Кпд постоянного двигателя тока: КПД электродвигателей | Полезные статьи

КПД электродвигателей | Полезные статьи

Электрическими двигателями переменного или постоянного тока комплектуются приводы станков, насосов и вентиляторов, а также других механизмов, используемых на предприятиях тяжелой и легкой промышленности. Рентабельность производства напрямую зависит от себестоимости продукции, на которую в большой степени влияет эффективность эксплуатации оборудования, поэтому КПД и мощность электродвигателя являются основными параметрами, на основании которых выполняется подбор привода.

Определение КПД электродвигателя

Принцип работы любой электрической машины основан на преобразовании энергии тока, протекающего по обмоткам статора и создающего магнитное поле, во вращение ротора. Коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя определяется соотношением вырабатываемой им механической мощности на валу (p2) к полной мощности, потребляемой из сети (p1) и выражается в процентах:

η=p2/p1*100%

Исходя из формулы, следует, что чем ближе этот параметр к единице, тем выше будет эффективность использования оборудования.

Факторы, влияющие на величину КПД

Коэффициент полезного действия никогда не может быть равным единице, так как существуют неизбежные потери, снижающие полезную мощность. Они делятся на три группы:

  • электрические;
  • магнитные;
  • механические.

Электрические потери зависят от степени нагрузки двигателя и являются следствием нагрева обмоток статора, вызванного работой тока по преодолению электрического сопротивления проводников, из которых они выполнены. Поэтому максимальный КПД электродвигателя достигается, когда нагрузка на двигатель составляет 75% от максимальной расчетной величины.

Магнитные потери происходят из-за неизбежного перемагничивания активного железа статора и ротора, а также возникновения в нем вихревых токов.

Третья группа обусловлена наличием трения в подшипниках, на которых вращается вал, а также сопротивлением, оказываемым воздухом крыльчатке вентилятора и самому ротору (якорю).Кпд постоянного двигателя тока: КПД электродвигателей | Полезные статьи Из-за наличия щеточно-коллекторного узла КПД электродвигателя постоянного тока несколько ниже коэффициента полезного действия машин с короткозамкнутым ротором. Это также относится к асинхронным электродвигателям с фазным ротором из-за дополнительного трения щеток об контактные кольца.

Способы повысить КПД двигателя

Следует помнить, что реальный коэффициент полезного действия может несколько отличатся от паспортных величин, указанных на шильдике двигателя. Чтобы выполнить расчет КПД электродвигателя в реальных условиях эксплуатации, необходимо учитывать неравномерность распределения питающего напряжения в фазах. В зависимости от величины асимметрии падение полезной мощности может достигать 5-7%.

Увеличение КПД электрической машины возможно только за счет снижения потерь и контроля качества силовой сети.

Механические потери можно уменьшить благодаря более качественным подшипникам, установки крыльчатки вентилятора, выполненной из современных материалов для уменьшения сопротивлению воздуху. Нагрев обмоток можно уменьшить благодаря использованию обмоточных проводов, выполненных из очищенной меди, имеющих меньшее сопротивление.

Снизить потери на перемагничивание активного железа и минимизировать влияние вихревых токов можно используя для набора сердечника необходимо использовать качественную электромагнитную сталь с надежной изоляцией. Кроме того, ведутся работы по разработке наилучшей геометрии зубцов статора, благодаря которым будет увеличена концентрация магнитного поля.

В реальности КПД асинхронного электродвигателя можно несколько увеличить за счет использования частотного преобразователя, позволяющего оптимизировать расход электроэнергии. Следует помнить, что эффективность эксплуатации двигателя с КПД 98% сильно упадет, если его использовать для приведения в движения механизма, имеющего более низкий коэффициент полезного действия.

Коэффициент полезного действия машины постоянного тока

Дата публикации: .Кпд постоянного двигателя тока: КПД электродвигателей | Полезные статьи
Категория: Статьи.

Общие положения

Коэффициент полезного действия определяется как отношение полезной, или отдаваемой, мощности P2 к потребляемой мощности P1:

(1)

или в процентах

(2)

Современные электрические машины имеют высокий коэффициент полезного действия (к. п. д.). Так, у машин постоянного тока мощностью 10 кВт к. п. д. составляет 83 – 87%, мощностью 100 кВт – 88 – 93% и мощностью 1000 кВт – 92 – 96%. Лишь малые машины имеют относительно низкие к. п. д.; например, у двигателя постоянного тока мощностью 10 Вт к. п. д. 30 – 40%.

Рисунок 1. Зависимость коэффициента полезного действия электрической машины от нагрузки

Кривая к. п. д. электрической машины η = f(P2) сначала быстро растет с увеличением нагрузки, затем к. п. д. достигает максимального значения (обычно при нагрузке, близкой к номинальной) и при больших нагрузках уменьшается (рисунок 1). Последнее объясняется тем, что отдельные виды потерь (электрические Iа2rа и добавочные) растут быстрее, чем полезная мощность.

Прямой и косвенный методы определения коэффициента полезного действия

Прямой метод определения к. п. д. по экспериментальным значениям P1 и P2 согласно формуле (1) может дать существенную неточность, поскольку, во-первых, P1 и P2 являются близкими по значению и, во-вторых, их экспериментальное определение связано с погрешностями. Наибольшие трудности и погрешности вызывает измерение механической мощности.

Если, например, истинные значения мощности P1 = 1000 кВт и P2 = 950 кВт могут быть определены с точностью 2%, то вместо истинного значения к.Кпд постоянного двигателя тока: КПД электродвигателей | Полезные статьи п. д.

η = 950/1000 = 0,95

можно получить

или

Поэтому ГОСТ 25941-83, «Машины электрические вращающиеся. Методы определения потерь и коэффициента полезного действия», предписывает для машин с η% ≥ 85% косвенный метод определения к. п. д., при котором по экспериментальным данным определяется сумма потерь pΣ.

Подставив в формулу (1) P2 = P1 — pΣ, получим

(3)

Применив здесь подстановку P1 = P2 + pΣ, получим другой вид формулы:

(4)

Так как более удобно и точно можно измерять электрические мощности (для двигателей P1 и для генераторов P2), то для двигателей более подходящей является формула (3) и для генераторов формула (4). Методы экспериментального определения отдельных потерь и суммы потерь pΣ описываются в стандартах на электрические машины и в руководствах по испытанию и исследованию электрических машин. Если даже pΣ определяется со значительно меньшей точностью, чем P1 или P2, при использовании вместо выражения (1) формул (3) и (4) получаются все же значительно более точные результаты.

Условия максимума коэффициента полезного действия

Различные виды потерь различным образом зависят от нагрузки. Обычно можно считать, что одни виды потерь остаются постоянными при изменении нагрузки, а другие являются переменными. Например, если генератор постоянного тока работает с постоянной скоростью вращения и постоянным потоком возбуждения, то механические и магнитные потери являются также постоянными. Наоборот, электрические потери в обмотках якоря, добавочных полюсов и компенсационной изменяются пропорционально Iа², а в щеточных контактах – пропорционально Iа.Кпд постоянного двигателя тока: КПД электродвигателей | Полезные статьи Напряжение генератора при этом также приблизительно постоянно, и поэтому с определенной степенью точности P2 ∼ Iа.

Таким образом, в общем, несколько идеализированном случае можно положить, что

или

где коэффициент нагрузки

Kнг = I / Iн = P2 / P

(6)

Определяет относительную величину нагрузки машины.

Суммарные потери также можно выразить через kнг:

pΣ = p0 + kнг × p1 + kнг² × p2,

(7)

где p0 – постоянные потери, не зависящие от нагрузки; p1 – значение потерь, зависящих от первой степени kнг при номинальной нагрузке; p2 – значение потерь, зависящих от квадрата kнг, при номинальной нагрузке.

Подставим P2 из (5) и pΣ из (7) в формулу к. п. д.

Тогда

(8)

Установим, при каком значении kнг к. п. д. достигает максимального значения, для чего определим производную dη/dkнг по формуле (8) и приравняем ее к нулю:

Это уравнение удовлетворяется, когда его знаменатель равен бесконечности, т. е. при kнг = ∞. Этот случай не представляет интереса. Поэтому необходимо положить равным нулю числитель. При этом получим

Таким образом, к. п. д. будет максимальным при такой нагрузке, при которой переменные потери kнг² × p2, зависящие от квадрата нагрузки, становятся равными постоянным потерям p0.

Значение коэффициента нагрузки при максимуме к.Кпд постоянного двигателя тока: КПД электродвигателей | Полезные статьи п. д., согласно формуле (9),

(10)

Если машина проектируется для заданного значения ηмакс, то, поскольку потери kнг × p1 обычно относительно малы, можно считать, что

p0 + p2 ≈ pΣ = const.

Изменяя при этом соотношение потерь p0 и p2, можно достичь максимального значения к. п. д. при различных нагрузках. Если машина работает большей частью при нагрузках, близких к номинальной, то выгодно, чтобы значение kнг [смотрите формулу (10)] было близко к единице. Если машина работает в основном при малых нагрузках, то выгодно, чтобы значение kнг [смотрите формулу (10)] было соответственно меньше.

Источник: Вольдек А. И., «Электрические машины. Учебник для технических учебных заведений» – 3-е издание, переработанное – Ленинград: Энергия, 1978 – 832с.

6.8 Потери и кпд машин постоянного тока

При
работе генератора (или двигателя)
постоянного тока полезная (выходная)
мощность, отдаваемая машиной, всегда
меньше подводимой от первичного
двигателя (или сети) за счет наличия
нескольких видов потерь мощности.

Электрические
потери
возникают
в обмотке якоря, в обмотке возбуждения,
обмотке добавочных полюсов и в щеточном
контакте.

Потери
в стали

складываются из потерь на перемагничивание
(гистерезис) и вихревые токи в стальном
сердечнике якоря при его вращении в
постоянном магнитном поле.

Механические
потери

обусловлены потерями на трение в
подшипниках, щеток о коллектор, потерями
на вентиляцию и составляют от (1…4)%.

Добавочные
потери

обусловлены потерями в стали полюсных
наконечников от пульсации магнитного
потока при вращении зубчатого якоря,
и составляют 1% от отдаваемой мощности
для генераторов и 1% от потребляемой
мощности для двигателей.Кпд постоянного двигателя тока: КПД электродвигателей | Полезные статьи

КПД
машины определяется отношением полезной
мощности Р2
к потребляемой мощности Р1
и
составляется: для генераторов

(6.2)

где
UI –
мощность, отдаваемая потребителю; ∑∆Р
– суммарные потери.

Для двигателей

(6.3)

где
UI
– мощность, потребляемая двигателем
от сети.

КПД
машины постоянного тока зависит от
нагрузки (рисунок 6.9) и при номинальной
мощности составляет от 75 до 95%.

Рисунок
6.9 – Зависимость КПД машины постоянного
тока от нагрузки

7 Асинхронные и синхронные машины

Лекция
7

Цель
лекции:
Ознакомление
с устройством, принципом действия,
режимами работы и основными характеристиками
асинхронных и синхронных машин.

Асинхронные машины

7.1. Устройство асинхронных машин

Асинхронные
машины являются самым распространенным
видом бесколлекторных электрических
машин переменного тока. Асинхронная
машина – машина переменного тока, у
которой в установившемся режиме
магнитное поле статора, участвующее в
основном процессе преобразования
энергии, и ротор вращаются с разными
скоростями.

Преобладающее
применение имеют асинхронные
двигатели
,
составляющие основу современного
электропривода: привод устройств
автоматики, бытовые электроприборы,
привод крупного горного оборудования.

Асинхронные
двигатели могут быть как однофазными,
так и трехфазными. Кроме асинхронных
двигателей, преобразующих электрическую
энергию переменного тока в механическую
энергию, имеются асинхронные машины,
выполняющие функции преобразователя
частоты, регулятора напряжения и
фазорегулятора
.Кпд постоянного двигателя тока: КПД электродвигателей | Полезные статьи

Асинхронный
двигатель состоит из двух частей,
разделенных воздушным зазором:
неподвижного статора
и вращающегося ротора.
Каждая из этих частей имеет сердечник
и обмотку. Обмотка статора включается
в сеть и является первичной, а обмотка
ротора – вторичной, так как энергия в
нее поступает из обмотки статора за
счет магнитной связи между этими
обмотками. По конструкции асинхронные
двигатели разделяются на двигатели: с
короткозамкнутым ротором

и двигатели с
фазным ротором
.

Двигатели
трехфазного асинхронного двигателя с
короткозамкнутым ротором
,
(рисунок
7.1) имеют наиболее широкое применение.
Статор
состоит из
корпуса и сердечника с трехфазной
обмоткой. Каждая фазная обмотка состоит
из одной или нескольких катушечных
групп, которые располагаются по
окружности статора на одинаковом
расстоянии друг от друга. Фазные обмотки
соединяются треугольником или звездой
и подключаются к трехфазной сети. Корпус
двигателя отливают из алюминиевого
сплава или из чугуна. Поверхность
корпуса имеет продольные ребра для
охлаждения двигателя. В корпусе
расположен
сердечник
статора, имеющий шихтованную конструкцию:
отштампованные листы из тонколистовой
электротехнической стали толщиной 0,5
мм покрыты слоем изоляционного лака,
собраны в пакет и скреплены скобами
или сварными швами. Такая конструкция
уменьшает вихревые токи, возникающие
в процессе перемагничивания сердечника
вращающимся магнитным полем. На
внутренней поверхности сердечника
статора имеются продольные пазы, в
которых расположены пазовые части
обмотки статора, соединенные лобовыми
частями.

В
расточке статора расположен ротор,
состоящий из вала и сердечника с
обмоткой, представляющей собой
алюминиевые или медные стержни,
расположенные в пазах сердечника ротора
и замкнутые с двух сторон короткозамыкающими
кольцами. Сердечник ротора также имеет
шихтованную конструкцию, но листы
ротора не покрыты изоляционным лаком,
а имеют на своей поверхности тонкую
пленку окисла.Кпд постоянного двигателя тока: КПД электродвигателей | Полезные статьи

Другая
разновидность трехфазных асинхронных
двигателей – двигатели
с фазным ротором

конструктивно
отличается устройством ротора, который
имеет более сложную конструкцию. На
валу ротора закреплен шихтованный
сердечник с трехфазной обмоткой,
выполненной аналогично обмотке статора.
Эту обмотку соединяют звездой, а ее
концы присоединяют к трем контактным
кольцам, на которые накладывают по две
щетки, располагаемые в щеткодержателях
на валу. Асинхронные двигатели с фазным
ротором имеют более сложную конструкцию
и менее надежны, но обладают лучшими
регулировочными и пусковыми свойствами.

