутящий момент создается за счет магнитного сопротивления.

Фото – Бесколлекторный вентильный двигатель

Вентильные двигатели бывают трех типов:

1. Синхронный;
2. Асинхронный;
3. Индукторный.

Конструкция вентильно-реактивного двигателя (ВРД) включает в себя две фазные обмотки, установленные вокруг диаметрально противоположных полюсов статора. При подаче питания ротор движется в соответствии с полюсами статора, благодаря чему, сопротивление магнитного поля сводится к минимуму. В основе работы вентильно индукторного двигателя используется тот же принцип.

Фото – Вентильный двигатель

В высокоэффективной переменной скорости привода магнетизм двигателя оптимизирован для работы с реверсом. Информация о положении ротора используется для управления фазы подачи напряжения. Благодаря этому обеспечивается непрерывный крутящий момент и высокая эффективность. Сигналы накладываются на угловую ненасыщенную фазу индуктивности, при этом ее максимальная величина соответствует минимальному сопротивлению полюса. Положительный момент производится только при углах, когда индуктивность градиента также является положительной.

Для защиты электроники от высоких вольт-секунд фазный ток на низких скоростях необходимо ограничивать. Как правило, это достигается за счет гистерезиса тока. Для контроля процесса используются специальные датчики.

Фото – Схема вентильного двигателя

На более высоких скоростях ток ограничен. Чтобы оптимизировать производительность, управляющее напряжение одиночного импульса используют с заранее выровненным углом.

Траектория реактивной энергии наглядно иллюстрирует механизм ее преобразования. Мощностная область представляет собой питание, которое преобразуется в механическую энергию (или она уже была преобразована генератором). При резком отключении питания остаточная или избыточная энергия возвращается к статору. Минимальное влияние магнитного поля на работу двигателя является его основным отличием от аналогичных устройств.

Преимущества вентильного двигателя:

1. Благодаря небольшому магнитному сопротивлению минимизируются потери энергии;
2. Высокие показатели безопасности (возможность работы при пиковых нагрузках);
3. Широкий диапазон скоростей;
4. Мягкое переключение скоростей.

К числу недостатков автоматизированных вентильных электродвигателей можно причислить:

1. Высокий уровень шума;
2. Сложно управление;
3. Относительно высокая стоимость, по сравнению с аналогичными устройствами.

Видео: из чего состоят вентильные двигатели

Конструкция

Тяговый вентильный двигатель (каталог Интерскол, Lenze, Борец для УЭЦН, ЭЦН) состоит из датчиков, которые указывают на положение ротора машины синхронного типа. Совокупность этих механизмов называется электромеханической частью двигателя. Управляющая часть устройства включает в себя микроконтроллер и силовой мост. Блок управления двигателем относится к логистическому неконструктивному участку системы.

Фото – Вентильный индукторный двигатель

Механическая часть устройства представляет собой синхронный привод, собранный из изолированных стальных листов. Такая конструкция способствует уменьшению вихревых токов, образующихся в обмотке и роторе.

Для нормальной работы прибора используются датчики Холла. Если в вентильном двигателе нет индикаторных приспособлений, сигналы поступают напрямую к магнитной установке. Этими же устройствами контролируется режим реверса. Это необходимо для того, чтобы при погружении двигатель не остановился, а также дает возможность дистанционно контролировать его работу и менять установки. Данная функция необходима при добыче нефти, угля, газа и буровых работах.

Фото – Принцип работы погружного двигателя

Шаговый микропроцессор обрабатывает все данные о положении ротора, согласно настройкам которого, контролируются ШИМ-сигналы. Нужно отметить, что при низком уровне данных сигналов, потребуется их усиление. Для этой цели используются специальные приборы, работающие по принципу микротрансформаторов.

Технические параметры:

Марка, тип	Крутящий момент, Нм	Длина, мм	Максимально допустимая частота, мин -1	Вес, кг
ДМВ 55	0,05; 1	61	420; 1800	0,4
5 ДВМ 55	0,23; 0,47; 0,7; 1,3	218	2000; 3000; 4000; 6000	4,5
5 ДВМ 155	2,3; 3,5; 4,7; 7	342	2000; 3000; 4000; 6000	13
5 ДВМ 165	10; 13; 17; 23	536	1000; 2000; 3000; 4000	67
5 ДВМ 215	23; 35; 47; 70	637	1000; 2000; 3000; 4000	28

Фото – Параметры вентильных двигателей

Расчет двигателей производится по следующим формулам:

Формула равновесия фаз: IRΣ+ EΣ= U

Сумма ЭДС – E1= Emsin(∂+∂0), амплитуда ЭДС – Em= ko1pФw1Ω = (ko1pФN1Ω) / 2

Обозначение угла коммутации двигателя:

Виды устройства

Вентильные двигатели могут работать от переменного или постоянного тока. Помимо этого, их принято делить на следующие виды:

1. Однофазное устройство. Это простейшие вентильные двигатели с наименьшим количеством связей между машиной и электроникой. К числу недостатков однофазных устройств следует отнести: пульсации, высокий крутящий момент, а также невозможность запуска на всех угловых положениях. Однофазные двигатели нашли широкое применение в машинах, где требуется высокая скорость.
2. Двухфазный двигатель. Этот мотор при работе активизирует воздушный зазор либо, при дополнительной настройке, создает асимметрию в полюсах ротора. Это устройство устанавливается в машинах, где критична связь статора с обмоткой. К числу недостатков следует отнести высокий крутящий момент и пульсации, которые могут привести к пагубным последствиям.
3. Трехфазный двигатель. Этот дисковый двигатель используется для запуска и создания крутящего момента, не используя при этом большого количества фаз. Данный тип двигателей используется в различных отраслях производства, а иногда и в бытовых условиях. Это самая популярная конструкция из всех представленных. Альтернативные 3-фазные машины с четным числом полюсов являются лучшим решением для приборов, где необходимо сочетание высокой мощности и низкой скорости, например, в насосах. Недостатки трехфазных двигателей: высокий крутящий моментом и повышенный уровень шума.
4. Устройства с четырьмя фазами . У этих двигателей существенно снижен крутящий момент и пульсации, но сфера применения устройств ограничена высокой стоимостью и большой мощностью.

