Sistema de control de velocidad del motor de reluctancia conmutada

El sistema de control de velocidad del motor de reluctancia conmutada (SRD) es el último sistema de control de velocidad con el rendimiento de costo más alto del mundo. Es un método de regulación de velocidad basado en cambiar la frecuencia del suministro de energía: surgió el sistema de regulación de velocidad de frecuencia variable de CA. El sistema de control de velocidad del motor de reluctancia conmutada (también conocido como sistema de accionamiento del motor de reluctancia conmutada) es un sistema completamente nuevo. Es inteligente y modular. No solo tiene un control de velocidad superior, sino que también tiene funciones de protección completas. en muchos aspectos. Una vez que surgió esta tecnología, atrajo la atención de las industrias eléctrica y de otro tipo debido a su amplio rango de velocidades, buenas propiedades mecánicas, excelente rendimiento de arranque y frenado, ahorro de energía y fácil mantenimiento. El sistema SRD es un dispositivo mecatrónico que combina motores de reluctancia y tecnología de electrónica de potencia. Se compone principalmente de un motor de reluctancia conmutado SRM, un convertidor de potencia, un microcontrolador (o chip DSP) y detectores de corriente y posición. Su composición y características: 1.1 El motor de reluctancia conmutada (SRM) es un componente que realiza la conversión de energía en el sistema y es esencialmente diferente de los motores de reluctancia tradicionales. Estructuralmente, SRM adopta la forma de polos salientes dobles, es decir, tanto el estator como el rotor son polos salientes; la bobina del estator utiliza devanados concentrados en lugar de devanados distribuidos, el voltaje aplicado a los devanados del estator es una onda rectangular discontinua en lugar de una; onda sinusoidal continua. El rotor está hecho simplemente de láminas de acero al silicio, sin devanados ni imanes permanentes enrollados alrededor de cada polo del estator. La Figura 2 muestra la sección transversal de un SRM de cuatro fases con 8/6 polos (ocho polos en el estator y seis polos en el rotor). SRM tiene dos modos de trabajo únicos: modo de corte de corriente a baja velocidad; modo de control de ángulo de pulso único a alta velocidad. En el modo de interruptor de corriente, el sistema controla el par ajustando la corriente del devanado de fase, por lo que es necesario comprender con precisión la corriente real en el devanado y retroalimentar la corriente. En el modo de control de posición angular, el sistema controla el par ajustando el ángulo del gatillo y el ángulo de corte. En este momento, la corriente ya no se usa como variable de control, pero para evitar una sobrecarga o falla del sistema, se requiere protección contra sobrecorriente, por lo que se requiere la detección de corriente en el sistema. 1.11 El principio de funcionamiento del motor de reluctancia conmutada (SRM) sigue el "principio de reluctancia mínima". Después de aplicar energía, el circuito magnético tiende a cambiar o cambiar a la trayectoria de reluctancia mínima. Cuando el polo saliente del rotor y el polo saliente electrónico están desalineados, el entrehierro es grande y la resistencia magnética es grande: una vez que se energiza el devanado del polo del estator, se formará una atracción magnética en el polo saliente del rotor, lo que hará que el entrehierro sea más pequeño. - la reluctancia del circuito magnético se reduce. Al mismo tiempo, el interruptor electrónico conmuta la secuencia de fases de activación del devanado del polo del estator según una cierta relación lógica para formar un par de rotación continuo. La función de regulación de velocidad del motor de reluctancia conmutada se logra mediante la cooperación del detector de posición del rotor, el convertidor de potencia y el controlador (es decir, un microordenador de un solo chip o un chip DSP).