Рисунок
7.1. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым
ротором:

1
– вал; 2, 6 – подшипники; 3, 7 – подшипниковые
щиты; 4 –коробка выводов; 5, 8 – вентилятор
и его кожух; 9 – сердечник ротора с
короткозамкнутой обмоткой; 10 – сердечник
статора с обмоткой; 11– корпус; 12 – лапы

Кпд двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением

Электрические машины постоянного тока.

Генератор с параллельным возбуждением.

Ток отдаваемый генератором в сеть:

Эдс. генератора: Е= U+Iя ∙Rя.

Мощность отдаваемая сети: Р2 = U∙I =I 2 ∙R

Мощность приводного двигателя: Р1 = Р2/ η

Мощность потерь в обмотке якоря:

Мощность потерь в обмотке возбуждения:

Рв = U ∙Iв = I 2 в∙ Rв

Суммарные потери: ΣР = Р1 – Р2 .

Коэффициент полезного действия генератора:

η = Р2/Р1 = U∙I / (U∙I+ ΣР)

Двигатель с параллельным возбуждением.

Ток двигателя: I = Iя + Iв

Напряжение двигателя: U = E + Iя ∙Rя.

Мощность потребляемая от сети: Р1 = U∙I

Момент на валу двигателя:

Коэффициент полезного действия двигателя:

Пример 6.1.Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением развивает номинальное напряжение Uн =220 В. Генератор нагружен на нагрузку Rн = 2,2 Ом.Кпд постоянного двигателя тока: КПД электродвигателей | Полезные статьи Сопротивление обмотки якоря Rя = 0,2 Ом, обмотки возбуждения Rв =220 Ом. КПД генератора η = 0,87. Определить следующие величины:

1.ток нагрузки; 2. ток якоря; 3. ток возбуждения; 4. эдс генератора;

5.полезную мощность; 6. потребляемую мощность; 7. суммарные потери в генераторе; 8. потери в обмотке якоря; 9. потери в обмотке возбуждения.

3.Ток якоря: Iя = I – Iв = 100 – 1= 99 А.

Е = U+ Iя ∙Rя = 220 + 99∙0,1 = 229,9 В.

Р2 = Uн∙I = 220∙100 = 22000 Вт = 22 кВт.

7.Суммарные потери в генераторе:

ΣР = Р1– Р2 = 25,87 – 22 = 3,87 кВт.

8.Потери в обмотке якоря:

Ря = Iя 2 ∙Rя = 99 2 ∙0,2 = 1960,2 Вт.

9.Потери в обмотке возбуждения:

Рв = Uн∙Iв = 220∙1 = 220 Вт.

Ответ: I = 100А; Iв = 1 А; Iя = 99 А; Е = 229,9 В; Р2 = 22 кВт;

Р1 = 25,87 кВт; ΣР = 3,87 кВт; Ря = 1960,2 Вт; Рв = 220 Вт.

Пример 6.2.Рис.8.2.Двигатель постоянного токапараллельного возбуждения работает от сети Uн = 220 В. Частота вращения якоря n2 = 1450 об/мин. Ток двигателя I = 500 А, противо–эдс якоря Е = 202 В, сопротивление обмотки возбуждения Rв = 44 Ом. Кпд двигателя

η = 0,88. Определить:1.ток возбуждения; 2.ток якоря; 3. сопротивление обмотки якоря; 4.потребляемую мощность; 5.полезную мощность на валу; 6 Суммарные потери в двигателе; 7.потери в обмотке якоря; 8.потери в обмотке якоря; 9.вращающий момент на валу.

1. Ток возбуждения:

Iя = I – Iв = 500 –5 = 495 А.

3. Сопротивление обмотки якоря:

4. Потребляемая мощность от сети:

Р1 = Uн∙I = 220 ∙500 = 110 000 Вт = 110 кВт.

5. Полезная мощность на валу:

Р2 = P1∙ η = 110 ∙ 0,87 = 95,7 кВт.

6. Суммарные потери в двигателе:

ΣР = Р1 – P2 = 110 – 95,7 = 14,3 кВт.

7. Потери в обмотке возбуждения:

Pв = Uн∙Iв = 220∙5 = 1100 Вт =1,1 кВт.

8. Потери в обмотке якоря:

Ря = Iя 2 ∙ Rя =495 2 ∙0,016 = 3920,4 Вт = 3,92 кВт.

9. Вращающий момент на валу:

Ответ: Iв = 5 А,Iя = 495 А, Rя = 0,016 Ом,Р1 = 110 кВт, Р2 = 95,7 кВт,

ΣР = 14,3 кВт, Pв = 1,1 кВт, Ря =3,92 кВт М = 630,7 Нм.Кпд постоянного двигателя тока: КПД электродвигателей | Полезные статьи

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Учись учиться, не учась! 10453 —

| 7914 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Электродвигателем параллельного возбуждения называется двигатель постоянного тока, обмотка возбуждения которого включена параллельно обмотке якоря (рис. 1). При снятии характеристик к цепи якоря подводится номинальное напряжение Uн=const.

Рис. 1 — Схема двигателя параллельного возбуждения

Ток, потребляемый двигателем из сети, определяется суммой I=Ia+Iв, ток возбуждения обычно равен Iв=(0,03. 0,04) Iн. Все характеристики двигателя снимаются при постоянных сопротивлениях в цепях возбуждения rв=const и якоря

Зависимость n=f (Ia) при Uн=const и Iв=const

Из уравнения ЭДС для электродвигателя

Как видно из выражения,частота вращения двигателя зависит от двух факторов — изменения тока нагрузки и потока. При увеличении тока нагрузки падение напряжения в сопротивлении цепи якоря увеличивается, а частота вращения двигателя уменьшается.

Поперечная реакция якоря размагничивает двигатель, т.е. с ростом тока Ia уменьшается поток и, следовательно, увеличиваются обороты двигателя. Таким образом, оба фактора действуют в отношении оборотов машины встречно и вид скоростной характеристики будет определяется их результирующим действием.

На рис. 2 показаны три разные скоростные характеристики двигателя (кривые 1,2,3). Кривая 1 — скоростная характеристика при преобладании влияния Ia∑r,кривая 2 — оба фактора приблизительно уравновешиваются, кривая 3 — преобладает фактор размагничивающего действия реакции якоря.Кпд постоянного двигателя тока: КПД электродвигателей | Полезные статьи

Рис. 2 — Характеристики двигателя параллельного возбуждения

Ввиду того, что в реальных двигателях изменение потока Ф незначительно, скоростная характеристика является практически прямой линией. На ряде современных машин параллельного возбуждения для компенсации влияния поперечной реакции якоря устанавливается дополнительная стабилизирующая обмотка возбуждения, которая полностью или частично компенсирует влияние реакции якоря.

Нормальной формой скоростной характеристики, при которой обеспечивается устойчивая работа двигателя, является характеристика вида кривой 1.

Наклон характеристики определяется величиной сопротивления цепи якоря Σr без учета реакции якоря. Когда добавочных сопротивлений в цепь якоря не включено, характеристика называется естественной. Естественная характеристика двигателя параллельного возбуждения достаточно жесткая. Обычно , где no — частота вращения при холостом ходе. При включении в цепь якоря добавочных сопротивлений Rрг, наклон характеристик увеличивается, они становятся «мягкими» и называются искусственными или реостатными.

Моментная характеристика – это зависимость М=f (Ia) при rв=const, U=Uн и Σr=const. В установившемся режиме работы двигателя согласно

имеем Mэм = M2+M = смIaФ. Если бы в процессе работы машины поток Ф не изменялся, то моментная характеристика представляла бы собой прямую (характеристика 4, рисунок 2). В действительности поток Ф с ростом тока Ia несколько уменьшается из-за размагничивающего действия реакции якоря, поэтому моментная характеристика слегка наклонена вниз (кривая 5). Характеристика полезного момента располагается ниже кривой электромагнитного момента на величину момента холостого хода (кривая 6).

Характеристика КПД η=f (Ia) снимается при U=Uн, rв=const, Σr=const и имеет типичный для электродвигателей вид (характеристика 7 на рис.Кпд постоянного двигателя тока: КПД электродвигателей | Полезные статьи 2). КПД быстро растет при увеличении нагрузки от холостого хода до 0,25Рн , достигает максимального значения при Р=(0,5. 0,75) Рн, а затем до Р=Рностается почти неизменным. Обычно в двигателях малой мощности η=0,75. 0,85, а в двигателях средней и большой мощности η=0,85. 0,94.

Механическая характеристика представляет зависимость n=f (M) при U=Uн, Iв=const и Σr=const. Аналитическое выражение для механической характеристики можно получить из уравнения ЭДС электродвигателя

Определив ток Iа из выражения М = сеIaФ и подставив это значение тока в выражение выше, получим

Если пренебречь реакцией якоря и считать, что поток Ф не изменяется, то механические характеристики электродвигателя параллельного возбуждения можно представить в виде прямых (рис. 3), наклон которых зависит от величины сопротивления Rрг включенного в цепь якоря. При Rрг=0 характеристика называется естественной.

Рис. 3 — Механические характеристики двигателя параллельного возбуждения

Следует помнить, что при обрыве цепи возбуждения Iв=0 обороты двигателя n→∞, т.е. двигатель идет «вразнос», поэтому его необходимо немедленно отключить от сети.

Читайте также:

  1. GE Capital: двигатель роста
  2. Активная часть двигательного аппарата
  3. Анализ цепей с параллельным соединением элементов и их решение.
  4. Асинхронный двигатель переменного тока
  5. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором и фазным ротором
  6. Асинхронный двигатель с полым ротором
  7. В двигательной подготовке
  8. В двигательной подготовке
  9. Взаимодействие двигательных навыков.
  10. Возможность и условия коррекции физ. развития, телосложения, двигательной и функциональной подготовленности ср-вами физ. культуры и спорта.
  11. Вопрос 40. Быстрота простой и сложной двигательной реакции и методика их направленного развития.Кпд постоянного двигателя тока: КПД электродвигателей | Полезные статьи
  12. Вопрос Работа машины постоянного тока в режиме двигателя. Двигатель постоянного тока с независимым возбуждением.

Ток двигателя: I = Iя + Iв

Напряжение двигателя: U = E + Iя ∙Rя.

Мощность потребляемая от сети: Р1 = U∙I

Момент на валу двигателя: М = 9550∙ Р2 / n2.

Коэффициент полезного действия двигателя: η = Р21 = (U∙I- ΣР) / U∙I

Пример 8.1.Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением развивает номинальное напряжение Uн =220 В. Генератор нагружен на наг- рузку Rн = 2,2 Ом. Сопротивление обмотки якоря Rя = 0,2 Ом, обмотки возбуждения Rв =220 Ом. КПД генератора η = 0,87. Определить следую- щие величины:

1.ток нагрузки; 2. ток якоря; 3. ток возбуждения; 4. эдс генератора;

5.полезную мощность; 6. потребляемую мощность; 7. суммарные потери в генераторе; 8. потери в обмотке якоря; 9. потери в обмотке возбуждения.

Iя = I – Iв = 100 – 1= 99 А.

Е = U+ Iя ∙Rя = 220 + 99∙0,1 = 229,9 В.

Р2 = Uн∙I = 220∙100 = 22000 Вт = 22 кВт.

7.Суммарные потери в генераторе:

ΣР = Р1– Р2 = 25,87 – 22 = 3,87 кВт.

8.Потери в обмотке якоря:

Ря = Iя 2 ∙Rя = 99 2 ∙0,2 = 1960,2 Вт.

9.Потери в обмотке возбуждения:

Рв = Uн∙Iв = 220∙1 = 220 Вт.

Ответ: I = 100А; Iв = 1 А; Iя = 99 А; Е = 229,9 В; Р2 = 22 кВт;

Р1 = 25,87 кВт; ΣР = 3,87 кВт; Ря = 1960,2 Вт; Рв = 220 Вт.

Пример 8.2.Рис.8.2.Двигатель постоянного токапараллельного возбуждения работает от сети Uн = 220 В. Частота вращения якоря n2 = 1450 об/мин. Ток двигателя I = 500 А, противо–эдс якоря Е = 202 В, сопротивление обмотки возбуждения Rв = 44 Ом. Кпд двигателя η = 0,88.

1.ток возбуждения; 2.ток якоря; 3. сопротивление обмотки якоря; 4.потребляемую мощность; 5.полезную мощность на валу; 6 Суммарные потери в двигателе; 7.потери в обмотке якоря; 8.потери в обмотке якоря;

9.Кпд постоянного двигателя тока: КПД электродвигателей | Полезные статьи вращающий момент на валу.

1. Ток возбуждения:

Iя = I – Iв = 500 –5 = 495 А.

3.Сопротивление обмотки якоря:

2.Потребляемая мощность от сети:

Р1 = Uн∙I = 220 ∙500 = 110 000 Вт = 110 кВт.

3.Полезная мощность на валу:

Р2 = P1∙ η = 110 ∙ 0,87 = 95,7 кВт.

4.Суммарные потери в двигателе:

ΣР = Р1 – Р2 = 110 – 95,7 = 14,3 кВт.

5.Потери в обмотке возбуждения:

Pв = Uн∙Iв = 220∙5 = 1100 Вт =1,1 кВт.

6.Потери в обмотке якоря:

Ря = Iя 2 ∙ Rя =495 2 ∙0,016 = 3920,4 Вт = 3,92 кВт.

7.Вращающий момент на валу:

Ответ: Iв = 5 А, Iя = 495 А, Rя = 0,016 Ом, Р1 = 110 кВт, Р2 = 95,7 кВт,

ΣР = 14,3 кВт, Pв = 1,1 кВт, Ря =3,92 кВт, М = 630,7 Нм.

Задача 8.(Варианты 1-25) Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением отдает полезную мощность Р2 при напряжении Uн Генератор нагружен на нагрузку Rн. Сопротивление обмотки якоря Rя, обмотки возбуждения Rв, КПД генератора η. Ток в нагрузке Iн, ток в цепи якоря Iя, в обмотке возбуждения Iв. Эдс генератора Е. Генератор приводится во вращение двигателем мощностью Р1. Потери мощности в цепи якоря Ря, в обмотке возбуждения Рв, суммарные потери мощности ΣР. Кпд генератора η. Определить величины указанные прочерками в таблице вариантов. Пояснить причины снижения напряжения на выводах с ростом нагрузки.