К сожалению, разработать и создать своими руками рабочий погружной или многофазный вентильный двигатель практически невозможно, намного проще купить нужную модель. В разных городах России и Украины цена вентильных двигателей может значительно варьироваться. Нижняя ступень будет около 8000 тысяч рублей, верхняя может достигать 20 000, в зависимости от области действия и производителя

Во многих сферах производства используются вентильные двигатели, в частности, на нефтяных скважинах, буровых установках, приводобежных механизмах, системах охлаждения воздуха на химических предприятиях.

Поршневой авиационный двигатель ВД-4К (М-253К).

Разработчик: ОКБ-36 (г. Рыбинск)
Страна: СССР
Начало разработки: 1949 г.
Постройка: 1950 г.

М-253К (ВД-4К) — советский авиационный двигатель комбинированного типа (турбокомпаундный), выполненный по схеме звезды блоков. Двигатель представляет собой 24-цилиндровую блочную звезду (шесть блоков по 4 цилиндра в каждом).

История комбинированного двигателя ВД-4К не совсем обычна и уходит своими корнями в довоенный период. Дело в том,что создавать его начали не в специализированном авиадвигателестроительном КБ, а на одной из кафедр МАИ. В конце 1938 года тогдашний Нарком авиационной промышленности М.М.Каганович предложил заведующему кафедрой «Конструкция авиадвигателей» Г.С.Скубачевскому заняться проектированием нового авиационного двигателя. Обычно параметры новой разработки в области двигателестроения выбираются на основе длительного анализа тенденций и перспективных потребностей собственного самолетостроения, а также состояния аналогичных отраслей техники за границей. М.М.Каганович, человек в общем-то не плохой, но попавший на должность за свою преданность идеям и вождям, душа номенклатурная (сегодня директор бани, завтра глава Авиапрома), будучи не очень сведующим во всяких тонкостях «Предварительного выбора основных параметров на проектирование», попросту умножил на два данные двигателя М-105 . Отсюда получилось, что новый двигатель должен был развивать мощность 2100-2300 л.с. на высоте 8000 м.

Г.С.Скубачевский с группой студентов и аспирантов проработал три варианта компоновки 24 цилиндрового двигателя: Х-образный, Н-образный и своеобразную четырехрядную звезду с шестью цилиндрами в каждом ряду. Последний вариант оказался самым удачным:его диаметр составлял всего 1065 мм, как у мотора М-11 . Предполагалось, что для повышения высотности будет использован трех-скоростной центробежный нагнетатель, а КПД силовой установки поднимут винты противовращения.

В июле 1939 года появилось постановление правительства о о проектировании двигателя, получившего название М-250. В МАИ создается специальное КБ-2,комплектуется оно из студентов,аспирантов и сотрудников ЦИАМ, были привлечены преподаватели и других кафедр МАИ. Развернулись работы по проектированию и уже 1 апреля 1940 года проект М-250 проходит комиссию НИИ ВВС, принимается решение о постройке опытного двигателя на заводе №16 в Воронеже. Первый запуск М-250 на стенде был произведен в роковой день 22 июня 1941 года. На испытаниях двигатель показал заявленную мощность 2500 л.с. Затем спарадические работы над двигателем в условиях войны и эвакуации. По настоящему к теме вернулись в 1946 году, когда было получено задание на двигатель мощностью в 3500 л.с., для новых тяжелых туполевских машин. ОКБ-36 в Рыбинске под руководством В.А.Добрынина, основываясь на теоретическом и практическом заделах по М-250, в короткий срок создает двигатель М-251ТК (ВД-3ТК).

В январе 1949 года ОКБ-36 предлагает на базе М-251ТК создать новый комбинированный ‘двигатель М-253К на максимальную мощность 4300 л.с. и с удельными расходами топлива на крейсерских режимах в пределах 0,185 — 0,195 кг/л.с.ч. Работы шли в рамках проектирования самолета «85», темы определенной в тот период для МАП, как самой важной.

В основу проекта М-253К были положены следующие принципы:
— минимальные изменения в конструкции М-251ТК, что оправдывалось высокой доведеностью и надежностью узлов и агрегатов М-251ТК, подтвержденными в ходе испытаний, а также малым временем отпущенным на разработку;
— максимальное использование энергии выхлопных газов с целью минимального форсирования основного поршневого двигателя по наддуву и получения заданных расходов топлива (увеличение наддува, по сравнению с М-251ТК, было произведено на взлетном режиме всего лишь на 7%).

М-253К должен был представлять собой комбинированную установку, состоящую из двух силовых агрегатов, двигателя с тремя импульсными турбинами и турбокомпрессора с регулируемым реактивным соплом, которые получали энергию от выхлопных газов двигателя. Применение импульсных турбин позволяло обеспечить улучшение экономичности на 10-11 %, применение мощного турбокомпрессора с высотностью 11000 м, с большим КПД на всех режимах, с использованием реакции выхлопных газов в регулируемом реактивном сопле позволяло увеличить эксплуатационную экономичность на 20-25%.