Es la característica mecánica del motor de reluctancia conmutada, por lo que sus características mecánicas son buenas porque el par de arranque es 2-3 veces mayor que el par nominal. El convertidor de potencia es el proveedor de la energía necesaria para el funcionamiento del motor de reluctancia conmutada y es el elemento de conmutación que conecta la fuente de alimentación y los devanados del motor. A través de él, la energía de la fuente de alimentación se puede alimentar al motor y la energía del campo magnético almacenada en el motor también se puede devolver a la fuente de alimentación. Los elementos de conmutación utilizados en los circuitos de conversión de energía son transistores bipolares de puerta aislada rápida (IGBT). La teoría y la práctica han demostrado que el sistema SRD es comparable al sistema actual de regulación de velocidad de frecuencia variable en términos de par volumétrico unitario, eficiencia, capacidad de voltios-amperios del inversor y sus parámetros de rendimiento. Este modelo tiene grandes ventajas en la relación entre par y momento de inercia, especialmente en las dos velocidades críticas, lo que permite tener un amplio rango variable y muchos factores controlables. Es un nuevo sistema de control de velocidad ideal. En este momento, cabe señalar que el sistema SRD es diferente. Al cambiar el modo de trabajo y los parámetros de control del motor, es fácil lograr diferentes características de rendimiento y cumplir con indicadores de rendimiento especiales. Especialmente cuando se utiliza una microcomputadora de un solo chip o un chip de microprocesador programable de un solo chip DSP como núcleo de control, se pueden cumplir muchos requisitos de rendimiento diferentes de los usuarios modificando el software. Con el avance continuo de las capacidades científicas y tecnológicas y la mejora de la tecnología de control integrado de semiconductores, los sistemas SRD se han serializado y se han utilizado una variedad de sistemas SRD de pequeña y mediana potencia en diferentes sectores industriales y electrodomésticos.

2. Las características del sistema SRD son: * pequeña corriente de arranque (≤30% de corriente nominal), gran par de arranque, 2-3 veces mayor que el par nominal * amplio rango de regulación de velocidad superior a 20:1; regulación de velocidad Suavidad infinita; *Buenas características de carga; alta precisión de estabilidad, la velocidad permanece sin cambios cuando cambia la carga y la precisión de estabilidad es ≤±0.5% *Alta eficiencia del sistema, desde baja velocidad, velocidad media hasta alta velocidad; la eficiencia es superior al 85%;* La estructura mecánica es sólida y puede funcionar sin mantenimiento * Tiene las características de corriente pequeña y par grande al arrancar. El impacto actual de su motor y controlador es pequeño al arrancar, y la generación de calor. es más pequeño que el de operación nominal continua * Tiene las características de corriente pequeña y par grande durante el arranque, también tiene una excelente capacidad de salida de par y características de trabajo. Por lo tanto, es adecuado para arranques frecuentes o operaciones frecuentes de avance y retroceso, y la frecuencia de conversión puede alcanzar 1000 veces/h. Debido a las características anteriores, se puede desarrollar y aplicar en una amplia gama de campos. 3. Aplicación del sistema de regulación de velocidad del motor de reluctancia conmutada (SRD) El sistema de regulación de velocidad del motor de reluctancia conmutada (SRD) tiene una amplia gama de aplicaciones. Con el avance continuo de las capacidades científicas y tecnológicas y la mejora de la tecnología de control integrado de semiconductores, los sistemas SRD se han serializado y sus sistemas SRD multipotencia se han utilizado en diferentes sectores industriales, electrodomésticos e industrias de defensa nacional. Equipo que requiere arranques y paradas frecuentes, rotación rápida y frecuente hacia adelante y hacia atrás y regulación de velocidad de amplio rango. Como cepilladoras de pórtico y fresadoras en la industria de maquinaria, laminadores reversibles, sierras voladoras, cizallas voladoras y elevación de electrodos de hornos de arco eléctrico en la industria metalúrgica, equipos experimentales y de investigación científica, equipos médicos, alimentos, maquinaria de impresión, automóviles, locomotoras eléctricas y tecnología aeroespacial, electrodomésticos, etc. 3.1 Aplicación en cepilladora de pórtico La cepilladora de pórtico