Данные выбрать из таблицы 8.1.

Задача 8.Варианты 25-50) Двигатель постоянного тока параллельным возбуждением развивает полезную мощность на валу Р2, потребляя сети ток I при напряжении Uн. Ток в цепи якоря Iя, в обмотке возбуждения Iв. Частота вращения якоря n. Двигатель потребляет из сети мощность Р1.Полезный вращающий момент на валу М. В якоре двигателя наводится противо – эдс Е. Сопротивление обмотки якоря Rя, обмотки возбуждения Rв, Потери мощности в цепи якоря Ря, в обмотке возбуждения Рв, суммарные потери мощности ΣР, кпд η. Определить величины указанные прочерками в таблице вариантов.Кпд постоянного двигателя тока: КПД электродвигателей | Полезные статьи Пояснить возбуждение протво- эдс в обмотке якоря.

Данные выбрать из таблицы 8.2.

Вар- иантР1 кВтР2 кВтƩР кВтµU BI AE BIа АIв АRа ОмRв ОмPа ВтPв ВтRн Ом
2,552,9
4,00,0557,5
0,0719,1
0,72
0,006
0,082
0,867,60,084
32,50,018,5
25,92,62,3
9,20,861,44
0,890,0339,7
0,0119,6
0,88119,5
7,8
5,60,8127,5
0,87122,50,08
1,80,0718,2
0,8869,61,530,128
0,8838,33
0,907,80,02
5,5
4,53,60,25
0,7917,414,4
55,50,04
0,843,76

Дата добавления: 2015-05-06 ; Просмотров: 2548 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

КПД электродвигателя и коррекция коэффициента мощности

В настоящее время вопросы повышения энергоэффективности электроприводов выходят на первый план в промышленных приложениях.Кпд постоянного двигателя тока: КПД электродвигателей | Полезные статьи В статье рассмотрены такие методы улучшения КПД электродвигателя как применение оптимальных алгоритмов управления и контроль коэффициента мощности (ККМ). Показано, что активная ККМ позволяет существенно улучшить энергоэффективность системы. Описаны различные варианты построения архитектуры выпрямителя и инвертора электродвигателя с активной ККМ и методы реализации алгоритмов управления с помощью DSP, ASSP и FPGA.

Возможная экономия электроэнергии от повышения КПД электродвигателей во всем мире чрезвычайно высока. Совсем недавно (в марте 2009 г.) в ЕС были разработаны обязательные «Стандарты на минимально допустимую энергоэффективность» (Minimum Efficiency Performance Standards — MEPS), которые будут введены в действие в период с 2011 по 2017 гг.
Повышение КПД электродвигателей может быть достигнуто несколькими путями. Первый из них связан с самим электродвигателем, в котором усовершенствована конструкция и используются материалы с улучшенными свойствами. Другой метод заключается в оптимизации угла между вращающимися магнитными полями в электродвигателе, что достигается с помощью усовершенствованных алгоритмов управления электродвигателем, например за счет пространственно-векторного управления, или управления ориентацией поля. Такой метод обеспечивает оптимальный угол (как правило, около 90°) между магнитными полями ротора и статора электродвигателя при различных скоростях и крутящих моментах.
Благодаря таким алгоритмам можно улучшить и другие динамические характеристики электродвигателя. Одним из самых значительных преимуществ новых алгоритмов управления является эффективное регулирование частоты вращения электродвигателей, которое позволяет сэкономить большую часть потребляемой мощности.

Коррекция коэффициента мощности в сети питания

Одним из вопросов, которые связаны с общей эффективностью электроприводов и часто не принимаются во внимание разработчиками системы, является контроль коэффициента мощности.
В странах ЕС требуется ККМ для источников питания номинальной мощностью более 75 Вт (согласно стандарту IEC 555), а также ограничение гармонических искажений сетевого тока, которые наводятся источниками питания (IEC/EN61000-3-2).Кпд постоянного двигателя тока: КПД электродвигателей | Полезные статьи Эти стандарты требуют контроля входного тока вплоть до 40-й гармоники линейной частоты.
Асинхронные электродвигатели переменного тока с фиксированной скоростью вращения, подключенные непосредственно к сетевому напряжению, представляют собой индуктивную нагрузку для сети переменного тока. Для борьбы с низкой эффективностью таких электродвигателей на промышленных предприятиях часто включают компенсирующую емкостную нагрузку в питающую сеть.
С помощью централизованного контроллера коэффициента мощности, работающего на базе измерения реактивного тока в момент включения и отключения электродвигателей на предприятии, можно автоматически подключать или отключать конденсаторы определенной емкости. Другим вариантом является использование ненагруженного электродвигателя-генератора в качестве искусственного конденсатора, называемого синхронным компенсатором; обычно одно такое устройство используется для целого предприятия. Чем ближе находится компенсирующий конденсатор к электродвигателям, тем лучше, т.к. между индуктивной и емкостной нагрузками имеется реактивная составляющая тока. Заметим, что генерируемый производителем электроэнергии сетевой ток может иметь практически резистивный характер, а реактивная его часть почти полностью скомпенсирована.

ККМ в современных электроприводах

Несмотря на то, что современные электроприводы обеспечивают множество функций, у них имеется, по крайней мере, один недостаток. Для таких электроприводов простая схема емкостной ККМ не работает. Электроприводы, использующие контроллеры электродвигателей последнего поколения, выглядят для электрической сети как мощные AC/DC-источники питания. Без ККМ они представляют собой существенную нелинейную нагрузку. Если посмотреть на блок-схему электропривода (см. рис. 1), станет ясно, почему это так. Силовая электроника электропривода обычно состоит из двух основных частей: выпрямителя, который преобразует входное переменное напряжение сети в постоянное напряжение промежуточной шины питания, и инвертора, который преобразует постоянное напряжение шины в рабочую частоту и переменный ток.Кпд постоянного двигателя тока: КПД электродвигателей | Полезные статьи Во многих отношениях эти два блока дублируют друг друга: один блок эффективно преобразует переменный ток в постоянный, другой — постоянный в переменный. Суммарные энергетические потери этих двух блоков, которые фактически осуществляют преобразование из переменного напряжения в переменное напряжение с другими параметрами, превышают выигрыш в эффективности за счет оптимального контроля над фазой магнитного поля и регулирования скорости вращения электродвигателя.

Рис. 1. Блок-схема современного электропривода

Почти все однофазные AC/DC-пре­образователи имеют на входе двухполупериодный мостовой выпрямитель и накопительный конденсатор большой емкости, который поддерживает постоянное напряжение между пиковыми значениями половины периода входного синусоидального напряжения. Независимо от величины емкости, напряжение на конденсаторе слегка падает во время полупериода, поэтому с приходом следующего пика мост выпрямителя начинает проводить ток и разряжает конденсатор. Ток заряда конденсатора протекает, только когда входное напряжение больше напряжения на конденсаторе; когда оно меньше, выпрямитель выключается, и ток практически не протекает. В результате ток не является синусоидальным, как показано на рисунке 2. Низкий коэффициент мощности, вызванный присутствием высших гармоник тока, вызывает проблемы для компании-производителя электроэнергии. Гармоники приводят к искажению сигнала напряжения и даже могут вызвать разрушительный резонанс в электрической сети.

Рис. 2. Выходной ток выпрямителя без ККМ содержит большое число высших гармоник

Коэффициент мощности для такого выпрямителя может быть всего 0,5…0,6. Подобная ситуация возникает и в случае 3-фазной сети питания, однако в этом случае выпрямительный мост имеет шесть диодов вместо четырех и шесть фазовых пиков за период вместо двух.Кпд постоянного двигателя тока: КПД электродвигателей | Полезные статьи
Для систем малой мощности (менее 100 Вт) можно использовать пассивную коррекцию коэффициента мощности. В маломощных приложениях КПД электродвигателей с пассивной коррекцией может быть довольно высоким (например, 96%). В таких системах между входом сети переменного тока и мостовым выпрямителем включается фильтр низких частот, обычно состоящий из катушки индуктивности, конденсатора и резистора. В результате большая часть тока вытекает из электрической сети на частоте линии в полосе пропускания фильтра. Гармоники частоты линии несколько снижаются, и форма токового сигнала сглаживается. Для систем управления электродвигателями в общем случае пассивная ККМ не обеспечивает оптимальные характеристики из-за сравнительно невысокого полученного значения коэффициента мощности (обычно около 0,75) и больших размеров компонентов для мощных приложений.

Активная коррекция коэффициента мощности

Активная коррекция может обеспечить весьма высокий коэффициент мощности (0,98 и выше) при приемлемых размерах компонентов, хотя энергоэффективность может быть немного ниже, чем при пассивном методе коррекции (94% вместо 96%) из-за дополнительных переключающих компонентов. В одной из самых простых архитектур активной коррекции — схеме с катушкой индуктивности — между выпрямительным мостом и конденсатором помещается ключевой транзистор (MOSFET или IGBT) и диод в конфигурации повышающего импульсного источника питания (см. рис. 3).

Рис. 3. Усовершенствованный выпрямитель с активной коррекцией коэффициента мощности потребляет из сети ток, синфазный с напряжением сети

Повышающий AC/DC-преоб­ра­зо­ва­тель действует на основе следующего принципа: постоянное напряжение проме­жуточной шины выбирается выше, чем пиковое напряжение выпрямительного моста, поэтому импульс­ный конт­роллер работает в режиме повышения напряжения. Управляющий ключом Q контроллер регулирует рабочий цикл сигнала управления ключа так, чтобы поддерживать требуемый уровень тока и напряжения. Частота переключения выбирается намного выше частоты сети (скажем, 20 кГц). Небольшие пульсации тока на частоте переключения и гармоники тока можно отфильтровать с использованием пассивного фильтра на сетевом входе, подобно пассивной ККМ, однако это достигается значительно проще, т.к. пульсации тока меньше по амплитуде и выше по частоте.
Величина тока, вытекающего из сети переменного тока, контролируется так, чтобы кратковременный средний ток был синфазным с синусоидальным напряжением сети. Таким образом, ток через катушку приблизительно равен синусоидальному току полного периода, плюс-минус частотные компоненты тока. Средняя амплитуда выпрямленного тока полной волны контролируется в течение длительного периода времени, так что постоянное напряжение шины стабилизируется на заданной величине. Это означает, что средний ток, текущий от выпрямителя и катушки индуктивности (когда транзисторный ключ выключен), должен соответствовать среднему току, вытекающему из инвертора и электродвигателя.

Эффективность выпрямителя с ККМ

Конфигурация повышающего импульсного стабилизатора с коррекцией коэффициента мощности может быть очень эффективной. Несмотря на то, что входной ток шунтируется на землю во время первой фазы, теряется небольшое количество энергии из-за того, что падение напряжения на низкоомном ключе мало. Наибольшая часть энергии расходуется на формирование магнитного поля, и эта энергия восстанавливается и передается на конденсатор во время второй фазы.
Несмотря на то, что на диодах напряжение может несколько падать, для высоковольтных схем они не имеют особого значения. В случае их существенного влияния диоды можно заменить на транзисторы (MOSFET или IGBT) с меньшим значением напряжения включения, чем у диодов. С помощью контроллера транзисторы включаются в определенное время (а именно, когда напряжение на них переходит через ноль, подобно тому, как включался бы идеальный диод). Незначительные потери энергии наблюдаются во время переключения, когда транзистор еще полностью не включен или еще полностью не выключен; поэтому для каждого короткого отрезка времени переключения потери определяются величиной I2R. Кроме того, каждый рабочий период потери динамической энергии составляют CV2; они вызываются зарядом и разрядом емкости затвора транзистора.
Катушка индуктивности может иметь I2R-потери из-за постоянного сопротивления обмоток. Часто для минимизации динамических потерь, обеспечения более высокого тока и решения проблемы насыщения используется тороидная катушка без сердечника. Накопительный конденсатор должен иметь низкое последовательное сопротивление и быть надежным в условиях высокого тока переключения. Как и в любом импульсном источнике питания, все эти потери можно уменьшить за счет оптимизации схемы и тщательного выбора компонентов.

Усовершенствование базовой архитектуры

Базовую архитектуру активной ККМ, о которой говорилось выше, можно усовершенствовать различными способами. Например, ее можно адаптировать для питания от 3-фазной сети. Простой двухполупериодный выпрямитель для 3-фазного входа состоит из шести выпрямительных диодов, вместо четырех в однофазном выпрямителе. К сожалению, трудно получить высокий коэффициент мощности, используя только диоды, т.к. они проводят только половину периода синусоидального тока при наивысшем значении мгновенного напряжения. Для достижения более высокого коэффициента мощности синусоидальный ток полуволны должен протекать через все шесть ветвей входного моста при корректном соотношении фаз. Один способ решения этой проблемы заключается в использовании переключающего транзистора вместо шести диодов и управление им с помощью ШИМ-контроллера, который гарантирует протекание тока на каждой фазе.
Другой дополнительной функцией для системы выпрямителя/инвертора является обеспечение режима динамического торможения двигателя, или режима регенерации. В этом режиме инвертор отбирает ток от электродвигателя, который работает в генераторном режиме, в накопительный конденсатор, увеличивая напряжение шины постоянного тока. Одним из простых методов предотвращения выхода постоянного напряжения шины из режима стабилизации является выброс избыточного тока в резистивную нагрузку за счет еще одного ШИМ-контроллера. В зависимости от величины момента, приложенного к электродвигателю, избыточная энергия может быть весьма существенной. Она теряется впустую и может приводить к выделению значительного количества тепла.
Более сложным решением является модификация выпрямителя таким образом, чтобы он отдавал энергию в сеть переменного тока. Вместо потребления тока от электросети синфазно с напряжением на каждой фазе, контроллер выпрямителя возвращает ток в сеть, инвертируя фазу тока так, чтобы он был в противофазе с входным напряжением. Даже после инвертирования тока необходимо, чтобы коэффициент мощности имел приемлемую величину. Другими словами, ток должен быть синусоидальным, иметь точно противоположную фазу (не быть реактивным) и содержать мало гармоник. Он должен быть подобен току, который протекал бы при нагрузке в виде идеального отрицательного резистора. При таких условиях синусоидальный, не совпадающий по фазе ток, который поступает в электросеть во время торможения, может быть использован другими потребляющими синфазный ток устройствами, что снижает локальное потребление энергии в сети. Если другая потребляющая нагрузка отсутствует, измеритель мощности работает в обратном направлении, т.е. энергия возвращается в сеть.
Заметим, что в конфигурации для динамического торможения с 3-фазной сетью переменного тока выпрямитель выглядит почти как инвертор. Он действительно поддерживает оба режима: когда энергия потребляется из сети в шину постоянного тока (режим выпрямителя) и когда она передается из шины постоянного в сеть переменного тока (режим генератора, или инвертора).
Простой представленный выше повышающий ключ не способен выполнять все эти операции. Для решения таких задач применяется более сложная архитектура, например повышающе-понижающий 3-фазный выпрямитель с возможностью регенерации (см. рис. 4).