В сентябре 1949 года был закончен рабочий проект и разработаны чертежи новых узлов — импульсных турбин и турбокомпрессора ТК-36. В ходе проектирования была уменьшена работа сжатия в ПЦН, применен впрыск во-доспиртовой смеси для форсированных режимов. В результате проведенной работы ОКБ-36 удалось получить эффективный и вполне надежный агрегат, основу которого составлял отработанный поршневой двигатель. Его рациональная схема, в виде четырехрядной шестиблочной звезды с жидкостным охлаждением, позволила создать компактную и жесткую конструкцию, обеспечившую малую удельную массу и высокие тактико-технические данные.
В том же сентябре 1949 года Постановлением за № 3929-1608 по самолету «85» к двигателю М-253К выдвигались следующие основные требования:
— взлетная мощность — 4300 л.с;
— номинальная мощность на высоте 8000-9000 м — 3200 л.с;
— удельный расход топлива на режиме 0,5-0,6 номинальной мощности — 0,185-0,195 кг/л.с.ч;
— сухая масса (без агрегата наддува) — 1900 кг.

В декабре 1950 года необходимо было предъявить двигатель на Государственные 100-часовые стендовые испытания. Для стендовых и летных испытаний необходимо было в короткий срок построить 20 экземпляров М-253К.

В январе 1950 года был готов первый двигатель, затем были построены еще 23 двигателя. В июне-декабре на нескольких двигателях проводятся 100-часовые заводские испытания. В декабре 1950 года М-253К вместе с ТК-36 предъявляется на Государственные стендовые испытания, которые он с положительными результатами закончил в начале февраля 1951 года, подтвердив полное соответствие всех параметров заданным, а также надежность конструкции. По окончании Госиспытаний М-253К получает обозначение ВД-4К.

Двигатель ВД-4К.

Во второй половине 1950 года ВД-4К был установлен на летающую лабораторию Ту-4ЛЛ . К концу 1950 года был закончен первый этап летных испытаний. Испытывался один опытный ВД-4К, остальные три были штатные АШ-73ТК . Эти работы проводил ЛИИ и их положительные результаты стали веским основанием для установки на первый самолет «85» этих двигателей. Конкуренты из ОКБ-19 со своим более мощным, но более «сырым» АШ-2К к первому вылету не успевали. Дальнейшие испытания и доводки ВД-4К шли в ходе выполнения программы совместных испытаний на самолете «85», а также параллельно продолжавшихся испытательных полетов Ту-4ЛЛ с ВД-4К. На лаборатории проверялись все мероприятия по доработкам двигателя. Это способствовало ускорению процесса совместных испытаний. В частности, на Ту-4ЛЛ был отработан дополнительный вентилятор в системе охлаждения двигателя.

Окончательно ВД-4К закрепился за самолетом «85» в конце мая 1951 года, когда было решено поднимать «85» в первый полет с ВД-4К, так как АШ-2К все еще страдал от «детских болезней». В ходе доводки мотоустановки Ту-85 на ВД-4К установили вентилятор принудительного охлаждения. Мощность передавалась при помощи одновального планетарного редуктора с встроенной системой вентиляции двигателя на воздушный винт, пятилопастной АВ-55 или четырёхлопастной АВ-44.

С официальным завершением программы создания Ту-85, постепенно были свернуты работы по ВД-4К. Создание и летные испытания ВД-4К стали вершиной развития поршневого авиационного двигателестроения. Это потребовало решения большого круга задач в области прочности и динамики машин, теплотехники, газовой динамики, материаловедения и технологии производства.

За создание ВД-4К группе работников ОКБ-36 и ЦИАМ была присуждена в 1951 году Сталинская премия.

Диаметр цилиндров, мм: 148
Ход поршня, мм: 144 мм
Количество цилиндров: 24
Сухой вес, кг: 2065 (без турбонагнетателя)
Объём, л: 59,43
Мощность, л.с.: 3250/4300
Степень сжатия: 7,0
Компрессор: одноступенчатый односкоростной ПЦН
Система охлаждения: жидкостное охлаждение.

Список источников:
В.Р.Котельников. Отечественные авиационные поршневые моторы.
В.Ригмант. Последнии поршневые бомбардировщики.
ЦАГИ. Самолетостроение в СССР 1917-1945 гг. Книга II.

25.3. Вентильные двигатели

25.3.1. Вентильные двигатели серии ВД мощностью 30 -132 кВт

Вентильные двигатели серии ВД мощностью 30 - 132 кВт с высотами оси вращения 225 - 315 мм предназначены для приводов главного движения металлорежущих станков с ЧПУ. В комплект поставки входит электромеханический преобразователь (ЭМП), управляемый полупроводниковый коммутатор - преобразователь частоты (ПЧ), датчик положения ротора (ДПР) и тахо-генератор (ТГ).

Электромеханический преобразователь (рис. 25.4) выполнен в обращенном исполнении (индуктор на статоре, а якорь на роторе) и конструктивно унифицирован с коллекторными двигателями постоянного тока серии 2П. Система возбуждения ЭМП - смешанная. Она состоит из обмотки независимого возбуждения ОВ и продольной компенсационной обмотки КО, включенной в звено постоянного тока ПЧ. Катушки обмоток независимого возбуждения и компенсационной разнесены на разноименные полюсы каждой пары. Все типоразмеры ЭМП выполнены с четырехполюсным индуктором. В наконечниках полюсов размещена медная короткозамкнутая демпферная обмотка. Ротор имеет 36 пазов, скощенных на одно зубцовое деление. Обмотка якоря - трехфазная, соединенная в звезду с нулевым проводом. Концы фаз и нулевая точка выведены на четыре контактных кольца. Скользящий токосъем от колец обеспечивается с помощью металлосодержащих щеток, установленных в сдвоенных щеткодержателях.

