Вентильным двигателем (ВД) называется устройство, состоящее из электродвигателя переменного тока (по конструкции аналогичного синхронному) и вентильного коммутатора (преобразователя частоты), управляемого в функции положения ротора или магнитного потока двигателя. На статоре его располагается обычно трехфазная обмотка (обмотка переменного тока), а ротор является возбудителем; возбуждение может быть выполнено либо от обмотки возбуждения, размещаемой на роторе и питаемой через кольца и щетки от источника постоянного тока, либо с помощью постоянных магнитов, расположенных в пазах ротора. В вентильном двигателе большой и средней мощности используются синхронные двигатели обычной конструкции.
Существенным отличительным признаком ВД является наличие вентильного коммутатора, который функционально заменяет щетки и механически вращающийся коллектор машины постоянного тока. Вентильный коммутатор выполняется на транзисторах для приводов мощностью до 200 кВт, для приводов большой мощности - на тиристорах. Вентильный коммутатор присоединяется к выводам статора и выполняет функции распределителя постоянного тока с преобразованием его в переменный. Последовательность переключения тока статора и связанная с этим очередность включения тиристоров вентильного коммутатора определяется датчиком положения ротора.
Вентильные двигатели различаются по типу преобразователя частоты, конструктивному исполнению машины и устройству системы управления. Несмотря на многообразие сочетаний конструкций электрических машин и принципов управления ВД имеют следующие общие признаки, а именно: возможность регулирования угловой скорости изменением подводимого к статору напряжения (вниз от номинальной), тока возбуждения (при наличии обмотки возбуждения) и угла опережения включения вентилей относительно фазных ЭДС двигателя (вверх от номинальной).
Характеристики ВД аналогичны характеристикам двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Можно получить характеристики как у двигателя с последовательным возбуждением для этого обмотку возбуждения синхронного двигателя включают последовательно в цепь выпрямленного тока на входе инвертора.
В ВД используются чаще всего два вида преобразователей частоты: 1) с промежуточным звеном постоянного тока и 2) с непосредственной связью (НПЧ).
Коммутация тока в вентилях инвертора может быть естественной или искусственной.
Инверторы с естественной коммутацией — это преобразователь постоянного тока в переменный, отдающий энергию нагрузке, которая уже содержит источник ЭДС той же частоты, что и выходное напряжение преобразователя; при этом благодаря действию этой ЭДС осуществляется коммутация вентилей; такая коммутация и называется естественной. Регулирование угловой скорости в этом случае производится изменением выпрямленного напряжения за счёт УВ или тока возбуждения с помощью ТВ., т.к. β=const для получения надёжной коммутации.
Рисунок 4.40 - Вентильный двигатель
Инвертор с искусственной коммутацией — это преобразователь постоянного напряжения или тока в переменные с принудительной (обычно конденсаторной) коммутацией тока в вентилях, отдающий энергию нагрузке. Регулирование угловой скорости в этом случае возможно тремя способами: изменением выпрямленного напряжения за счёт УВ, тока возбуждения с помощью ТВ и угла β.
Принципиальная схема ВД с естественной коммутацией инвертора тока приведена на рис.4.40. Схема содержит управляемый выпрямитель УВ, сглаживающий реактор L, инвертор тока И, тиристорный возбудитель ТВ двигателя М и системы управления выпрямителем СУВ и инвертором СУИ. Угловое положение ротора ВД контролируется косвенно — управление вентилями инвертора осуществляется в функции фазы напряжения на выводах обмотки статора двигателя [ U (φ)].
Переключение инвертора может выполняться от датчика положения ротора. В этом случае инвертор работает как зависимый, коммутируемый за счёт э. д. с. двигателя, наводимой в обмотках статора вращающимся электромагнитным полем ротора.