Рис. 4. Повышающе-понижающий 3-фазный выпрямитель с возможностью регенерации

Еще одним вариантом архитектуры является использование одного мощного выпрямителя для обеспечения DC-питанием множественных нагрузок, включая несколько инверторов, управляющих асинхронными двигателями.

Алгоритмы управления

Многие алгоритмы, применяемые в современных системах управления электродвигателями, используют сдвоенное управление выпрямителем (dual-in rectifier control). В результате реализуются системы, которые требуют одни и те же типы компонентов почти одинаковой сложности (по крайней мере, системы высокого класса) как для инверторов электродвигателей, так и выпрямителей с ККМ.
На рисунке 5 изображена блок-схема контроллера, который использует прямую связь по нагрузке для обеспечения быстрой реакции при ее изменении благодаря мониторингу колебаний постоянного напряжения шины из-за различных режимов работы электродвигателя. Блоки преобразования abc/dq и dq/abc (см. рис. 5) осуществляют прямое и обратное преобразование между вращающейся 3-фазной системой координат, синхронизированной с напряжением сети переменного тока, и стационарной системой координат, где применим пропорционально-интегральный закон управления. Модуль ШИМ управляет затворами семи ключевых транзисторов повышающе-понижающего выпрямителя.

Рис. 5. Блок-схема алгоритма управления повышающе-понижающего 3-фазного выпрямителя

Реализация контроллера

Простую систему ККМ, как и простую схему управления электродвигателем, можно реализовать несколькими методами. Один из самых распространенных способов — использование недорогого микроконтроллера (МК), которого обычно достаточно для двигателя постоянного тока и шагового двигателя или для простого однофазного повышающего стабилизатора. Некоторые компании предлагают микросхемы для специализированного применения (application specific standard product — ASSP), способные решать специфические задачи коррекции коэффициента мощности.
Системы среднего класса, такие как контроллеры для средних скоростей, можно реализовать с помощью одного из микроконтроллеров на базе DSP, предназначенного для управления электродвигателем. Эти чипы часто содержат специальные функции и блоки для поддержки электродвигателя, такие как измерители тока, компараторы и специализированные ШИМ-модули. Эти устройства адаптируются и для применения в выпрямителях среднего класса.
Если к системе предъявляются более высокие требования, МК на базе DSP не всегда могут справиться с задачей управления. Большинство DSP являются достаточно гибкими устройствами, но по своей природе они представляют собой последовательный конечный автомат, который выполняет лишь ограниченный объем вычислений за один тактовый цикл. Поскольку алгоритмы усложняются, частота выборки растет, и требуется более высокий уровень интеграции, то решения на базе DSP становятся либо нереализуемыми, либо слишком дорогими.
В этом случае идеальным решением является применение FPGA смешанного сигнала. Эти устройства обеспечивают множество специальных аналоговых функций (например, измерение тока), требуемых как для управления электродвигателем, так и для работы выпрямителя, а также содержат конфигурируемую матрицу логических элементов. В отличие от DSP, эти устройства могут выполнять множество вычислений параллельно, среди которых такие виды специализированных вычислений как расчет синусов и косинусов. Кроме того, FPGA потребляют заведомо меньше мощности, чем любой вид МК, выполняющих ту же функцию. Это объясняется тем, что лишь малая часть микроконтроллеров предназначена для вычислений; большая часть мощности этих устройств расходуется на пересылку данных, вызов следующей команды и т.д.
FPGA смешанного сигнала сочетает лучшие свойства двух видов устройств: программно-управляемый МК в программной или аппаратной реализации может быть совмещен с логикой, предназначенной для выполнения некоторых специализированных задач управления.
Еще одним интересным свойством FPGA является то, что эти устройства полностью включают в себя процессор, тогда как DSP, ASIC и ASSP не могут полностью включать в себя конфигурируемую логику.
FPGA обеспечивают высокую гибкость при разработке приложения. Например, если какой-либо алгоритм требует дополнительного модуля ШИМ, его можно без труда добавить в систему на базе FPGA. ШИМ-модуль, встроенный в DSP или ASSP, может либо не выполнять требуемый для конкретного приложения алгоритм, либо не учитывать особенности существующей схемы питания. С помощью FPGA ШИМ-модуль можно сконфигурировать точно под требования приложения. FPGA можно адаптировать для работы почти со всеми типами датчиков обратной связи (энкодеры, датчики на эффекте Холла, тахометры и т.д.), а также для реализации алгоритмов без датчиков на основе измерения противо-ЭДС электродвигателя.
FPGA смешанного сигнала позволяют значительно увеличить степень интеграции изделия. Одним из примеров такого рода служит реализация почти всех функций управления как для выпрямителя с высоким коэффициентом мощности, так и для инвертора управления электродвигателем на одном устройстве, включая многие другие функции. Другим распространенным приложением может быть включение более одного контроллера электродвигателя в один кристалл. Это было бы идеальным решением для многоканального электропривода, в котором один выпрямитель питает два и более инвертора электродвигателя. В устройстве на базе FPGA смешанного сигнала может быть достигнута более высокая частота выборки для высокоточных приложений с широким динамическим диапазоном.

Заключение

Модернизация электродвигателей и контроллеров для их управления позволяет существенно улучшить энергоэффективность системы в целом. В современных системах управления электродвигателями активная коррекция коэффициента мощности фактически является одним из обязательных требований, т.к. без нее электродвигатели представляют собой нелинейную нагрузку для сети переменного тока. Во многих странах появились стандарты, требующие применения не только более эффективных электродвигателей, но и усовершенствованных методов ККМ и снижения уровня гармоник в сетевом токе.
В то время как системы управления электродвигателями низкого и среднего класса могут сравнительно хорошо работать на базе микроконтроллеров, DSP и ASSP, для более совершенных алгоритмов и высокого уровня интеграции оптимальным решением является применение FPGA смешанного сигнала.

Литература

1. Richard Newell. Electric motor efficiency depends upon power factor. Part 1, Part 2//www.industrialcontroldesignline.com.
2. Power Factor Correction and Harmonic Control for DC Load. PQSoft Case Study.

Расчетные формулы параметров машин постоянного тока

В таблице 1 представлены расчетные формулы для определения основных параметров машин постоянного тока.

В данной таблице собраны все формулы, которые касаются расчета параметров машин постоянного тока.

Таблица 1 — Расчетные формулы для определения основных параметров машин постоянного тока

Наименование величинФормулыПринятые обозначения
Мощность, кВт

I – ток машины, А;
U – внешнее напряжение, В;
Ток генератора и двигателя, А

Iа – ток якоря;
Iв – ток параллельной обмотки возбуждения, А;
Внешнее напряжение, В

∑Ra – сумма сопротивлений якорной цепи, Ом;
Е – ЭДС машины, В;
ЭДС, В

N – число проводников обмотки якоря;
а – число пар параллельных ветвей в обмотке якоря;
р – число пар полюсов;
n – скорость вращения, об/мин.
Сопротивление якорной цепи, Ом

Ф – магнитный поток пары полюсов, вебер;
Rя, Rс, Rдоб. – сопротивления обмотки якоря, последовательной обмотки возбуждения и добавочных полюсов, Ом
Ориентировочной значение сопротивления цепи якоря, Ом

Значение коэффициента β двигателей различного типа возбуждения:
для независимого и параллельного возбуждения β=0,5;
для смешанного β=0,6;
для последовательного β=0,75;
КПД двигателя и генератора

∑∆Р – суммарные потери в машине, кВт;
Суммарные потери, кВт

∆Рх – потери холостого хода машины или постоянные потер, кВт;
∆Рв – потери на возбуждение, кВт;
∆Рмех. – механические потери на трение в подшипниках и о коллектор, кВт;
∆Рст. – магнитные потери в стали якоря, кВт;
∆Рвент. – вентиляционные потери, кВт;
∆Рдоб. – добавочные потери.
В некомпенсированных машинах
∆Рдоб. = 1%Рном, в компенсированных 0,5%, кВт;
kз – коэффициент загрузки;
∆Uщ = 2 В для графитных щеток;
∆Uщ = 0,6 В для металлографитных;
Переменные потери

Номинальный вращающий момент, кГм

См – конструктивная постоянная момента;
Ф – магнитный поток, вебер;
Расчетные коэффициенты для двигателя параллельного возбуждения

Скоростная характеристика двигателя

Искусственные скоростные характеристики

а) искусственная скоростная характеристика при введении добавочного сопротивления Rдоб. последовательно в цепь якоря;
б) искусственная скоростная характеристика двигателя при шунтировании якоря двигателя сопротивлением Rш;
α – коэффициент шунтирования.

Литература:

1. Справочная книга электрика. В.И. Григорьева, 2004 г.

Всего наилучшего! До новых встреч на сайте Raschet.info.

КПД генератора, параметры машин постоянного тока, ток генератора, ЭДС

Поделиться в социальных сетях

Благодарность:

Если вы нашли ответ на свой вопрос и у вас есть желание отблагодарить автора статьи за его труд, можете воспользоваться платформой для перевода средств «WebMoney Funding».

Данный проект поддерживается и развивается исключительно на средства от добровольных пожертвований.

Проявив лояльность к сайту, Вы можете перечислить любую сумму денег, тем самым вы поможете улучшить данный сайт, повысить регулярность появления новых интересных статей и оплатить регулярные расходы, такие как: оплата хостинга, доменного имени, SSL-сертификата, зарплата нашим авторам.

Что характеризует кпд электродвигателя. Кпд электродвигателей и что влияет на его значение

В электродвигателе при преобразовании электрической энергии в механическую часть энергии теряется в виде тепла, которое сразу рассеивается в различных частях мотора и частично – в окружающей среде. Все потери делятся на три вида: механические, обмоточные и потери в стали. Причем существуют еще и добавочные потери.

Расчет потерь в электрическом двигателе

  • Для расчета потерь в электродвигателе используют специальные формулы. На диаграммах можно заметить, что часть мощности, которая подается к статору из электросети, передается на ротор через зазор. Рэм – это электромагнитная мощность.
  • Потери мощности непосредственно в статоре – это слагаемое потерь на вихревые токи и на частичное перемагничивание сердечника самого статора. Если рассматривать потери в стали, они настолько незначительные, что редко принимаются во внимание. Объяснить такое можно достаточно просто. Скорость вращения самого статора электродвигателя значительно выше скорости, создаваемой магнитным потоком. Так происходит только в том случае, если скорость вращения ротора полностью соответствует техническим характеристикам электромотора, заявленным производителем.
  • Механическая мощность на валу ротора, как правило, меньше мощности Рэм ровно на количество потерь в обмотке. Механические потери в основном приходятся на определенное трение в подшипниках, а также на трение щеток, что характерно для электродвигателей с фазными роторами и на трение вращающихся частей, встречающих воздушную преграду.
  • Добавочные потери в асинхронных электродвигателях обусловлены наличием зубчатости статора и ротора, вихревых потоков в разных узлах электродвигателя и иными потерями. При расчете такие потери уменьшают КПД электродвигателя на половину процента от номинальной мощности.

КПД электродвигателя в расчетах

Коэффициент полезного действия асинхронного электродвигателя уменьшается на суммарность потерь мощности, которые рассчитываются по формуле. Общая же сумма потерь напрямую зависит от нагрузки электродвигателя. Чем выше нагрузка, тем больше потерь и меньше КПД.

Конструирование асинхронного электродвигателя производится с учетом всех потерь при максимальной нагрузке. Поэтому данный диапазон может быть достаточно широким. Большинство асинхронных электромоторов имеет коэффициент полезного действия 80-90%. Мощные моторы выпускают с КПД от 90 до 96%.

Электрические двигатели имеют высокий коэффициент полезного действия (КПД), но все же он далек от идеальных показателей, к которым продолжают стремиться конструкторы. Все дело в том, что при работе силового агрегата преобразование одного вида энергии в другой проходит с выделение теплоты и неминуемыми потерями. Рассеивание тепловой энергии можно зафиксировать в разных узлах двигателя любого типа. Потери мощности в электродвигателях являются следствием локальных потерь в обмотке, в стальных деталях и при механической работе. Вносят свой вклад, пусть и незначительный, дополнительные потери.

Магнитные потери мощности

При перемагничивании в магнитном поле сердечника якоря электродвигателя происходят магнитные потери. Их величина, состоящая из суммарных потерь вихревых токов и тех, что возникают при перемагничивании, зависят от частоты перемагничивания, значений магнитной индукции спинки и зубцов якоря. Немалую роль играет толщина листов используемой электротехнической стали, качество ее изоляции.

Механические и электрические потери

Механические потери при работе электродвигателя, как и магнитные, относятся к числу постоянных. Они складываются из потерь на трение подшипников, на трение щеток, на вентиляцию двигателя. Минимизировать механические потери позволяет использование современных материалов, эксплуатационные характеристики которых совершенствуются из года в год. В отличие от них электрические потери не являются постоянными и зависят от уровня нагрузки электродвигателя. Чаще всего они возникают вследствие нагрева щеток, щеточного контакта. Падает коэффициент полезного действия (КПД) от потерь в обмотке якоря и цепи возбуждения. Механические и электрические потери вносят основной вклад в изменение эффективности работы двигателя.