Рис. 25.5. Схема соединения силовых цепей ПЧ двигателя серии ВД

Преобразователь частоты включает в себя силовую часть и систему управления. Силовая часть ПЧ представляет собой выпрями-тельно-инверторный блок со звеном постоянного тока. С ПЧ конструктивно объединен блок питания обмотки возбуждения ЭМП. Схема соединения ПЧ и ЭМП приведена на рис. 25.5.

Коммутация вентилей ПЧ при частотах вращения ЭМП от 0 до 0,1и ном принудительная, а при частотах вращения выше 0.1 «ном естественная.

Датчик положения ротора размещен в том же узле, что и ТГ. Он представляет собой свето-фотодиодный узел. Помимо основных функций ДПР дает информацию об

Рис. 25.4. Конструктивная схема двигателя серии ВД:

1 - обмотка якоря; 2 - обмотка независимого возбуждения; 3 - продольная компенсационная обмола; 4 - стержни демпферной обмотки; 5 - короткозамыкающие дуги; 6 - тахогенератор и ДПР; 7 - вентилятор; 8 - контактные кольца

угле поворота либо о пути (т. е. выполняет функцию резольвера).

Тахогенератор представляет собой серийную машину типа ТМС-1.

Структра условного обозначения вентильного двигателя:

ВД225ГУХЛ4,

где В - вентильный; Д - двигатель; 225 - высота оси вращения, мм; Г - наличие ТГ; УХЛ4 - климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69.

Структура условного обозначения ПЧ:

ЭТУ7ЙИ-39, где Э - электропривод; Т - тиристорный;

У - унифицированный; 7 - с бесколлекторным двигателем; 8 - с двигателем низкого напряжения со статическим преобразователем; 39 - номинальный ток на выходе ПЧ, равен 80 А.

Конструктивные исполнения ЭМП по способу монтажа - IM1001, IM2001, IM20011 по ГОСТ 2479-79, способ охлаждения - IC06 по ГОСТ 20459-75, степень защиты -IP44 по ГОСТ 17494-72. Изоляция двигателей - по классу нагревостойкости F (ГОСТ 8865-70). Предусмотрено исполнение ЭМП с фильтрами на всасывающем патрубке вентилятора типа «наездник».

Рабочее положение блоков ПЧ - вертикальное. Они могут быть встроены в нор-

Таблица 25.22. Технические данные вентильных двигателей серии ВД

						<ратность
Типоразмер ЭМП	Типоразмер ПЧ	нальная мощность, кВт	Частота вращения, об/мин	звене постоянного	Ток фазы, А	максимальной частоты
						вращения
ВД225 ГУХЛ4
ВД250 ГУХЛ4
ВД280 ГУХЛ4
ВД315 ГУХЛ4
ВД225 ГУХЛ4
ВД250 ГУХЛ4
ВД280 ГУХЛ4
ВД315 ГУХЛ4
ВД225 ГУХЛ4
ВД250 ГУХЛ4
ВД280 ГУХЛ4
ВД315 ГУХЛ4
ВД225 ГУХЛ4
ВД250 ГУХЛ4
ВД280 ГУХЛ4
ВД315 ГУХЛ4

Таблица 25.23. Габаритные, установочно-присоединительные размеры, мм, и масса двигателей серии ВД, исполнение IM1001 (рис. 25.6)

Типоразмер

двигателя

К

h

ВД225 ГУХЛ4

ВД250 ГУХЛ4

ВД280 ГУХЛ4

ВД315 ГУХЛ4

Таблица 25.24. Габаритные и установочные

размеры, мм, преобразователей частоты для

двигателей серии ВД

Типоразмер ЭМП	ы
ЭТУ7801-39 ЭТУ7801-41 ЭТУ7801-44			475 475 605 1215	500 500 650 1260

Примечание. Все типы ЭМП, кроме ЭТУ7801-39, снабжены вентиляторами.

мализованные шкафы одно- или двухстороннего обслуживания, используемые в крупноблочных устройствах управления электроприводами. Степень защиты - IP00 по ГОСТ 14254-80. Охлаждение ПЧ на ток 80 А - естественное воздушное, а на юки 125, 250, 500 А - принудительное воздушное. Номинальные значения климатических факторов для ЭМП и ПЧ - по ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543-70:

Высота над уровнем моря, м. . . 1и(Ю

Температура окружающего воздуха, °С......... 1-40

Относительная влажность, %.

при 20 X........65

при 25 °С........SO

Технические данные двигателей серии ВД мощностью 30-132 кВт основною исполнения с частотой вращения 1000 об/мин, а также модификаций с частотой вращения 500, 750, 1500 об/мин при сохранении момента основного исполнения ь каждом laoapii-те приведены в табл. 25.22.

Питание ПЧ серии ВД осуществляется от трехфазной промышленной сеш напряжением 380 В и частотой 50 Гц. Номинальное напряжение на выходе ПЧ, т. е. на якорной обмотке ЭМП. 300 В. Напряжение обможи независимого возбуждения 220 В.

Режим работы ЭМП и ПЧ - S1. Вентильные электродвигатели серии ВД дотекают двойную перегрузку по току в течение 10 с при номинальной чаооте вращения и перегрузку 1,3/ ном при максимальной частоте вращения при сохранении иосюян-ства мощности. Коэффициент мощное:и всех типоисполнений серии ВД равен 0 82.

