Вентильные двигатели (ВД) сочетают в себе преимущества машин постоянного тока, имея разнообразные механические характеристики, хорошие регулировочные свойства и бес - контактность асинхронных машин. Поэтому ВД также назы­вают бесконтактными двигателями постоянного тока.

Вентильный двигатель представляет собой систему (рис. 7.4, а), состоящую из синхронной машины СМ, датчика положения ротора ДПР, установленного на его валу, и внеш­него электронного коммутатора ЭК, исполняющего роль коллектора обычной машины постоянного тока. Синхрон­ная машина имеет фазные обмотки на статоре (якоре) и ротор с обмоткой возбуждения или постоянные магниты из материалов, имеющих большую коэрцитивную силу (до 6-Ю3 кА/м).

Электронный коммутатор обеспечивает ступенчатое изме­нение фазных напряжений. Он включает в себя распредели­тель импульсов РИ, управляющий транзисторами ТІ— Тб ин­вертора И.

Использование ДПР является особенностью вентильного двигателя, так как сигналы на переключение полупроводни­ков инвертора поступают от системы управления в зависимо­сти от положения ротора, благодаря чему может изменяться частота тока в обмотке статора. Если бы инвертор был неза­висимым и частота инвертируемого тока поддерживалась неизменной, то рассматриваемая электромеханическая сис­тема инвертор — электрическая машина являлась бы обыч­ным синхронным двигателем без регулирования частоты вращения.

Промежуточное звено постоянного тока разделяет частоты сети переменного тока и выхода инвертора, поэтому частота вращения двигателя не ограничивается частотой сети.

Принцип работы ВД поясняют диаграммы фазных напря­жений (рис. 7.4, б). Если ротор синхронной машины СМ на­ходится в положении 0°, то открыты транзисторы Tl, ТЗ и Тб. При этом, как следует из диаграмм, обмотки статора А и С присоединяются параллельно к положительному полюсу ис­точника питания. Поэтому на каждой из них будет напряже­ние 1/3 U, а на обмотке В — 2/3 U (положение 1 на диаграм­ме фазных напряжений).

При повороте ротора на 30° закрывается транзистор Т1 и открывается Т2. Фазные напряжения становятся такими, как изображено в положении 2 на диаграмме (см. рис. 7.4, б). Изменится и векторная диаграмма фазных токов. Каждое по­ложение токов и фазных напряжений сохраняется в течение времени поворота ротора на 60°. Таким образом, в расточке статора образуется вращающееся магнитное поле, с которым синхронно вращается ротор.

Двигатели с возбуждением от постоянных магнитов вы­полняются на мощности до 30 кВт обычно в многополюсном исполнении. В этом диапазоне мощности ВД с постоянными магнитами имеют меньшие габариты и массу и более высо­кий КПД по сравнению с ВД, имеющими обмотку возбужде­ния. В последнем случае обмотка возбуждения ВД получает питание от источника постоянного тока через контактные кольца и щетки.

Регулирование скорости ВД может осуществляться изме­нением напряжения U и тока возбуждения (при наличии об­мотки возбуждения).

Для получения высокого качества регулирования в стати­ческих и динамических режимах в электроприводах с ВД ис­пользуются различные обратные связи. Диапазон регулиро­вания скорости, который можно получить в системе привода с ВД, имеющими дополнительную обратную связь по скоро­сти, может достигать 1:50000.

Вентильные двигатели обладают рядом положительных свойств. К ним следует отнести возможность изготовления в широком диапазоне мощностей, частот вращения и напря­жений. Они характеризуются высокой надежностью, боль­шим сроком службы и высоким качеством регулирования. ВД могут быть выполнены во взрывозащищенном исполнении. Они находят применение для привода рабочих машин, для которых использование коллекторных машин либо затрудне­но, либо вообще невозможно, и вместе с тем требуются ха­рактеристики коллекторных машин. Весьма перспективно применение ВД в электроприводах установок магистрального транспорта углеводородного сырья.

По сравнению с асинхронным двигателем, питаемым от пре­образователя частоты, вентильный двигатель обладает следую­щими преимуществами: лучший КПД вследствие отсутствия потерь на скольжение, малый момент инерции и вследствие этого более высокое быстродействие и лучшая управляемость.

На заводе АЛНАС (г. Альметьевск) изготовлены и проведе­ны испытания ВД привода погружных насосов. Помимо опти­мизации добычи нефти применение регулируемого по скоро­сти вращения ВД вместо нерегулируемых в настоящее время асинхронных двигателей обеспечивает следующие преиму­щества:

возможность автоматической адаптации к объемному при­току пластовой жидкости в скважине позволяет провести вы­вод скважины на режим и поддержание оптимального дина­мического уровня пластовой жидкости и подачи, что приво­дит к повышению добычи на 30 %;

регулирование частотой вращения обеспечивает возмож­ность сократить номенклатуру применяемых погружных на­сосных установок и как следствие сократить эксплуатацион­ные расходы:

радиальная сила одностороннего тяжения уменьшилась в 7 раз, а прогиб вала в 4 раза;

удельный вращающийся момент на единицу массы увели­чился на 30 %;

ток двигателя уменьшился на 20 %, потери в меди и под­водящем кабеле сократились на 30 %;

КПД двигателя увеличился на 11 %.

Принципиальная электрическая схема частотно-регулируе- мого электропривода погружного насоса с вентильным двига­телем показана на рис. 7.5.

АООТ «Подольсккабель» освоено серийное производство для погружных насосов нефтепогружного кабеля марки КППБПТ (КППБКТ), рассчитанного для эксплуатации в скважинах с температурой до 120 °С.

Особенностью кабеля является применение изоляции из радиационно-сшитого полиэтилена высокой плотности и обо­лочки — протектора из сополимера пропилена. По сравне­нию с кабелем марки КРБК (КПБК) они характеризуются ббльшим уровнем надежности.