Добавочные потери

Добавочные потери мощности в электродвигателях складываются из потерь, возникающих в уравнительных соединениях, из потерь из-за неравномерной индукции в стали якоря при высокой нагрузке. Вносят свой вклад в общую сумму добавочных потерь вихревые токи, а также потери в полюсных наконечниках. Точно определить все эти значения довольно сложно, поэтому их сумму принимают обычно равной в пределах 0,5-1%. Эти цифры используют при расчете общих потерь для определения КПД электродвигателя.

КПД и его зависимость от нагрузки

Коэффициент полезного действия (КПД) электрического двигателя это отношение полезной мощности силового агрегата к мощности потребляемой. Этот показатель у двигателей, мощностью до 100 кВт находится в пределах от 0,75 до 0,9. для более мощных силовых агрегатов КПД существенно выше: 0,9-0,97. Определив суммарные потери мощности в электродвигателях можно достаточно точно вычислить коэффициент полезного действия любого силового агрегата. Этот метод определения КПД называется косвенным и он может применяться для машин различной мощности. Для маломощных силовых агрегатов часто используют метод непосредственной нагрузки, заключающийся в измерениях потребляемой двигателем мощности.

КПД электрического двигателя не является величиной постоянной, своего максимума он достигает при нагрузках около 80% мощности. Достигает он пикового значения быстро и уверенно, но после своего максимума начинает медленно уменьшаться. Это связывают с возрастанием электрических потерь при нагрузках, более 80% от номинальной мощности. Падение коэффициента полезного действия не велико, что позволяет говорить о высоких показателях эффективности электродвигателей в широком диапазоне мощностей.

Разработан электродвигатель нового типа

, обладающий значительно более высокой эффективностью, чем выпускающиеся сейчас. С возбуждением, от электромагнитов
, или от постоянных магнитов
. Вариантов конструктивного исполнения может быть много.

Все находится в полном соответствии с известными законами физики и законами сохранения энергии. Дело в том, что в известных электродвигателях только очень малая часть потребляемой мощности используется для создания работы, а основная часть тратится на преодоление так называемой обратной(или генераторной) ЭДС, возникающей согласно закону Ленца во вращающемся роторе. Во всех руководствах по электротехнике утверждается, что КПД электродвигателя может достигать 80-98%, но проведя необходимые исследования, я убедился, что это не так, а истинный КПД электродвигателя не превышает 5-10%, поэтому имеются огромные резервы для его увеличения, и соответственно улучшения экономичности электродвигателя во много раз.

С тех пор, как в 1821 году Эрстед продемонстрировал возникновение магнитного поля
вокруг проводника с током, электротехника начала стремительно развиваться.

Уже через несколько лет были установлены основные законы электротехники, созданы мощные электромагниты
, а также первые электродвигатели. Но удивительное дело: электромагниты
, создающие большую статическую силу магнитного взаимодействия и потребляющие при этом небольшую мощность, при работе электродвигателя
, когда ротор начинал вращаться, теряли свою силу и требовали увеличения напряжения, а следовательно и мощности для того, чтобы электродвигатель
мог совершать механическую работу.

Правильное объяснение этому явлению дал русский физик Ленц. Сейчас это явление можно кратко назвать противоЭДС.

Суть этого явления в том, что при движении относительно друг друга проводников с током или магнита
и проводника с током, в проводнике возникает напряжение, которое всегда направлено встречно питающему обмотку двигателя
, поэтому и приходится, для поддержания мощности двигателя
, увеличивать напряжение его питания. Получается странная картина: с одной стороны — мощное магнитное поле
и огромная сила взаимодействия катушек с ферромагнитными сердечниками друг с другом, при малой потребляемой мощности, а с другой, при относительно медленном движении катушек относительно друг друга уже требуется значительно увеличивать напряжения питания для поддержания силы магнитного
взаимодействия. Поэтому возникла мысль, что если удастся найти способ нейтрализовать влияние закона Ленца в электродвигателе, то можно получить огромный выигрыш в получаемой механической мощности, относительно затраченной электрической. В результате проведенных исследований были теоретически найдены и подтверждены опытным путем несколько частных случаев, когда закон Ленца не оказывает своего влияния на процессы, происходящие в электродвигателе, или значительно ослабляется. Это дает возможность создавать электродвигатели, которые способны на единицу затраченной электрической мощности, произвести от двух до десяти и больше единиц механической работы. При этом все остается в полном соответствии с любыми известными законами физики! Я не могу открыто говорить о конструктивных особенностях подобных двигателей, скажу только, что основные варианты мало отличаются от уже известных конструкций. Другие варианты совершенно не похожи на любые известные электродвигатели. Я даже не ожидал, что задача имеет такое множество решений! А взяться за решение подобной задачи меня побудила заметка, что около 50-и лет назад, в СССР, один умелец ездил на автомобиле «Москвич» с электромотором целый день, на энергии обычного автомобильного аккумулятора. Я сразу подумал о том, что его электромотор потреблял значительно меньшую мощность, чем развиваемая механическая и принял за аксиому, что раз было возможно тогда, то возможно и сейчас.

Сравнение электродвигателя без противоЭДС с обычным, по мощности потребления

Для простоты анализа возьмем любой коллекторный или вентильный двигатель
. Он состоит из ротора и статора. Обмотки возбуждения могут быть как на роторе со статором, так и только на одном роторе или статоре (если используются постоянные магниты
возбуждения). При подаче напряжения на двигатель
, ротор и статор начинают двигаться относительно друг друга, при этом в обмотках якоря или статора (если ротор возбуждается постоянными магнитами
), индуцируется ЭДС, направленная всегда против напряжения внешнего источника питания. По мере увеличения числа оборотов ротора (действительной или кажущейся линейной скорости движения проводника относительно магнитного поля
возбуждения) ток в обмотках под действием этой ЭДС уменьшается, соответственно уменьшается, и вращающий момент. Для его увеличения приходится повышать напряжение (мощность) питания электродвигателя
. В современных электродвигателях
практически вся мощность, подводимая для питания, расходуется на преодоление противодействующей ЭДС.

Например, серийный электродвигатель
постоянного тока типа 4ПН 200S имеет следующие характеристики:
мощность 60 кВт; напряжение 440 В; ток 149 А; частота вращения 3150/3500 об/мин; кпд 90,5%; длина статора 377 мм; диаметр ротора 250 мм, напряжение потерь 41,8 В; напряжение на преодоление индуцированной ЭДС 398,2 В; мощность на преодоление потерь 6228 Вт; вращающий момент (3500 об/мин) 164,6 Нм.

Получается, что если мы избавимся от противоЭДС, то для питания двигателя
нужен источник напряжения не 440 вольт, а только 42 вольта, при том же токе 150А. Поэтому потребляемая мощность при полной нагрузке составит 6300 ватт при механической выходной мощности 60 кВт. Регулировка выходной мощности двигателя
без противоЭДС может осуществляться изменением напряжения питания или импульсным регулированием.

В результате сравнительного анализа мы видим, что использование электродвигателя
без противоЭДС способно в корне изменить всю экономику человечества. Это один из способов навсегда отказаться от использования органического топлива для энергетических и транспортных потребностей человечества. В самом деле, подобные электродвигатели, возможно, соединить на одном валу с генераторами небольшой мощности и получить самопитаемую систему! Только для запуска требуется аккумулятор. А ведь есть еще и разработки безтопливных генераторов, которые могут использоваться совместно с электродвигателями данного типа. При этом возникает большая экономия, так как требуется генератор гораздо меньшей мощности. Совместное использование БТГ и описанных электродвигателей
позволит в ближайшем будущем выпускать абсолютно автономные электромобили, способные двигаться без всякого топлива до тех пор, пока не износятся механически. На таком принципе можно строить большинство известных сегодня транспортных средств. В том числе и самолеты, и даже космические аппараты, ведь есть варианты и электрических полевых устройств, создающих тягу без отбрасывания массы. Это совершенно новая эра в истории человечества и трудно даже предположить последствия применения подобных конструкций.

Двигатель
прост по конструкции и недорог.

Отличие от существующих двигателей
небольшое. Но при этом, предлагаемый двигатель
будет потреблять в несколько раз меньшую мощность, чем равный ему по характеристикам промышленный.

КПД двигателя
не превысит 100%
, это невозможно. Просто он гораздо эффективнее преобразует электрическую энергию в механическую. Обычные электродвигатели
, имеют самый высокий КПД только в узком диапазоне нагрузок, но и при этом он очень далек от указываемого производителем.

Проведенные практические опыты показали, что на единицу израсходованной электрической энергии, новый двигатель
, сможет выработать в несколько раз большую механическую мощность. Испытание макета двигателя
полностью подтвердило теорию. Выходная, механическая мощность, в три раза превысила, потребляемую электрическую. Для эксперимента был изготовлен один из самых простых и неэффективных вариантов двигателя
. Данный двигатель
разместили на одной раме с автомобильным генератором от автомобиля «Жигули», соединив клиноременной передачей их шкивы. Двигатель
питался от сети 220 вольт. Для управления двигателем
был использован механический коммутатор, а не электронный, что также значительно снизило эффективность его работы. В качестве нагрузки генератора использовались автомобильные лампы. При этом потребляемая двигателем
мощность (по постоянному току) составила 140 ватт. Измерив мощность на выходе генератора на лампочках(тоже по постоянному току), получили 160 ватт электрической мощности. Известно, что автомобильные генераторы имеют КПД, не превышающий 60%, поэтому механическая мощность на валу двигателя
была значительно выше, чем электрическая на выходе генератора. К сожалению, не было возможности достать на 220 вольт необходимой мощности и проверить устройство в режиме самозапитки. А от того генератора, что использовался, это было невозможно. Но и в этом виде, испытания показали, что возможно получение большей механической мощности, чем затрачено электрической. Используя электронный Блок Управления двигателем
, можно значительно улучшить параметры. Исследования на другом макете(электромагнитных взаимодействий) показало, что реально достичь отношения входная электрическая/выходная механическая мощность 1/20, а немного усложнив конструкцию, показатели можно улучшить в несколько раз.

Инструкция

Определение КПД
двигателя
внутреннего сгоранияНайдите в технической документации мощность данного двигателя
внутреннего сгорания . Залейте в него топливо, это может быть бензин или дизельное топливо, и заставьте проработать на максимальных оборотах некоторое время, которое замеряйте с помощью секундомера, в секундах . Слейте остатки и определите объем сгоревшего топлива, отняв от первоначального объема конечный. Найдите его массу, умножив объем, переведенный в м³, на его плотность в кг/ м³.

Для определения КПД
мощность двигателя
умножьте на время и поделите на произведение массы затраченного топлива на его удельную теплоту сгорания КПД
=P t/(q m). Чтобы получить результат в процентах , получившееся число умножьте на 100.

Если нужно измерить КПД
двигателя
автомобиля, а мощность его неизвестна, но известна масса, для определения полезной работы разгонитесь на нем из состояния покоя до скорости 30 м/с (если это возможно), измерив массу затраченного топлива. Затем массу автомобиля умножьте на квадрат его скорости, и поделите на удвоенное произведение массы затраченного топлива на удельную теплоту его сгорания КПД
=М v²/(2 q m).

Определение КПД
электродвигателя
Если известна мощность электродвигателя
, то подключите его к источнику тока с известным напряжением, добейтесь максимальных оборотов и тестером , измерьте ток в цепи. Затем мощность поделите на произведение силы тока и напряжения КПД
=P/(I U).

Если мощность двигателя
неизвестна, прикрепите к его валу шкив, и поднимите на известную высоту, груз известной массы. Измерьте тестером напряжение и силу тока на двигателе , а так же время подъема груза. Затем произведение массы груза на высоту подъема и число 9,81 поделите на произведение напряжения, силы тока и времени подъема в секундах КПД
=m g h/(I U t).

Обратите внимание

Во всех случаях КПД должен быть меньше 1 в дольных величинах или 100 %.

Чтобы найти коэффициент полезного действия любого двигателя
, нужно полезную работу поделить на затраченную и умножить на 100 процентов. Для теплового двигателя
найдите данную величину по отношению мощности, умноженной на длительность работы, к теплу, выделившемуся при сгорании топлива. Теоретически КПД
теплового двигателя
определяется по соотношению температур холодильника и нагревателя. Для электрических двигателей найдите отношение его мощности к мощности потребляемого тока.

Вам понадобится

  • паспорт двигателя внутреннего сгорания (ДВС), термометр, тестер

Инструкция

Определение КПД
ДВС Найдите в технической документации данного конкретного двигателя
его мощность. Залейте в его бак некоторое количество топлива и запустите двигатель, чтобы он проработал некоторое время на полных оборотах, развивая максимальную мощность, указанную в паспорте. С помощью секундомера засеките время работы двигателя
, выразив его в секундах. Через некоторое время остановите двигатель, и слейте остатки топлива. Отняв от начального объема залитого топлива конечный объем, найдите объем израсходованного топлива. Используя таблицу , найдите его плотность и умножьте на объем, получив массу израсходованного топлива m=ρ V. Массу выразите в килограммах. В зависимости от вида топлива (бензин или дизельное топливо), определите по таблице его удельную теплоту сгорания. Для определения КПД
максимальную мощность умножьте на время работы двигателя
и на 100%, а результат последовательно поделите на его массу и удельную теплоту сгорания КПД
=P t 100%/(q m).

Для идеальной тепловой машины , можно применить формулу Карно. Для этого узнайте температуру сгорания топлива и измерьте температуру холодильника (выхлопных газов) специальным термометром. Переведите температуру, измеренную в градусах Цельсия в абсолютную шкалу, для чего к значению прибавьте число 273. Для определения КПД
от числа 1 отнимите отношение температур холодильника и нагревателя (температуру сгорания топлива) КПД
=(1-Тхол/Тнаг) 100%. Данный вариант расчета КПД
не учитывает механическое трение и теплообмен с внешней средой.

Определение КПД
электродвигателя
Узнайте номинальную мощность электродвигателя
, по технической документации. Подключите его к источнику тока, добившись максимальных оборотов вала, и с помощью тестера измерьте значение напряжения на нем и силу тока в цепи. Для определения КПД
заявленную в документации мощность, поделите на произведение силы тока на напряжение, результат умножьте на 100% КПД
=P 100%/(I U).

Видео по теме

Обратите внимание

Во всех расчетах КПД должен быть меньше 100%.

Некоторым автомобилистам со временем надоедает ездить на стоковом автомобиле. Поэтому они начинают тюнинговать своего железного, то есть вносить те или иные иные изменения в техническую конструкцию, чтобы таким образом увеличить возможности автомобиля. Однако после модернизации нужно знать, сколько мощности прибавилось. Как же измерить мощность двигателя?