Диапазон регулирования часто iu вращения вентильных электродвигателей 1: 1000, в том числе 1:4 вверх от номинальной.

Массогабаритные показатели ЭМП и ПЧ вентильных электродвшателей приведены соответственно в табл. 25.23, на рис. 25 6 и в табл. 25.24.

Рис. 25.6. Габаритные и установочно-присоединительные размеры ЭМП серии ВД

25.3.2. Вентильные двигатели серии ВД мощностью 200-3150 кВт

Вентильные двигатели серии ВД мощностью 200 - 3150 кВт с низкой частотой вращения предназначены для работы в регулируемых электроприводах химического и мельничного оборудования, шахтного подъема, буровых установок, насосов, вентиляторов и пр.

Таблица 25.25. Шкала мощностей низкоскоростных двигателей серии ВД

В комплект низкоскоростного вентильного двигателя серии ВД входят электромеханический преобразователь (ЭМП), преобразователь частоты (ПЧ), датчик положения ротора (ДПР), тахогенератор (ТГ) и система питания обмотки возбуждения (рис. 25.7).

Двигатели классифицируются по габаритам, полезной мощности и максимальной частоте вращения в соответствии с табл. 25.25. Подбор соответствующего типоразмера ПЧ осуществляется по полезной мощности ЭМП.

Электромеханический преобразователь низкоскоростной серии ВД конструктивно унифицирован с серийными синхронными двигателями. Трехфазная обмотка якоря размещена на статоре, обмотка возбуждения - на роторе. В наконечниках полюсов индуктора размещена демпферная обмотка. Питание обмотки возбуждения может быть осуществлено двумя способами. По первому способу (показанному на рис. 25.7) система

Таблица 25.26. Габаритные, установочно-присоединительные размеры, мм, и масса электромеханических преобразователей вентильных двигателей серии ВД (типоразмеры

ВД800 - ВД1600)

Типоразмер	Максимальная частота вращения, об/мин
двигателя
ВД8005 ВД800М ВД800Ь BfllOOOS ВДЮООМ Bfll250S ВД1250М ВД1250Ь ВД16008 ВД1600М ВД1600Ь

Типоразмер ЭМП											Масса, кг

Рис. 25.7. Структурная схема низкоскоростного двигателя серии ВД

является полностью бесконтактной. Напряжение питания поступает на тиристорный блок системы возбуждения БСВ, который позволяет получать на выходе регулируемое трехфазное напряжение переменного тока. Оно подается на обмотку статора асинхронного трансформатора AT, затем выпрямляется вращающимся выпрямителем ВВ и подается на обмотку возбуждения ЭМП. По второму способу система питания возбуждения строится на традиционном использовании скользящего токосъема, осуществляемого с помощью двух контактных колец и щеток. В этом случае на выходе БСВ формируют регулируемое выпрямленное напряжение.

Электромеханические преобразователи типоразмеров ВД800, ВД1000 и ВД1250 выполняются со щитовыми подшипниками качения, ЭМП типоразмера ВД1600 - со стояковыми подшипниками качения. Степень защиты ЭМП-1Р44 по ГОСТ 17494-72. Способ охлаждения - IC0541 по ГОСТ 20459-75.

Габаритные и установочно-присоедини-

тельные размеры ЭМП приведены в табл. 25.26.

Преобразователь частоты низкоскоростной серии ВД включает в себя силовую часть и систему управления СУ. По своей структуре силовая часть ПЧ представляет собой непосредственный преобразователь частоты. Питание ПЧ осуществляется от трехфазной промышленной сети напряжением 660 В и частотой 50 Гц. Подключение ПЧ к сети осуществляется через шестиоб-моточный реактор.

Синхронизация работы тиристоров ПЧ осуществляется с помощью ДПР. Значение угла управления выбирается таким образом, чтобы обеспечить максимальный момент на валу.

Коммутация тока в тиристорах каждой группы происходит за счет напряжения сети. Коммутация тока при переключении групп имеет двоякий характер: при пуске и разгоне - сетевая, т. е. за счет напряжения сети, а при более высоких частотах вращения - смешанная, с использованием ЭДС двигателя.

Таблица 25.28. Шкала мощностей и габаритные размеры преобразователей частоты

двигателей ВД800 - ВД1600

		Габаритные размеры
Типоразмер ПЧ	Мрщность, кВт	(длина х высота х	Масса, кг
		х ширина), м
ТНТРВ-630-690УХЛ4
ТНТРВ-1,2к-690УХЛ4
ТНТРВ-2,0к-690УХЛ4		5,4 х 2,4 х 0,8
ТНШРВ-2,5к-690У X Л4		8,2 х 2,4 х 0,8
ТНШРВ-3,1к-690УХЛ4

Регулирование частоты вращения вентильных двигателей осуществляется в пределах 0,1 - \п тах. Изменение КПД и коэффициента мощности при регулировании частоты вращения отражено в табл. 25.27. При необходимости система управления снабжается устройствами, обеспечивающими электрическое торможение двигателя.

Силовая часть ПЧ, а также схема питания обмотки возбуждения конструктивно размещены в стандартных шкафах двухстороннего обслуживания. Степень защиты ПЧ - IP20 по ГОСТ 14254-80. Охлаждение-принудительное воздушное. Габаритные размеры ПЧ приведены в табл. 25.28.

