Reluctantiemotor

De variabele reluctantiemotor is gebaseerd op het principe dat een ongeremd stuk ijzer zal bewegen om een ​​magnetisch fluxpad te voltooien met minimale tegenzin , de magnetische analoog van elektrische weerstand.

Synchrone terughoudendheid

Als het draaiveld van een grote synchrone motor met uitspringende polen spanningsloos is, zal deze nog steeds 10 of 15% van het synchrone koppel ontwikkelen. Dit komt door de variabele terughoudendheid tijdens een rotoromwenteling. Er is geen praktische toepassing voor een grote synchrone reluctantiemotor. Het is echter praktisch in kleine maten.

Als sleuven worden gesneden in de geleiderloze rotor van een inductiemotor, overeenkomend met de stator-sleuven, een synchrone reluctantiemotor resultaten.

Het begint als een inductiemotor maar werkt met een kleine hoeveelheid synchroon koppel. Het synchrone koppel is te wijten aan veranderingen in een terughoudendheid van het magnetische pad van de stator door de rotor als de sleuven op één lijn liggen.

Deze motor is een goedkope manier om een ​​matig synchroon koppel te ontwikkelen. Een lage vermogensfactor, een laag uittrekkoppel en een laag rendement zijn kenmerken van de direct door de voedingslijn aangedreven motor met variabele reluctantie. Dat was de status van de motor met variabele reluctantie gedurende een eeuw vóór de ontwikkeling van de vermogensregeling van halfgeleiders.

Geschakelde terughoudendheid

Als een ijzeren rotor met polen, maar zonder geleiders, is gemonteerd op een meerfasige stator, een geschakelde reluctantiemotor , in staat om te synchroniseren met het statorveld, resultaten. Wanneer een poolpaar van een statorspoel wordt bekrachtigd, beweegt de rotor naar het laagste magnetische reluctantiepad (figuur hieronder).

Een geschakelde reluctantiemotor wordt ook wel een variabele reluctantiemotor genoemd. De terughoudendheid van de rotor ten opzichte van het statorfluxpad varieert met de positie van de rotor.

Reluctantie is een functie van de rotorpositie in een variabele reluctantiemotor

Sequentieel schakelen (figuur hieronder) van de statorfasen verplaatst de rotor van de ene positie naar de volgende. De magnetische flux zoekt de weg met de minste tegenzin. Hieronder staan ​​een vereenvoudigde rotor en golfvormen die de werking illustreren.

Variabele reluctantiemotor, te vereenvoudigde bediening

Als het ene uiteinde van elke driefasenwikkeling van de geschakelde reluctantiemotor naar buiten wordt gebracht via een gemeenschappelijke geleidingsdraad, kunnen we de werking uitleggen alsof het een stappenmotor is (figuur hierboven). De andere spoelverbindingen worden achtereenvolgens één voor één naar aarde getrokken in een golfaandrijving patroon. Dit trekt de rotor naar het met de klok mee draaiende magnetische veld in 60° stappen.

Verschillende golfvormen kunnen motoren met variabele reluctantie aandrijven (afbeelding hieronder). Wave drive (a) is eenvoudig en vereist slechts een enkelpolige unipolaire schakelaar. Dat is er een die maar in één richting schakelt. Meer koppel wordt geleverd door de bipolaire aandrijving (b), maar vereist een bipolaire schakelaar.

De krachtaandrijving moet afwisselend hoog en laag trekken. Golfvormen (a &b) zijn van toepassing op de stappenmotorversie van de variabele reluctantiemotor. Voor een soepele, trillingsvrije werking is de 6-staps benadering van een sinusgolf (c) wenselijk en gemakkelijk te genereren.

Sinusgolfaandrijving (d) kan worden gegenereerd door een pulsbreedtemodulator (PWM) of worden getrokken uit de voedingslijn.

Variabele reluctantie motoraandrijvingsgolfvormen:(a) unipolaire golfaandrijving, (b) bipolaire volledige stap (c) sinusgolf (d) bipolaire 6-staps

Verdubbeling van het aantal statorpolen verlaagt de rotatiesnelheid en verhoogt het koppel. Dit kan een reductieaandrijving elimineren. Een variabele reluctantiemotor die bedoeld is om in discrete stappen te bewegen, te stoppen en te starten, is een variabele reluctantiestappenmotor.