Вам понадобится

Инструкция

Есть несколько способов, как измерить мощность двигателя. Сразу же стоит отметить, что все являются неточными, то есть имеют некую погрешность. Можно установить специальное электронное оборудование, которое будет следить за параметрами работы вашего двигателя в режиме онлайн . Такое оборудование имеет среднюю погрешность. Однако у него есть минус — его большая стоимость. Также ноутбук . Загрузите программу. Необходим будет проехать несколько раз на разной скорости. Программа запомнит показатели, а потом автоматически вычислит мощность силового агрегата и укажет погрешность вычислений.

Самый точный способ измерить мощность двигателя — загнать автомобиль на динамометрический стенд. Для этого необходимо найти сервис, в котором имеется такая установка. Загоните ваш автомобиль на стенд передом к вентилятору. Колеса должны быть ровно между двух барабанов. Закрепите специальные ремни за несущую конструкцию авто. Подключите аппаратуру к машине через диагностический разъем. На выхлопную трубу наденьте гофрированный каркас, который будет выводить газы из бокса. Включите вентилятор, который будет имитировать сопротивление встречного воздуха. Теперь нужно максимально разогнать автомобиль. Параллельно следите за состоянием соединяющих ремней. Сделайте несколько попыток, чтобы исключить вероятность ошибки . После каждой попытки компьютер выдаст вам распечатку, где будет указана максимальная скорость и мощность.

Видео по теме

Определить КПД, напряжение, ток по кривым характеристик двигателя

При изменении напряжения на кривых крутящего момента в зависимости от скорости эффективность
кривая различается?

Да. Ток холостого хода не создает крутящий момент, поэтому пиковая эффективность, как правило, меньше при более низком напряжении. Выходная мощность = крутящий момент x об / мин, поэтому при 0 об / мин выходная мощность отсутствует, а эффективность составляет 0% независимо от того, какой крутящий момент создается.

как насчет напряжения и тока?

Для данного выходного крутящего момента ток не сильно меняется.Он немного увеличивается с увеличением частоты вращения из-за увеличения магнитных (вихревой ток, гистерезис) и фрикционных (подшипник, сопротивление воздуха) потерь, которые отражаются в токе холостого хода.

об / мин пропорционально напряжению. Если нагрузка представляет больший крутящий момент при более высоких оборотах (как это бывает в большинстве случаев), то увеличение напряжения приведет к увеличению крутящего момента и потребляемого тока.

Какие приблизительные значения в моем случае?

Вы указали крутящий момент 0,35 Нм и 1200 об / мин. К сожалению, спецификации и графики несовместимы (в спецификации указано 4000 об / мин и 1 А без нагрузки при 24 В, но графики показывают ~ 3800 об / мин и 2 А).Я буду использовать график, потому что это реальные тестовые данные, которые должны быть более точными.

График показывает ~ 2550 об / мин при 0,35 Н · м, тогда как вы хотите 1200 об / мин, поэтому напряжение питания (или напряжение питания * коэффициент ШИМ контроллера) необходимо снизить примерно до 24 В * (1200/2550) = 11,3 В.

Потребляемый ток должен быть немного меньше 7,9 А (значение 0,35 Нм на графике) из-за меньших магнитных потерь при более низких оборотах. Насколько ниже мы не можем сказать, потому что нет данных испытаний для более низких напряжений.

Выходная мощность при 1200 об / мин и 0,35 Нм составляет 44 Вт. Если входная мощность составляет 11,3 В * 7,9 А = 89,3 Вт, то КПД составляет 44 / 89,3 = 49,3%.

Номинальная мощность 100 Вт является входной мощностью, которая близка к тому, где вы находитесь. Двигатель расходует около половины потребляемой мощности. Он должен быть достаточно большим, чтобы рассеивать тепло, но у него довольно плохие характеристики (хороший двигатель такого размера должен обеспечивать КПД 80-90%).

Как ток и напряжение связаны с крутящим моментом и скоростью бесщеточного двигателя?

Взаимосвязь между электрическими характеристиками двигателя и механическими характеристиками может быть рассчитана как таковая (примечание: это анализ для идеального щеточного двигателя постоянного тока, но некоторые из них все же применимы к неидеальному бесщеточному двигателю постоянного тока).

Двигатель постоянного тока можно представить как цепь с резистором и источником обратной ЭДС напряжения. Резистор моделирует собственное сопротивление обмоток двигателя. Обратная ЭДС моделирует напряжение, генерируемое движущимся электрическим током в магнитном поле (в основном электродвигатель постоянного тока может работать как генератор). Также возможно смоделировать собственную индуктивность двигателя, добавив катушку индуктивности последовательно, однако по большей части я проигнорировал это и предположил, что двигатель находится в квазистационарном состоянии электрически, или во временном отклике двигателя преобладает временная характеристика. механических систем вместо времени отклика электрических систем.Обычно это так, но не всегда так.

Генератор вырабатывает противо-ЭДС, пропорциональную скорости двигателя:

$$
V_ {emf} = k_i * \ omega

$

Где:

$$ k_i = \ text {константа.} $$
$$ \ omega = \ text {скорость двигателя в} \ \ text {rad} / \ text {s} $$

В идеале на скорости сваливания обратная ЭДС отсутствует, а на скорости холостого хода обратная ЭДС равна напряжению источника возбуждения.

Затем можно рассчитать ток, протекающий через двигатель:

$$
I = (V_S — V_ {emf}) / R = (V_S — k_i * \ omega) / R
$$
$$ V_S = \ text {напряжение источника} $$
$$ R = \ text {электрическое сопротивление двигателя} $$

Теперь рассмотрим механическую сторону мотора.Крутящий момент, создаваемый двигателем, пропорционален величине тока, протекающего через двигатель:

$$
\ тау = k_t * I

$

$$ k_t = \ text {константа} $$
$$ \ tau = \ text {крутящий момент} $$

Используя приведенную выше электрическую модель, вы можете убедиться, что на скорости остановки двигатель имеет максимальный ток, протекающий через него, и, следовательно, максимальный крутящий момент. Кроме того, на скорости холостого хода двигатель не имеет крутящего момента и тока, протекающего через него.

Когда двигатель производит наибольшую мощность? Что ж, мощность можно рассчитать двумя способами:

Электроэнергия:
$$
P_e = V_S * I

$

Механическая мощность:
$$
П_м = \ тау * \ омега

$

Если вы построите график, то обнаружите, что для идеального двигателя постоянного тока максимальная мощность достигается при половине скорости холостого хода.

Итак, учитывая все обстоятельства, как складывается напряжение двигателя?

Для того же двигателя, в идеале, если вы подаете удвоенное напряжение, вы удвоите скорость холостого хода, удвоите крутящий момент и в четыре раза увеличите мощность. Это, конечно, при условии, что двигатель постоянного тока не сгорит, не достигнет состояния, которое нарушает эту упрощенную идеальную модель двигателя и т. Д.

Однако между разными двигателями невозможно определить, как два двигателя будут работать по сравнению друг с другом, основываясь только на номинальном напряжении.Итак, что вам нужно для сравнения двух разных двигателей?

В идеале вам нужно знать номинальное напряжение и ток останова, чтобы вы могли соответствующим образом спроектировать свою электронику, и вам нужно знать скорость холостого хода и крутящий момент, чтобы вы могли рассчитать механические характеристики вашего двигателя. Вы также можете посмотреть номинальный ток двигателя (некоторые двигатели могут быть повреждены, если вы остановите их слишком долго!). Этот анализ также несколько пренебрегает аспектом эффективности двигателя. Для идеально эффективного двигателя \ $ k_i = k_t \ $, или, скорее, \ $ P_e = P_m \ $.Это приведет к тому, что расчеты мощности с использованием двух уравнений будут равны (т. Е. Электрическая мощность равна механической мощности). Однако настоящие моторы не совсем эффективны. Некоторые близки, некоторые нет.

шт. В своих расчетах я использовал скорость двигателя как \ $ \ text {rad} / \ text {s} \ $. Это можно преобразовать в Гц, или \ $ \ text {rev} / \ text {s} \ $, разделив на \ $ 2 \ pi \ $ ..

КПД и константы бесщеточного двигателя —

Прежде чем рассматривать эффективность бесщеточного двигателя, мы должны сначала быстро рассмотреть константы двигателя, применимые для определения эффективности бесщеточного двигателя.Есть три важные моторные константы, которые позволяют понять производительность любого электрического бесщеточного двигателя. Мы постараемся использовать обычные домашние инструменты, такие как мультиметр, чтобы измерить все постоянные.

Константы для бесщеточного двигателя

  • Kv — постоянное напряжение двигателя. Постоянная бесщеточного двигателя Kv измеряется в оборотах в минуту на вольт и используется в основном для определения скорости вращения без нагрузки конкретной установки. Это может быть достигнуто путем умножения постоянной на известный источник напряжения.Результирующее значение выражается в оборотах в минуту. Интересный аспект этой моторной постоянной заключается в том, что если вы возьмете ее обратное значение, у вас будет постоянный крутящий момент. Теперь, чтобы получить обратное значение Kv, вы должны преобразовать число оборотов в минуту в радианы в секунду, и тогда единицы значения крутящего момента будут в Нм / А. (Ньютон-метры на ампер). Калькулятор преобразователя можно найти в нижней части страницы. страница. Посетите страницу Kv Voltage Constant, чтобы узнать, как измерить постоянную и применить ее для вашего конкретного приложения.
  • Rm — постоянное сопротивление обмотки. Сопротивление ветра двигателя является показателем сопротивления медной обмотки. Сопротивление измеряется в Ом и обнаруживается только в одной из фаз. В конечном итоге желательно иметь провод, не имеющий сопротивления, но это невозможно или практически невозможно. Чтобы узнать, как рассчитать константу сопротивления обмотки, Rm, посетите страницу «Константа сопротивления ветру двигателя». Сопротивление ветра играет ключевую роль в определении КПД бесщеточного двигателя.
  • Io — Постоянный ток ненагруженного двигателя. Наконец, последняя важная постоянная бесщеточного двигателя известна как постоянная тока холостого хода. Постоянный ток холостого хода — это мера того, сколько мощности потребляет двигатель для работы при определенных оборотах. Обычно это значение принимается на уровне 10 вольт, однако мы объясним важность этого на странице «Измерение постоянной тока холостого хода». Это значение также играет ключевую роль в определении КПД бесщеточного двигателя.

КПД бесщеточного двигателя

Бесщеточные двигатели

— один из наиболее эффективных методов получения механической энергии из другого вида энергии.Если мы посмотрим на двигатель внутреннего сгорания, уровень производительности газового двигателя с точки зрения его энергоэффективности обычно составляет менее 30%. Теперь, если мы даже посмотрим на эффективность дизельного двигателя, уровень эффективности не намного лучше. КПД бесщеточного двигателя очень высок по сравнению с любым двигателем внутреннего сгорания со средними значениями от 70% до 90%.

Потери меди

Теперь мы посмотрим, как указанные выше постоянные двигателя влияют на эффективность наших двигателей, а затем рассчитаем эффективность бесщеточного двигателя.

Первый компонент, который мы рассмотрим, называется потерями в меди. Потери в меди — это результат потерь мощности только в обмотке. Потери мощности в обмотке напрямую связаны с сопротивлением каждой фазы. В идеальном мире сопротивление было бы 0. Любая потеря мощности в медной обмотке называется потерями в меди. Чтобы вычислить потери в меди, мы умножаем постоянную Rm двигателя на квадрат тока.

Потери меди = Rm x I

2

Потери железа

Второй компонент, необходимый для определения эффективности бесщеточного двигателя, — это потери в железе.Потери в стали учитывают ток холостого хода двигателя. Ток холостого хода двигателя — это ток, необходимый для поддержания работы двигателя в условиях, когда отсутствует работа или выходная мощность. Потери, которые вызывают ток холостого хода, возникают из-за гистерезиса, вихревых токов в железном сердечнике, а также механических потерь в подшипнике. Имейте в виду, что двигатель раскручивается, чтобы определить ток холостого хода, при такой скорости мы можем быть уверены, что будут учтены подшипники и любые другие механические компоненты, действующие на двигатель.Например, если на валу двигателя установлен охлаждающий вентилятор, этот охлаждающий вентилятор будет потреблять мощность и составлять часть постоянного тока холостого хода бесщеточного двигателя.

Мы можем рассчитать общие потери в стали по следующей формуле:

Потери в железе = Напряжение x Io (ток холостого хода)

Собираем все вместе — КПД бесщеточного двигателя

Комбинирование потерь в меди и в железе определяет расход энергии. Затем мы можем посмотреть на мощность, подаваемую на двигатель, в сравнении с мощностью, вычитая потери.Выходная мощность, деленная на входную, равна КПД двигателя.

Eff = выходная мощность / входная мощность

Eff = (Входная мощность — Потери в меди — Потери в железе) / Мощность в

По этой формуле можно определить, что КПД двигателя меняется при разных входах дроссельной заслонки. При высоком токе холостого хода у нас может быть очень низкий КПД при низких оборотах. Чтобы по-настоящему оценить эффективность, мы должны сравнить различные нагрузки, приложенные к двигателю.

Так в чем же загвоздка? Загвоздка в том, что константы должны быть точно измерены, чтобы получить правильное значение эффективности.Самостоятельное измерение этих значений с помощью обычного мультиметра может лучше учесть точные константы. Ниже вы можете найти калькулятор.

КПД двигателя — обзор

Показатели КПД

В идеале, управление энергопотреблением является наиболее экономически эффективным использованием энергии. Таким образом, эффективность — важное понятие для энергоменеджера. Эффективность можно рассматривать с точки зрения первого или второго законов термодинамики.Эффективность первого закона связана с преобразованием энергии из одной формы в другую и сохранением общего количества энергии без прямого учета качества энергии. При оценке общего использования топлива или форм энергии применяются соображения второго закона, поскольку они учитывают качество энергии и помогают определить верхние границы эффективности. Эффективность второго закона выражается в количестве, известном как доступная работа.

В своей основной форме эффективность первого закона конкретной задачи можно представить как отношение полезной энергии, переданной задаче, к требуемой затраченной энергии.Однако есть много задач, для которых это базовое определение неадекватно или не подходит. Таким образом, возникли по крайней мере две другие широкие категории энергоэффективности. Здесь они называются «коэффициентами производительности» (COP) или коэффициентами эффективности использования энергии (EUPF).