Номинальные значения климатических факторов для низкоскоростных вентильных двигателей серии ВД по ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543-70:

Высота над уровнем моря, м. . 1000 Температура окружающего воздуха, °С.......... 1-40

Относительная влажность при

25 °С, %.........80

25.3.3. Вентильные двигатели серии ПЧВС

Тиристорные электроприводы по схеме вентильного двигателя серии ПЧВС предназначены для обеспечения пуска и регулирования частоты вращения мощных высоковольтных синхронных двигателей. Структурная схема электропривода показана на рис. 25.8, типы электроприводов, габаритные

Рис. 25.8. Структурная схема электропривода по схеме вентильного двигателя серии

В - выпрямитель; И - инвертор; СУ В - система управления выпрямителем; СУМ - система управления инвертором; ВР - входной реактор; СР - сглаживающий реактор; ДТ - датчик тока; ДПР- датчик положения ротора; ДФН - датчик фазы ЭДС; РВ - регулятор возбуждения; ТГ - тахоге-нератор; О В - обмотка возбуждения

размеры силовых щитов и шкафа управления приведены в табл. 25.29.

Электропривод обеспечивает: пуск двигателя, работу на любой заданной частоте вращения в диапазоне 0,06- 1и„ ом, реверсирование двигателя, рекуперативное торможение, оптимизацию переходных процессов путем автоматического ограничения тока на уровне 1,5 - 2/ ном, автоматическую синхронизацию двигателя с сетью.

Электропривод включает в себя ЭМП, ПЧ со звеном постоянного тока, тиристор-ный возбудитель, систему управления. В качестве ЭМП в серии ПЧВС использованы

Таблица 25.29. Технические и массогабаритные данные вентильных двигателей серии

ПЧВС

серийно выпускаемые синхронные двигатели. Использование серийного двигателя по мощности определяется его конструктивными особенностями и электрическими параметрами. При номинальной частоте вращения коэффициент использования лежит в пределах 0,8-0,9 за счет некоторого ухудшения cos ф (как правило, при работе от инверю-ра тока с коммутацией за счет ЭДС двигателя cos <р„ ом « 0,85-г 0,88 вместо 0,9), а также за счет дополнительных потерь от высших гармонических тока. Меньшее значение коэффициента использования относится к турбодвигателям.

Тиристорный ПЧ состоит из двух аналогичных силовых модулей: выпрямителя и инвертора, выполненных по трехфазной мостовой схеме. Каждое плечо - из ряда последовательных включенных тиристоров с устройствами, обеспечивающими равномерное деление напряжения между тиристорами, с устройствами индикации целостности тиристоров и защиты при выходе из строя недопустимого числа полупроводниковых приборов. В состав силового модуля входят также приборы контроля тока и напряжения и КС-цепи, ограничивающие перенапряжения при коммутации тока между тиристорами.

Все типоисполнения ПЧВС по мощности обеспечиваются двумя базовыми конструкциями силовых модулей на напряжение 6 и 10 кВ. В зависимости от номинального тока (630, 320, 200 А) предусмотрено три исполнения модулей по устройствам охлаждения: групповое принудительное, индивидуальное принудительное и естественное. При токах свыше 630 А выполняется параллельное соединение преобразователей частоты на ток 630 А.

В работе привода различают три режима: режим принудительной коммутации тока в фазах инвертора (режим низких частот), режим коммутации тока в фазах инвертора под действием ЭДС якоря ЭМП, режим синхронизации двигателя с сетью. Основным рабочим режимом является режим коммутации тока в фазах инвертора под действием ЭДС якоря ЭМП. В данном режиме управляющие импульсы, подаваемые на инвертор, синхронизируются по фазе ЭДС ЭМП.

Амплитуда тока якоря определяется модулем выходного сигнала регулятора частоты вращения и отрабатывается замкнутой системой автоматического регулирования тока воздействием на управляемый выпрямитель. Ток возбуждения автоматически регулируется в функции тока статора таким образом, что амплитуда коммутационной

ЭДС не зависит от тока якоря я «меняекя пропорционально частоте вращения.

В режиме низких частот враитения синхронизация импульгов управления инвертором осуществляется логическими сигналами датчика углового положения ротора (ДПР) относительно статора. При огсуг-схвии ДПР часюга иньерюра в процессе пуска, торможения и реверса в обнажи низких час 1 от может определяться плавным изменением сигнала задания частоты, в этом варианте электропривод работает по схеме синхронного двигателя с чаыотным управлением.

В режиме синхронизации двшаиля с сетью частота, фаза и амплитуда напряжения обмотки якоря ЭМП, питающегося от инвертора, ус»анавливаюгся равными соответствующим параметрам сети, после чею обмотка якоря подключается к сети, а ПЧ отключается.

Турбореактивный авиационный двигатель РД-7 (ВД-7).

Разработчик: ОКБ-36 под руководством В.А.Добрынина.
Страна: СССР
Постройка: 1952 г.

Разработка турбореактивного двигателя РД-7 началась в 1952 году в ОКБ-36 под руководством В.А.Добрынина. Первоначальное обозначение — ВД-7. При выборе двигателей для модернизации самолета М-4 ставку сделали на ВД-7, взлётная тяга которых превышала 11000 кгс, а крейсерский расход топлива составлял 0,73-0,8 кг/кгс*ч (у РД-3 — до 1,03), как у лучших зарубежных образцов. Применив эти двигатели, увеличив количество топлива на борту, установив систему дозаправки в полёте, а также улучшив аэродинамику, новый самолет, получивший обозначение 3М мог достичь самой удалённой точки США.

