Электрическая машина является одним из основных элементов любого электромеханического устройства. Поэтому улучшение его характеристик связано с совершенствованием электрической машины, в частности с оптимизацией процесса электромеханического преобразования энергии. Долгое время решение этой задачи прочно связывалось с применением более эффективных материалов, технологий производства и конструктивных решений.

Процесс совершенствования традиционных типов электрических машин продолжается более ста лет. За это время были достигнуты значительные успехи. Однако требования, предъявляемые современными электромеханическими устройствами к электрическим машинам, продолжают расти, а резервы повышения их показателей и характеристик только за счет выше перечисленных инструментов в определенной степени исчерпаны.

Перспективы дальнейшего роста эффективности электромеханического преобразования энергии связаны с непосредственным управлением этим процессом, что обусловливает повышенный интерес со стороны электромехаников к системам регулируемого электропривода. В настоящее время большая часть таких устройств реализована на основе традиционных типов электрических машин. Система управления в них осуществляет управление преобразованием энергии, но не является неотъемлемой его частью. Такие приводы ориентированы на применение в случаях резкопеременного характера нагрузки и не обеспечивают универсального повышения эффективности преобразования энергии. В определенном смысле регулируемый электропривод с традиционными электрическими машинами отражает эволюционный ход развития электромеханики.

Качественный скачок в этом направлении обозначен разработкой интеллектуальных электромеханических преобразователей энергии, которые одновременно осуществляют и преобразование энергии, и управление им. Эти устройства представляют собой с одной стороны электрическую машину, а с другой – интегрированную систему регулируемого электропривода. Их особенность состоит в том, что система управления является неотъемлемой частью процесса преобразования энергии, что открывает широкие возможности в сфере как разработки алгоритмов управления, так и использования принципиально новых конструкций электрических машин.

Одним из интеллектуальных электромеханических преобразователей энергии является вентильно–индукторный двигатель (ВИД).

ВИД представляет собой шаговый двигатель, работающий в режиме постоянного вращения. Поэтому его можно отнести к классу синхронных реактивных машин. В мировой технической литературе ВИД имеет много других названий: управляемый вентильный реактивный двигатель, коммутируемый реактивный двигатель с переменным магнитным сопротивлением, электронно–коммутируемый двигатель, бесконтактный реактивный двигатель, двигатель с электромагнитной редукцией... Такое разнообразие терминов для обозначения одного объекта, объясняется относительно малым возрастом данной электрической машины и сложностью электромеханического преобразования энергии в ней. Сложность его настолько высока, что отразить специфику этого процесса в нескольких словах названия практически невозможно. В данной ситуации следует ввести новый термин, под которым понимать всю совокупность выше приведенных названий. В настоящем пособии в качестве такого термина выбран вентильно–индукторный двигатель.

Бурное развитие ВИД началось примерно 20 лет назад. Вместе с тем следует отметить, что сама концепция этой электрической машины была сформулирована еще в конце тридцатых годов XIX века. Первый двигатель был создан Дэвидсоном и использовался на железной дороге Глазго–Эдинбург для приведения в движение локомотива массой несколько тонн. В силу несовершенства элементной базы (в первом ВИД использовался механический коммутатор) массового применения эти электрические машины в то время не нашли и о них забыли более чем на сто лет.

Вторая половина ХХ века характеризовалась с одной стороны стремительным развитием силовой и информационной электроники, а с другой – все возрастающими требования, предъявляемыми к электрическим машинам, которым традиционным типам электромеханических преобразователей энергии становилось все труднее и труднее удовлетворять. Это создало предпосылки и обеспечило техническую базу для разработки и производства ВИД. В настоящее время многие крупнейшие электротехнические компании мира либо уже серийно производят эти электрические машины, либо готовятся к этому.

Несмотря на свою более чем вековую историю, ВИД представляет собой относительно новый тип электромеханического преобразователя энергии, в теории и практике которого еще много белых пятен. В частности, практически нет отечественной методической литературы по этим электрическим машинам. Отчасти решить эту проблему и призвано данное пособие. Естественно, что в столь ограниченной по объему работе рассмотреть всю совокупность вопросов, связанных с ВИД невозможно. В данном пособии представлены только основные сведения по ВИД с пассивным ротором.

Пособие является частью Учебно-методического комплекса, в состав которого также входят программа проектирования и расчета характеристик ВИД EVEREST и Web-страница группы вентильно-индукторного привода кафедры электромеханики (http://elmech.mpei.ac.ru/sci/main.html). Эти ресурсы могут быть полезны при освоении материала.