Пример: КПД электродвигателя. Каков КПД по первому закону однофазного электродвигателя мощностью 1 л.с., номинального напряжения 240 В, тока полной нагрузки 4,88 А и коэффициента мощности 80%? См. Ответ в уравнении 7.1.Обратите внимание, что мы используем энергию в единицу времени в этом уравнении и в уравнениях с 7.2 по 7.4 ниже.

[7,1] η = поставленная полезная энергия (в данном случае «работа») Потребляемая энергия = л.с. × LF (# фазы) (В) (A) (pf) η = (1 л.с.) (0,746 кВт / л.с.) (1,0) (1) (240 В) (4,88 А) (0,8) (10−3 кВт / Вт) η = 0,796 = 80%

, где

η = КПД, безразмерный (или%)

л.с. = мощность двигателя, л.с.

LF = коэффициент нагрузки, безразмерный

#phases = количество фаз двигателя, безразмерный

V = номинальное напряжение, В

A = сила тока полной нагрузки, A

pf = мощность коэффициент, безразмерный

Этот расчет показывает КПД 80%.Это верно для заявленных условий (т.е. при полной нагрузке и при коэффициенте мощности 80%). При работе с другими коэффициентами мощности или при нагрузке ниже полной КПД ниже. Коэффициент мощности остается довольно постоянным при номинальном значении полной нагрузки до тех пор, пока нагрузка не упадет ниже примерно 50–60%. Когда нагрузка падает примерно до одной трети полной нагрузки, коэффициент мощности может упасть до 20–30%.

В таблицах 7.1a и 7.1b показаны типичные значения КПД электродвигателя при полной нагрузке для двигателей премиум-класса. Обратите внимание, что стандарты NEMA и стандарты ЕС во многих случаях идентичны.Когда эти данные сравниваются с КПД двигателя в первом издании этой книги, КПД увеличился с 76–85,5% (1,0 л.с.) и с 91–95,4% (100 л.с.).

Таблица 7.1A. Номинальная эффективность при полной нагрузке: высокоэффективные электродвигатели NEMA премиум-класса

ОТКРЫТАЯ РАМА ЗАКРЫТАЯ РАМА
л.с. 6 ПОЛЮСОВ
1 77.0 85,5 82,5 77,0 85,5 82,5
3 85,5 89,5 88,5 86,5 89,5

86,5 89,5

89,5 88,5 89,5 89,5
10 89,5 91,7 91,7 90,2 91,7 91.0
30 91,7 94,1 93,6 91,7 93,6 93,0
50 93,0 94,1 94,1 93,0

94,1 94,1 100 93,6 95,4 95,0 94,1 95,4 95,0
300 95,4 95,8 95,4.8 96,2 95,8

Источник: NEMA MG-1 (2006) Таблица 12–12.

Таблица 7.1B. Высокий КПД двигателя IE3 Европейского Союза (3-фазные асинхронные двигатели)

9018 9018 9018 95,8 / 95.8

кВт 2 полюса 50 Гц / 60 Гц 4 полюса 50 Гц / 60 Гц 6 полюсов 50 Гц / 60 Гц
0,75 80,7 / 77,0 82,5 / 85,5 78,9 / 82,5
2,2 85.9 / 86,5 86,7 / 89,5 84,3 / 89,5
7,5 90,1 / 90,2 90,4 / 91,7 89,1 / 91,0
22 92205

22 92205

92,2 / 93,0
37 93,7 / 93,0 93,9 / 94,5 93,3 / 94,1
75 94,7 / 94,1 95,0 / 95,4

96,0 / 96,2 95,8 / 95,8

Источник: IEC 60034-30 (2009).

Как упоминалось выше, эффективность лучше всего при полной или близкой к ней нагрузке. Когда нагрузка на двигатель падает с полной нагрузки до менее чем 50%, КПД двигателя начинает падать, упав до 40–80%, когда нагрузка составляет всего 10–15%. Падение больше для небольших двигателей.

Это первое, что мы хотим подчеркнуть в этой главе: КПД обычно зависит от нагрузки. «Нагрузка», как здесь используется, может означать множество вещей: температуру, давление, силу, работу и т. Д.

Пример: резистивный электрический нагреватель. Нагреватель рассчитан на 240 В и 4,167 А и выдает 3412 БТЕ в час. В чем его эффективность? Предположим, что коэффициент нагрузки равен 100%, а коэффициент мощности — 100%.

[7.2] η = полученная потребляемая энергия (в данном случае «тепло») потребляемая энергия = Q˙ × LF (V) (A) (pf) η = (3412Btu / h) (0,29307wh / Btu) (1.0) (240V) ( 4,167A) (1,0) η = 1,0 = 100%

, где

Q˙ = Тепло, отдаваемое за единицу времени, БТЕ / ч (или Вт)

. То есть электричество — доставляется к нагрузке в виде тепла.Очевидно, мы пренебрегли потерями, возникающими в процессе преобразования топлива в электричество, и любыми потерями, связанными с доставкой тепла к нагрузке (например, радиационными потерями, потерями в вентиляционных или дымовых трубах и т. Д.).

Это приводит ко второму пункту: эффективность определяется только в определенных заданных границах системы.

Пример: электрическая лампа накаливания. Лампа рассчитана на 100 Вт и 120 В. Это означает, что входная мощность составляет 100 Вт при полной нагрузке, то есть без затемнения. Световой поток — 1500 лм.Коэффициент преобразования люменов в ватт составляет 1,496 × 10 −3 Вт / люмен. Это дает следующую эффективность лампы накаливания:

[7,3] η = потребляемая энергия (в данном случае «свет») Потребляемая энергия = лм × LFEηinη = (1500 лм) (1,496 × 10−3 Вт / лм) (1,0) (100 Вт) η = 0,0224 = 2,24%

, где

лм = люмен, лм

E˙in = входная энергия, в данном случае мощность лампы, Вт

Это не слишком полезно в качестве мера эффективности, так как отношение входной энергии к доставляемому свету неясно.Обычно используемым показателем является отношение светоотдачи в люменах к входной мощности в ваттах, называемое эффективностью:

[7.4] Эффективность = 1,500 лм 100 Вт = 15 лм / Вт

Эффективность — это пример коэффициента эффективности использования энергии; то есть фактор, который измеряет, как энергия используется для достижения конкретной цели производительности.

Пример: оконный кондиционер. Это устройство использует входную мощность 1000 Вт для обеспечения охлаждения 10 200 БТЕ / ч. Кондиционеры используют входную энергию (работу) для передачи тепла из области с более низкой температурой (внутреннее пространство) в область с более высокой температурой (на открытом воздухе), тем самым охлаждая внутреннее пространство.Тепловые насосы в режиме охлаждения работают так же, как кондиционеры, но в режиме обогрева они работают в обратном направлении. При обогреве тепловые насосы используют работу для передачи тепла от более низкой температуры наружного воздуха к более высокотемпературному внутреннему пространству.

Вместо использования символа η, который обычно используется для значений КПД в диапазоне от 0 до 1,0, один подход, используемый для представления КПД кондиционеров и тепловых насосов, заключается в определении коэффициента производительности (COP), определяемого по формуле:

[7 .5] COP = достигнутые характеристики (т. Е. Количество произведенного нагрева или охлаждения) Потребляемая энергия (электричество) = QinE˙inCOP = (10 200 БТЕ / ч) (0,29307 Вт-ч / БТЕ) (1000 Вт) COP = 2,99

Коэффициенты производительности всегда больше единицы для тепловых насосов и может быть больше или меньше единицы для кондиционеров.

Другим подходом к измерению производительности кондиционирования воздуха (или производительности тепловых насосов в режиме охлаждения) является коэффициент энергоэффективности (EER), который аналогичен COP, но не безразмерен:

[7.6] EER = Количество поставляемой охлаждающей жидкости (электричество в) EER = (10 200 БТЕ / ч) (1000 Вт) EER = 10,2 БТЕ / Втч = (COP) (3,412 БТЕ / Втч)

Еще одним показателем охлаждающей способности кондиционеров или тепловых насосов является сезонный коэффициент энергоэффективности (SEER), который представляет собой отношение общего количества тепла, отведенного в течение сезона охлаждения (Btu), к общему количеству электроэнергии, потребляемой в течение сезона охлаждения (Wh).

Кроме того, сезонный коэффициент полезного действия отопления (HSPF) является мерой производительности теплового насоса в режиме отопления.Это отношение общего объема отопления помещения, необходимого в течение отопительного сезона (БТЕ), к общему объему электроэнергии, потребляемой в течение отопительного сезона (Втч).

Вот и все, что касается эффективности первого закона. Как видно из приведенных выше примеров, эффективность (как обычно используется) относится только к соотношению работы или тепловой мощности по сравнению с затраченной энергией. Этот показатель отражает количество задействованной энергии, но ничего не говорит о качестве.

Качество формы энергии является мерой ее способности выполнять полезную работу.Например, галлон масла имеет теплотворную способность приблизительно 148 МДж (140 000 британских тепловых единиц). Это примерно столько же энергии, сколько 1000 галлонов теплой воды, нагретой на 9 ° C (17 ° F) выше температуры окружающей среды. Хотя количество энергии в обоих случаях одинаково, способность масла выполнять полезную работу намного больше, чем способность теплой воды. Качество масла намного лучше.

Доступность (также называемая доступной работой или эксергией) — это показатель, используемый для количественной оценки качества энергии.Он представляет собой максимальный объем доступной работы системы относительно эталонного состояния. Он также определяется как минимальная работа, необходимая для приведения системы из эталонного состояния в повышенное состояние. Для системы контрольной массы (например, поршня и цилиндра) доступность называется наличием отсутствия потока и может быть выражена следующим образом:

[7,7] Bcm = (U − U0) + P0 (V − V0) — T0 (S − S0) + mv22 + mgz

где:

B см = отсутствие потока, Дж

U = внутренняя энергия, Дж

P = давление, Па

V = объем, м 3

T = температура, K

S = энтропия, Дж / К

mv22 = кинетическая энергия, где m — масса (кг), а v — скорость (м / с), Дж

mgz = потенциальная энергия, где g — ускорение (м / с 2 ) силы тяжести, а z — высота (м), Дж

, а индекс 0 относится к исходное состояние

Для системы контрольного объема (например,g., турбина), доступность называется доступностью потока и может быть выражена следующим образом:

[7,8] Bcv = (H − H0) −T0 (S − S0) + mv22 + mgz

где:

B cv = доступность потока, Дж

H = энтальпия, Дж

Доступность потока важна для многих термодинамических циклов.

Для данной энергии, объема и состава системы B уменьшается по мере увеличения энтропии системы; B также уменьшается по мере приближения внутренней энергии или энтальпии системы к эталонному состоянию.(Обратите внимание, что во многих энергетических системах терминами кинетической и потенциальной энергии можно пренебречь.)

Применительно к углеводородному топливу B — это минимальная полезная работа, необходимая для образования топлива в данном состоянии из воды и углекислого газа в газе. Атмосфера. Поскольку минимум — это также полезная работа обратимого процесса, B также представляет максимальную полезную работу, которая может быть получена путем окисления топлива и возврата продуктов в атмосферу.

В относительном смысле качество (доступность) электроэнергии и топлива, такого как нефть, уголь и газ, довольно высокое.Точно так же пар под высоким давлением и высокой температурой имеет высокую доступность. И наоборот, горячая вода, низкотемпературное технологическое тепло или пар низкого давления имеют относительно низкую доступность.

Мера термодинамической эффективности (или эффективности второго закона) использования энергии для процесса может быть определена как отношение увеличения доступной работы, достигаемой продуктами в процессе, к максимально доступной полезной работе потребляемого топлива. Другой способ определить это как отношение теоретического минимума доступной работы для выполнения задачи к фактической полезной работе, необходимой для выполнения задачи.Мы можем думать об этом как о восстановленной доступности, разделенной на предоставленную доступность. Разница между тем, что поставляется, и тем, что восстанавливается, заключается в том, что потеряна или уничтожена доступность. Таким образом, концепция доступности обеспечивает полезную меру эффективности, выходящую за рамки ограничений эффективности первого закона. Кроме того, анализ доступности помогает точно определить этапы процесса или области, в которых возможно повышение эффективности.

Пример: паровой котел. Разница между популярными представлениями об эффективности и концепцией эффективности иллюстрируется работой парового котла.Приемлемый котел — это котел, КПД которого составляет около 90%. То есть только 10% подводимой энергии рассеивается в дымовых газах или за счет потерь тепла. С точки зрения первого закона, мы можем быть удовлетворены 90% -ной эффективностью и считаем, что делаем все возможное в соответствии с нынешними технологическими стандартами. Тем не менее, при этом не учитывается вопрос о том, максимально ли мы использовали топливо. На основе термодинамической доступности этот «эффективный» работающий котел имеет КПД всего 40–45%, что указывает на ненужные потери работы при производстве пара.Для более полного обсуждения потерь в котле см. Главу 11 «Управление технологической энергией».

Теперь мы повторим анализ, выполненный в уравнениях 7.1, 7.2 и 7.5, на этот раз вычисляя эффективность, а не эффективность. В таблице 7.2 приведены результаты первого и второго закона эффективности для обычных процессов, использующих энергию. Читателю следует обратиться к литературе для более подробного обсуждения имеющихся работ.

Таблица 7.2. Эффективность первого и второго закона для устройств с одним источником и одним выходом

Источник
Работа E в Топливо: Теплота сгорания | ΔH | доступная работа B Heat E 1 из горячего резервуара на T 1
Конечное использование
1. 2. 3.
Работа η = Eout / Ein η = Eout / | ΔH | η = Eout / E1
E out ∈ = η ∈ = EoutB (≃η) ∈ = η1− (t0 / T1)
(например, электродвигатель ) (например, электростанция) (например, геотермальная установка)
Тепло E 2 добавлено в теплый резервуар на T 2 4. 5. 6.
η (COP) = E2 / Ein∈ = η (1 − T0T2) η (COP) = E2 / | ΔH | ∈ = E2B (1 − T0T2) η (COP) = E2 / E1∈ = η1- (T0 / T2) 1- (T0 / T1)
(например, тепловой насос с электрическим приводом) (например, тепловой насос с приводом от двигателя) (например, печь)
Тепло E 3 извлекается из холодного резервуара при T 3 7. 8. 9.
η (COP) = E3 / Ein∈ = η (T0T3−1) η (COP) = E3 / | ΔH | ∈ = E3B (T0T3−1) η (COP) = E3 / E1∈ = η (T0 / T3) −11− (T0 / T1)
( е.г., электрический холодильник) (например, газовый кондиционер) (например, абсорбционный холодильник)

Для электродвигателя. Мы исходим из предположения, что эффективность определяется у источника электроэнергии и не включает производство и доставку электроэнергии. В данном случае

[7.9] ϵ = Эффективность = WorkdeliveredEnergyin, Ein = η = 80%

Это тот же результат, что и раньше. Если бы мы вместо этого определили знаменатель как максимальную доступную энергию в первичном топливе, используемом для производства электроэнергии, эффективность была бы ниже из-за потерь при генерации, передаче и распределении.