Однако эти двигатели затянули сроки окончания государственных испытаний самолета — на взлётном режиме наблюдались опасные автоколебания лопаток первых ступеней компрессора. Для решения этой проблемы на ВД-7Б ограничили обороты, при этом максимальная тяга уменьшилась на 2000 кгс, и пришлось снижать взлётный вес за счёт уменьшения запаса топлива. Так как ВД-7Б выпускались в ограниченном количестве и в невысоком темпе, то с ними построили примерно половину бомбардировщиков, получивших обозначение 3МН («Н» — новый двигатель). Остальные машины, получившие обозначение 3МС («С» — старый двигатель), оснастили РД-3М.

Серийное производство организовано в 1957 году на заводе № 26.

РД-7 состоит из осевого 9-ступенчатого компрессора, прямоточной камеры сгорания трубчато-кольцевого типа, 2-ступенчатой турбины и нерегулируемого реактивного сопла. В двигателе применены принципиально новые для того времени технические решения: высоконапорный компрессор с малым число ступеней, первая сверхзвуковая ступень компрессора, регулируемый входной направляющий аппарат, регулирование режимов по приведённой частоте вращения.
При взлёте верным признаком «эмок» с двигателями ВД-7Б был мощный коптящий выхлоп. Серийные ВД-7Б производства уфимского завода № 26 после кропотливой доводки имели ресурс всего 200 ч — в 6,5 раза меньше, чем РД-3М-500. Надёжность их также была хуже, что вкупе с отсутствием чрезвычайного режима значительно снижало безопасность эксплуатации самолёта и вызывало обоснованное недовольство заказчика.

Серийное производство продолжалось до 1977 года. В процессе производства неоднократно модернизировался. Отработавшие лётный ресурс двигатели применялись на пожарных машинах АГВТ-100(131), АГВТ-200(255).

Модификации:

ВД-7: базовый.
-ВД-7Б: доработанный. Отличался ограничителем оборотов компрессора. Выпускался в 1957-1968 годах. Устанавливаля на самолёте 3М.
-ВД-7П: двигатель с улучшенным компрессором для увеличения мощности на больших высотах.
-РД-7М (РД-7М): двигатель для самолёта Ту-22 . Отличается наличием форсажной камеры. Тяга увеличена за счёт увеличения температуры газа перед турбиной и увеличения расхода воздуха вследствие раскрытия входного направляющего аппарата. Выпускался в 1960-1965 годах.
-РД-7М2: форсированный. Отличается изменённой первой ступенью компрессора, раскрытым входным направляющим аппаратом, увеличенной температурой газов в форсажной камере, сверхзвуковым регулируемым соплом. Тяга увеличена на 500 кгс. Выпускался в 1965-1977 годах. Применялся на Ту-22КД .
-ВД-7МД: двигатель без форсажной камеры для транспортного самолета ВМ-Т «Атлант» .

Технические характеристики:

Модификация РД-7М
Год создания: 1952
Производитель: Рыбинских завод № 26
Годы производства: 1952-1956
Габаритные размеры, мм
-диаметр: 1330
-длина: 4850
Сухая масса, кг: 2765
Тяга двигателя, кН
-максимальная: 103,0
-на форсаже: 156,9
Степень повышения давления 14,2
Температура газа перед турбиной,°C: 800

Список источников:
С.Г.Мороз. Ревущий зверь. Авиация и Время № 5 за 2003 г.
В.А.Зрелов. Отечественные газотурбинные двигатели. Основные параметры и конструктивные схемы.

Гибридная силовая установка сочетает в себе современный двигатель внутреннего сгорания, технологически совмещенный с электромоторами. Весь комплекс управляется электронной системой, и конечно же все компоненты отличаются высочайшим качеством. Гибридная силовая установка управляет расходом энергии в зависимости от условий движения автомобиля.

3.1 (а)Начало движения

Для начала движения и при движении на малых скоростях используется только электромотор.

При наборе скорости батарея направляет свою энергию на блок управления электропитанием.

Блок управления направляет энергию на электромоторы, расположенные в передней и задней частях автомобиля.

Передний и задний электромоторы позволяют автомобилю плавно трогаться с места.

3.1. (б)Движение.

При движении автомобиля в нормальном режиме привод колес осуществляется за счет бензинового двигателя и электромоторов; энергия двигателя распределяется между колесами и электрическим генератором, который в свою очередь приводит в движение электромоторы.

Распределение энергии находится под контролем в целях обеспечения максимальной эффективности. При необходимости генератор также осуществляет зарядку батареи, отдавая ему излишки энергии.

3.1 (в)Разгон.

1. Бензиновый двигатель разгоняет автомобиль, работая в нормальном режиме.

2. Для улучшения динамики дополнительная энергия поступает от электромотора.

3. При работе в нормальном режиме бензиновый двигатель также снабжает энергией генератор.

4. Генератор может направлять излишки энергии на блок управления электропитанием.

3.1. (г)Торможение.

1. При торможении кинетическая энергия преобразуется в электричество.

2. Электромоторы направляют его на блок управления электропитанием.

3. Блок управления электропитанием возвращает энергию на высоковольтную батарею. Бензиновый двигатель автомобиля работает в обычном режиме.

Вентильный двигатель(ВД)

Наиболее често в гибридных автомобилях в качестве тягового электропривода используется вентильный двигатель.

Вентильный электродвигатель -- это синхронный двигатель, основанный на принципе частотного регулирования с самосинхронизацией, суть которого заключается в управлении вектором магнитного поля статора в зависимости от положения ротора. Вентильные двигатели (в англоязычной литературе BLDC или PMSM) ещё называют бесколлекторными двигателями постоянного тока, потому что контроллер такого двигателя обычно питается от постоянного напряжения.