Als een soepele rotatie het doel is, is er een elektronisch aangedreven versie van de geschakelde reluctantiemotor. Variabele reluctantiemotoren of steppers gebruiken eigenlijk rotoren zoals die in onderstaande afbeelding.

Elektronisch aangedreven variabele reluctantiemotor

Variabele reluctantiemotoren presteren slecht wanneer de directe voedingslijn wordt aangedreven. Microprocessors en solid-state aandrijfaandrijving maken deze motor echter tot een voordelige, krachtige oplossing in sommige toepassingen met een hoog volume.

Hoewel moeilijk te besturen, is deze motor gemakkelijk te draaien. Opeenvolgend schakelen van de veldspoelen creëert een roterend magnetisch veld dat de onregelmatig gevormde rotor meesleurt terwijl het het laagste magnetische reluctantiepad zoekt.

De relatie tussen koppel en statorstroom is zeer niet-lineair - moeilijk te regelen.

Elektronisch aangedreven variabele reluctantiemotor

Een elektronisch aangedreven motor met variabele reluctantie (figuur hieronder) lijkt op een borstelloze gelijkstroommotor zonder permanente magneetrotor. Dit maakt de motor eenvoudig en goedkoop. Dit wordt echter gecompenseerd door de kosten van de elektronische besturing, die lang niet zo eenvoudig is als die voor een borstelloze gelijkstroommotor.

Hoewel de motor met variabele reluctantie eenvoudig is, zelfs meer dan een inductiemotor, is hij moeilijk te regelen. Elektronische besturing lost dit probleem op en maakt het praktisch om de motor ruim boven en onder de netfrequentie aan te drijven. Een variabele reluctantiemotor aangedreven door een servo , een elektronisch feedbacksysteem, regelt het koppel en de snelheid, waardoor het rimpelkoppel wordt geminimaliseerd.

Elektronisch aangedreven variabele reluctantiemotor

Dit is het tegenovergestelde van het hoge rimpelkoppel dat gewenst is in stappenmotoren. In plaats van een stappenmotor is een motor met variabele reluctantie geoptimaliseerd voor continue rotatie op hoge snelheid met een minimaal rimpelkoppel.

Het is noodzakelijk om de rotorpositie te meten met een roterende positiesensor zoals een optische of magnetische encoder, of deze af te leiden uit het bewaken van de stator-terug-EMK. Een microprocessor voert complexe berekeningen uit om de wikkelingen op het juiste moment te schakelen met solid-state apparaten.

Dit moet precies worden gedaan om hoorbare ruis en rimpelkoppel te minimaliseren. Voor het laagste rimpelkoppel moet de wikkelstroom worden bewaakt en geregeld.

De strenge aandrijvingseisen maken deze motor alleen praktisch voor toepassingen met een hoog volume, zoals energiezuinige stofzuigermotoren, ventilatormotoren of pompmotoren. Eén zo'n stofzuiger maakt gebruik van een compacte, zeer efficiënte, elektronisch aangedreven ventilatormotor van 100.000 tpm.

De eenvoud van de motor compenseert de kosten van de aandrijfelektronica. Geen borstels, geen commutator, geen rotorwikkelingen, geen permanente magneten, vereenvoudigt de motorfabricage.

Het rendement van deze elektronisch aangedreven motor kan hoog zijn. Maar het vereist aanzienlijke optimalisatie, met behulp van gespecialiseerde ontwerptechnieken, wat alleen gerechtvaardigd is voor grote productievolumes.

Voordelen

• Eenvoudige constructie:geen borstels, commutator of permanente magneten, geen koper of aluminium in de rotor.
• Hoge efficiëntie en betrouwbaarheid in vergelijking met conventionele AC- of DC-motoren.
• Hoog startkoppel.
• Kosteneffectief vergeleken met borstelloze DC-motor in hoge volumes.
• Aanpasbaar aan zeer hoge omgevingstemperatuur.
• Voordelige, nauwkeurige snelheidsregeling mogelijk als het volume hoog genoeg is.

Nadelen

• Stroom versus koppel is zeer niet-lineair
• Faseomschakeling moet nauwkeurig zijn om het rimpelkoppel te minimaliseren
• Fasestroom moet worden geregeld om het rimpelkoppel te minimaliseren
• Akoestische en elektrische ruis
• Niet van toepassing op lage volumes vanwege complexe controleproblemen