es una máquina herramienta comúnmente utilizada para procesar planos metálicos de gran superficie. El proceso de corte es el siguiente: el travesaño y el soporte lateral para herramientas se mueven sobre la columna, el soporte vertical para herramientas se mueve hacia la izquierda y hacia la derecha sobre el travesaño, y el banco de trabajo donde se encuentra la pieza de trabajo realiza un movimiento alternativo lineal sobre el riel guía. Los requisitos para el motor de transmisión de una sola mesa: * Puede arrancar, frenar y girar hacia adelante y hacia atrás con frecuencia y rapidez, y puede cambiar la velocidad de forma automática y suave en un movimiento alternativo lineal. *La velocidad se puede ajustar suavemente dentro del rango de relación de velocidad de ≥20. *La velocidad no puede ser inferior al 95% antes de cortar la pieza de trabajo. *Al invertir a cualquier velocidad, la corriente de impulso se limita al valor permitido. *Cuando la mesa de trabajo cambia de dirección hacia adelante y hacia atrás, la distancia entre el punto de corte y la herramienta no supera los 7 Bom y se puede lograr un buen frenado. En el pasado, los coches de CC y los sistemas de control de velocidad de CC eran los más utilizados. Aunque cumple con los requisitos en términos de rendimiento, también tiene desventajas como estructura compleja, gran volumen, operación problemática, mantenimiento pesado, baja eficiencia y alto consumo de energía. En los últimos años, después de usar SRD, se omite el reductor, se simplifica la estructura, la operación es conveniente, se reduce el consumo de energía y se reduce el costo. 3.2 Los equipos de "detección de bordes" utilizados en la industria textil han logrado buenos resultados mediante el uso real de equipos de "detección de bordes" y "centrado" en la industria textil. Como dispositivo de "detección de bordes", la velocidad de respuesta de la potencia es inferior a 0,3 s, es decir, cuando el motor está en funcionamiento, se puede invertir dentro de los 0,3 s después de recibir el comando. Requiere un funcionamiento continuo y frecuente dentro de las 24 horas. y requiere una regulación continua de la velocidad a gran escala. Estas funciones son difíciles de lograr en sistemas de control de velocidad de frecuencia variable. 3.3 Utilizado en electrodomésticos: superará las deficiencias de las lavadoras, aires acondicionados y refrigeradores actuales y se convertirá en una nueva generación de productos más perfecta. 3.3.1 Actualmente existen dos tipos principales de lavadoras modernas ampliamente utilizadas en el mundo: una es una lavadora de pulsador completamente automática y la otra es una lavadora de tambor completamente automática. Estos dos tipos de lavadoras tienen los mismos requisitos de rendimiento para el motor: es decir, el motor debe girar a baja velocidad durante el lavado y puede adaptarse a rotaciones frecuentes hacia adelante y hacia atrás cuando se deshidrata, el motor debe girar a alta velocidad; Para ello se utilizan motores asíncronos monofásicos de 2 polos/16 polos variables de dos velocidades, que apenas cumplen con los requisitos de uso, pero tienen un pobre desempeño en regulación de velocidad, baja eficiencia (generalmente inferior al 30%) y grandes Corriente de arranque (especialmente frecuente hacia adelante y hacia atrás). Cuando se lava, alcanza más de 7-8 veces la corriente nominal). El uso del sistema SRD para reemplazar el motor asíncrono monofásico de dos velocidades y polos variables original de 2 polos/16 polos puede superar las deficiencias anteriores. Debido a que el sistema SRD tiene un amplio rango de velocidades, puede permitir que el "lavado" y la "deshidratación" funcionen a la velocidad óptima. El buen rendimiento de arranque del sistema SRD puede eliminar el impacto de la corriente de arranque en la red eléctrica durante el lavado. hacer que el lavado y la conmutación sean suaves y silenciosos; lograr una alta eficiencia en todo el rango de velocidades reduce en gran medida el consumo de energía. 3.3.2 El componente principal de los acondicionadores de aire y refrigeradores es el compresor, que es impulsado principalmente por un motor asíncrono monofásico para control de temperatura de encendido y apagado de dos posiciones. Por lo tanto, la eficiencia del sistema y el factor de potencia son bajos, al igual que la temperatura. el rango de fluctuación es grande. Además, la corriente al arrancar es elevada, lo que tiene un grave impacto en la red eléctrica.