3.2.1 Описание ВД

Этот тип двигателя создан с целью улучшения свойств электродвигателей постоянного тока.

В вентильном двигателе (ВД) индуктор находится на роторе (в виде постоянных магнитов), якорная обмотка находится на статоре (синхронный двигатель). Напряжение питания обмоток двигателя формируется в зависимости от положения ротора. Если в двигателях постоянного тока для этой цели использовался коллектор, то в вентильном двигателе его функцию выполняет полупроводниковый коммутатор (датчик положения ротора (ДПР) с инвертором).

Основным отличием ВД от синхронного двигателя является его самосинхронизация с помощью ДПР, в результате чего у ВД, частота вращения поля пропорциональна частоте вращения ротора.

3.2.2 Статор

Статор[Рис. 5] имеет традиционную конструкцию и похож на статор асинхронной машины. Он состоит из корпуса, сердечника из электротехнической стали и медной обмотки,уложенной в пазы по периметру сердечника. Количество обмоток определяет количество фаз двигателя. Для самозапуска и вращения достаточно двух фаз -- синусной и косинусной. Обычно ВД трёхфазные, реже- четырёхфазные.

По способу укладки витков в обмотки статора различают двигатели имеющие обратную электродвижущую силу трапецеидальной (BLDC) и синусоидальной (PMSM) формы. По способу питания фазный электрический ток в соответствующих типах двигателя также изменяется трапецеидально или синусоидально.

(Рис. 5 Статор бесколлекторного электродвигателя)

3.2.3 Ротор

Ротор изготавливается с использованием постоянных магнитов и имеет обычно от двух до восьми пар полюсов с чередованием северного и южного полюсов.

Вначале для изготовления ротора использовались ферритовые магниты. Они распространены и дёшевы, но им присущ недостаток в виде низкого уровня магнитной индукции. Сейчас получают популярность магниты из редкоземельных сплавов, так как они позволяют получить высокий уровень магнитной индукции и уменьшить размер ротора.

3.2.4 Датчик положения ротора

Датчик положения ротора (ДПР) реализует обратную связь по положению ротора. Его работа может быть основана на разных принципах -- фотоэлектрический, индуктивный, на эффекте Холла, и т. д. Наибольшую популярность приобрели датчики Холла и фотоэлектрические, так как они практически безинерционны и позволяют избавиться от запаздывания в канале обратной связи по положению ротора.

Фотоэлектрический датчик, в классическом виде, содержит три неподвижных фотоприёмника, которые поочерёдно закрываются шторкой вращающейся синхронно с ротором. Это показано на рисунке. Двоичный код, получаемый с ДПР, фиксирует шесть различных положений ротора. Сигналы датчиков преобразуются управляющим устройством в комбинацию управляющих напряжений, которые управляют силовыми ключами, так, что в каждый такт (фазу) работы двигателя включены два ключа и к сети подключены последовательно две из трёх обмоток якоря. Обмотки якоря U, V, W расположены на статоре со сдвигом на 120° и их начала и концы соединены так, что при переключении ключей создаётся вращающееся магнитное поле.

3.2.5 Система управления ВД

Система управления содержит силовые ключи, часто тиристоры или силовые транзисторы с изолированным затвором. Из них собирается инвертор напряжения или инвертор тока. Система управления ключами обычно реализуется на основе использования микроконтроллера. Наличия микропроцессора требует большое количество вычислительных операций по управлению двигателем.

3.2.6 Принцип работы ВД

Принцип работы ВД, основан на том, что контроллер ВД коммутирует обмотки статора так, чтобы вектор магнитного поля статора всегда был ортогонален вектору магнитного поля ротора. С помощью ШИМ контроллер управляет током, протекающим через обмотки ВД, т.е. вектором магнитного поля статора, и таким образом регулируется момент, действующий на ротор ВД. Знак у угла между векторами определяет направление момента действующего на ротор.

Коммутация производится так, что поток возбуждения ротора -- Ф0 поддерживается постоянным относительно потока якоря. В результате взаимодействия потока якоря и возбуждения создаётся вращающий момент M, который стремится развернуть ротор так, чтобы потоки якоря и возбуждения совпали, но при повороте ротора под действием ДПР происходит переключение обмоток и поток якоря поворачивается на следующий шаг.

В этом случае и результирующий вектор тока будет сдвинут и неподвижен относительно потока ротора, что и создаёт момент на валу двигателя.

В двигательном режиме работы МДС статора опережает МДС ротора на угол 90°, который поддерживается с помощью ДПР. В тормозном режиме МДС статора отстаёт от МДС ротора, угол 90° так же поддерживается с помощью ДПР.

3.2.7 Управление двигателем

Контроллер ВД регулирует момент, действующий на ротор, меняя величину ШИМ.

В отличие от щёточного электродвигателя постоянного тока, коммутация в ВД осуществляется и контролируется с помощью электроники.

Распространены системы управления, реализующие алгоритмы широтно-импульсного регулирования и широтно-импульсной модуляции при управлении ВД.

Система, обеспечивающая самый широкий диапазон регулирования скорости -- у двигателей с векторным управлением. С помощью преобразователя частоты осуществляется регулирование скорости двигателя и поддержание потокосцепления в машине на заданном уровне.

Особенность регулирования электропривода с векторным управлением -- контролируемые координаты, измеренные в неподвижной системе координат преобразуются к вращающейся системе, из них выделяется постоянное значение, пропорциональное составляющим векторов контролируемых параметров, по которым осуществляется формирование управляющих воздействий, далее обратный переход.

Недостатком этих систем является сложность управляющих и функциональных устройств для широкого диапазона регулирования скорости.