Преимущества и недостатки современного ВИП

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 вентильноиндукторный 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 ферро -магнитного 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 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.