En los últimos años, ha aparecido un nuevo producto "aire acondicionado de frecuencia variable", que utiliza un sistema de control de velocidad de frecuencia variable eléctrico asíncrono para reemplazar el aire acondicionado de motor asíncrono monofásico. Ha logrado una serie de ventajas, como una velocidad de enfriamiento rápida. , bajo ruido de funcionamiento, alta eficiencia y ahorro de energía. Sin embargo, debido a que el sistema de control de velocidad de frecuencia variable generalmente funciona a velocidades medias y bajas, las características mecánicas son deficientes y la eficiencia del sistema y el factor de potencia se reducen significativamente. El motor del compresor del sistema de aire acondicionado inversor funciona a velocidades medias y bajas la mayor parte del tiempo, y solo funciona a alta velocidad cuando se enciende por primera vez, por lo que esto reduce en gran medida las ventajas de ahorro de energía del aire acondicionado inversor. Por el contrario, el sistema SRD tiene un excelente rendimiento de regulación de velocidad y una mayor eficiencia de conversión de energía eléctrica-mecánica, especialmente a velocidades medias y bajas. Por lo tanto, puede superar eficazmente las deficiencias del sistema de control de velocidad de frecuencia variable y hacer que el ahorro de energía sea más efectivo. En términos generales, los aires acondicionados son electrodomésticos que consumen mucha energía. Si pueden ahorrar más del 5% de energía, seguramente lograrán mayores beneficios económicos y sociales. 3.4 Aplicación en vehículos y propulsores eléctricos Dado que los gases de escape de los vehículos de combustible contaminan gravemente el medio ambiente, es inevitable que la sociedad desarrolle y mejore vehículos eléctricos libres de contaminación. Para desarrollar vehículos eléctricos, además del sellado de alta energía de las baterías a bordo, se debe utilizar como fuerza motriz un sistema de control de velocidad del motor con excelente rendimiento y eficiencia. El sistema SRD tiene alta eficiencia, alta confiabilidad, amplio rango de velocidades y excelente rendimiento de arranque y frenado. Es una de las fuentes de energía ideales para diversos vehículos eléctricos. Además, en el extranjero se han desarrollado y utilizado los siguientes medios de transporte: bicicletas y motocicletas eléctricas, autobuses, sillas de ruedas, carritos de golf, cortadoras de césped y pequeños coches eléctricos. 3.5 Desarrollo de aplicaciones de operación de alta velocidad Dado que los motores SRM son robustos y tienen requisitos de frecuencia de conmutación relativamente bajos, pueden funcionar a altas velocidades si el rendimiento de laminación y los rodamientos cumplen con los requisitos. Por lo tanto, el desarrollo de sistemas SRD de alta velocidad es otra. dirección de la aplicación. Según información relevante, Estados Unidos ha desarrollado un prototipo SRD de alta velocidad con una velocidad de 25.000 r/min y una potencia de 90 kW para la aplicación de tecnología espacial. Su material de motor efectivo es de sólo 10 kg. 4. Conclusión Aunque el sistema SRD apareció tarde en nuestro país y su labor de industrialización va a la zaga, sus características aún no son comprendidas por la mayoría de los usuarios. Sin embargo, debido a su excelente rendimiento de control, el sistema SRD puede reemplazar el sistema de control de velocidad de frecuencia variable de CA, todavía ampliamente utilizado, en algunas áreas, especialmente en lugares donde el sistema de control de velocidad existente no es competente. Por lo tanto, es seguro que se espera que el sistema de control de velocidad del motor de reluctancia conmutada brille en el siglo XXI.

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