Для резистивного нагревателя. Предположим, обогреватель подает теплый воздух с температурой 43 ° C (316 K) в дом с температурой наружного воздуха 0 ° C (273 K). Доступная полезная переданная работа определяется как:

[7.10] W˙rev = Q˙ (1 – T0T2)

, где:

W˙rev = теоретическая максимальная доступная работа теплового двигателя, работающего между двумя нагревами. перекачивающие резервуары в реверсивном цикле, Вт

Q˙ = тепловая мощность нагревателя, 3412 БТЕ / ч или 1000 Вт

T 0 = температура радиатора, 0 ° C или 273 K

T 2 = температура теплого резервуара, 43 ° C или 316 K

Максимально возможная работа, которую можно с пользой переносить для той же функции с тем же входом энергии, составляет 240 В × 4.167 A = 1000 Вт, опять же при условии, что эффективность определяется у источника электроэнергии и не включает производство электроэнергии. Таким образом, эффективность составляет:

[7,11] ϵ = W˙revE˙in = Q˙ (1 – T0T2) E˙in = η (1 − T0T2) ϵ = 100% (1−273K316K) = 13,6%

Это показывает что потеря доступной работы является результатом использования высококачественной высокотемпературной формы энергии (электричества) для производства низкотемпературного тепла. Эффективность была бы намного выше (около = 68%), если бы T 2 было ближе к 600 ° C. Эффективность также была бы выше, если бы это был тепловой насос, а не резистивный нагреватель.В этом случае ϵ будет равно (1 – T 0 / T 2 ), умноженному на COP, который обычно имеет порядок 3,0.

Для кондиционера. Фактический КПД кондиционера составляет 2,99. В типичных погодных условиях жаркого летнего дня его эффективность определяется выражением:

[7.12] ϵ = W˙revE˙in = Q˙ | 1 − T0T3 | E˙in = COP (T0T3−1) ϵ = 2,99 (313K293K− 1) = 20,4%

где:

T 0 = температура радиатора, 40 ° C или 313 K

T 3 = температура охлаждающего резервуара, 20 ° C или 293 K

Это означает, что эффективность второго закона или эффективность кондиционера низка, когда температура наружного воздуха близка к температуре кондиционируемого помещения.Еще раз, поскольку электричество с высокой доступностью используется для охлаждения помещения с небольшим перепадом температур по сравнению с окружающей средой (и, следовательно, с низкой доступностью для работы), имеется значительная потеря доступной работы (текстовое поле 7.1).

Текстовое поле 7.1

Уместно сделать одно предостережение в отношении интерпретации концепции теоретической минимальной требуемой энергии. Теоретически автомобиль, движущийся из Денвера в Лос-Анджелес, не должен использовать топливо и, по сути, должен давать полезную энергию (из-за разницы в высоте).Таким образом, хотя теоретический минимум является полезным понятием для оценки потенциала экономии топлива, нет никаких указаний на то, что достижение такой цели практически или даже возможно.

Понимание константы двигателя при определении размеров двигателя постоянного тока

Одним из наиболее часто игнорируемых параметров двигателей постоянного тока (как щеточных, так и бесщеточных) является Km или постоянная двигателя.Постоянная двигателя (выраженная в км) определяет способность двигателя преобразовывать электрическую мощность в механическую.

Определение константы двигателя при определении размеров двигателя постоянного тока

Уоррен Осак | Servo2Go

Одним из наиболее часто игнорируемых параметров двигателей постоянного тока (как щеточных, так и бесщеточных) является Km или постоянная двигателя.Постоянная двигателя (выраженная в км) определяет способность двигателя преобразовывать электрическую мощность в механическую и является ценным инструментом для любого инженера-проектировщика или разработчика приложений, который хочет порекомендовать «наиболее подходящую» замену существующему двигателю. Хотя константа двигателя не учитывает тепловые или другие вязкостные потери, она все же полезна для выбора двигателя на замену, который находится в «приблизительном» состоянии.

Постоянная двигателя определяет отношение крутящего момента двигателя (механической мощности) к входной мощности двигателя (электроэнергии).Почему так важна моторная постоянная? Потому что физический размер двигателя может быть обманчивым! Хотя интуитивно кажется, что больший двигатель будет мощнее, чем двигатель меньшего размера, это не всегда так. Как тогда определить, какой двигатель более мощный? Путем расчета и сравнения моторных констант обоих моторов.

Часто невозможно предоставить поставщику полные спецификации двигателя, что затрудняет, а то и делает невозможным, чтобы поставщик рекомендовал наиболее подходящую альтернативу.Однако, если клиент может совместно использовать Kt и Rt своего существующего двигателя, то, используя уравнение для расчета постоянной двигателя, можно дать относительно хорошую рекомендацию.

Постоянная двигателя рассчитывается по следующему уравнению (в английских единицах): Km = Kt / √Rt — где Kt — чувствительность к крутящему моменту (унции-дюйм / ампер), а Rt — оконечное сопротивление (Ом).

Единицы измерения для км — унция-дюйм / √Вт (в английских единицах)

Резюме:

  • Как видно из приведенного выше уравнения, чем ниже сопротивление двигателя, тем выше будет км.
  • Постоянная двигателя (км) — единственный параметр, необходимый для определения мощности и эффективности двигателя. По сути, это способность двигателя преобразовывать электрическую энергию в механическую. Поэтому при поиске наиболее эффективного двигателя вместо расчета эффективности двигателя просто посмотрите на значение Km. Для двигателя того же размера, чем выше км, тем эффективнее двигатель.
  • Выбор обмотки двигателя не влияет на значение Km.Поэтому в приложениях, где доступно несколько обмоток и напряжение еще не выбрано, сначала выберите двигатель, посмотрев на значение Km, а затем выберите обмотку двигателя в зависимости от напряжения питания. Типоразмер двигателя останется прежним, поскольку выбор обмотки меняет Kt и Ke одинаково.
  • Обратная ЭДС (Ke или Kv) пропорциональна Kt. Таким образом, удвоение Kt также удвоит Ke.
  • Km невероятно похож на Kt / √Rt. Таким образом, если вы знаете постоянную двигателя (Km) и сопротивление двигателя (Rt), вы можете легко получить постоянную крутящего момента (Kt).

Таким образом, понимание важности постоянной двигателя в значительной степени поможет при определении размеров и выборе двигателя постоянного тока.

Содержание и мнения в этой статье принадлежат автору и не обязательно отражают точку зрения RoboticsTomorrow

Servo2Go.com Ltd.

Servo2Go.com — интернет-магазин систем и компонентов автоматизации и управления движением, включая сервомоторы и приводы, шаговые двигатели и приводы, контроллеры автоматизации и движения, системы позиционирования и приводы, редукторы, муфты, тормоза, энкодеры, тахометры. , Датчики линейного перемещения, HMI, ПЛК и встроенные контроллеры.Servo2Go.com является зарегистрированной компанией ISO9001: 2008.

Прочие статьи

Важность градиента скорость-крутящий момент при определении размеров двигателя постоянного тока

Градиент скорости / крутящего момента является показателем производительности двигателя. Чем меньше значение, тем мощнее двигатель и, следовательно, тем меньше скорость двигателя изменяется при изменении нагрузки. Он основан на соотношении идеальной скорости холостого хода и идеального крутящего момента при остановке.

Что такое пульсация крутящего момента в серводвигателях

Пульсации крутящего момента должны определяться как функция выходной нагрузки и скорости. Для спецификации нагрузки наиболее разумным параметром номинального значения является номинальный тепловой крутящий момент серводвигателя в непрерывном режиме.

Подробнее о Servo2Go.com Ltd.

Комментарии (0)

У этой записи нет комментариев.Будьте первым, кто оставит комментарий ниже.


Опубликовать комментарий

Вы должны войти в систему, прежде чем сможете оставлять комментарии. Авторизуйтесь сейчас.

Рекомендуемый продукт

Узнайте, как совместная работа человека и робота может поднять гибкость на новый уровень!

Теперь люди и роботы могут разделять задачи — и это новое партнерство стоит на пороге революции в производственной линии.Сегодняшние движущие силы, такие как услуги на основе данных, сокращение срока службы продуктов и необходимость дифференциации продуктов, ставят гибкость во главу угла, и никакая технология не подходит для удовлетворения этих потребностей лучше, чем коллаборативный робот серии TM Omron. Благодаря силовой обратной связи, технологии обнаружения столкновений и интуитивно понятному механизму обучения с ручным управлением, кобот серии TM разработан для работы в непосредственной близости от человека-работника, и его легче, чем когда-либо, обучать новым задачам.

Как повысить эффективность электродвигателей

Первый промышленный электродвигатель, вероятно, считался прорывом в свое время, даже несмотря на то, что было много возможностей для улучшения.По мере развития технологий производители двигателей разработали более совершенные двигатели, которые потребляют меньше энергии и требуют меньших затрат. Хотя для производителей вполне естественно использовать новейшие технологии при создании электродвигателей, возможности для дальнейшего совершенствования методов производства сыграли важную роль в повышении эффективности этих двигателей.

Рассмотрим следующую статистику:

  • В 2015 году мировой рынок электротехники оценивался в более чем 70 миллиардов долларов, и ожидается, что он будет расти со среднегодовыми темпами роста (CAGR) в 4 раза.2 процента с 2017 по 2025 год.
  • По оценкам, к 2035 году мировое потребление электроэнергии достигнет 35 триллионов киловатт-часов, и почти 28 процентов будут использоваться электродвигателями.
  • Девяносто процентов установленных двигателей работают непрерывно на полной скорости и используют механические системы для регулирования мощности.

Будущее определенно выглядит многообещающим!

Прежде чем перейти к изучению эффективности электродвигателей, важно больше узнать об общих двигателях, используемых в промышленности.

Простой двигатель постоянного тока преобразует электрическую энергию постоянного тока в механическую. Обычно он оснащен большим количеством катушек, что делает его эффективным. Тем не менее, это может привести к большим потерям энергии из-за трения между коллектором и щетками, а также потери крутящего момента при определенных углах. Кроме того, если двигатель застрянет при попытке поднять тяжелый груз, катушки ротора могут легко перегреться и расплавиться. Вот почему в ряде промышленных и тяжелых бытовых приборов используются электродвигатели.

Как производители могут экономить электроэнергию с помощью электродвигателей

Конструкция электродвигателя и способ его использования являются двумя определяющими факторами, которые помогают экономить электроэнергию. Давайте сначала посмотрим на аспект дизайна.

Использование медных обмоток в обмотках статора

Что касается проводимости двигателя, всегда лучше использовать медные катушки, чем устаревшие алюминиевые. Это потому, что проводимость алюминия ниже, чем у меди.Чтобы не отставать от медных катушек, алюминиевые магнитные провода могут нуждаться в большем поперечном сечении, чтобы обеспечить такой же уровень проводимости. Обмотки, намотанные алюминиевой проволокой, могут иметь больший объем по сравнению с двигателем того же размера с медной проволокой.

Если вы все еще используете алюминиевые обмотки, убедитесь, что концы алюминиевого магнита правильно подключены. Алюминий окисляется намного быстрее, чем другие металлы, и если алюминиевый порошок подвергается воздействию воздуха, он полностью окисляется всего за несколько дней и оставляет после себя тонкий белый порошок.

Для правильного соединения, обеспечивающего хорошую проводимость, оксидный слой алюминиевого магнита необходимо проткнуть, чтобы предотвратить дальнейший контакт алюминия с воздухом.

Конечно, достижение КПД двигателя — это больше, чем просто выбор между алюминиевой и медной обмотками. Несколько производителей разработали обжимные соединители с прокалкой под высоким давлением для повышения эффективности. Это было сделано для того, чтобы алюминиевые обмотки не отставали от своих медных аналогов.Хотя двигатели с алюминиевыми обмотками могут сравниться по мощности с медными, это требует времени и денег. Алюминий также требует большего количества витков и провода большего диаметра, что не всегда может быть экономичным.

Если двигатель должен работать время от времени или в течение короткого времени, а эффективность и объем не имеют значения, использование алюминиевых магнитных проводов может иметь смысл. В противном случае всегда следует отдавать предпочтение медным обмоткам.

Использование медных стержней в роторе

Когда дело доходит до роторов, медь также дает преимущество в эффективности.Медные роторы предпочтительны для энергоэффективных производств в развитых и развивающихся странах, где электричество часто бывает дефицитным и дорогостоящим. Медные роторы — лучший выбор по сравнению с алюминиевыми с точки зрения качества двигателя, надежности, стоимости, эффективности и срока службы.

Обработка движущихся деталей с точностью

Обработка влечет за собой удаление материала из секционного блока до очень переносимого вещества. Прецизионное оборудование необходимо для достижения высочайшего допуска при наименьшей измеримой степени.Будь то резка металла или добыча угля, прецизионное оборудование может обеспечить точность, необходимую для производства материалов в желаемых количествах. Движущиеся части машины потребуют своевременного обслуживания для максимальной производительности и эффективности. Техническое обслуживание должно выполняться только специалистами, при этом должен потребоваться осмотр всех деталей.

Использование высококачественной стали для роторов и статоров

Высокотехнологичная электротехническая сталь необходима для производства экономичных статоров и роторов, используемых во множестве электродвигателей.Этот тип стали обеспечивает высокую магнитную проницаемость и низкие потери мощности для первоклассных характеристик. Однако потери мощности в электротехнической стали все же могут возникать. Вихревые токи, также называемые токами Фуко, вступают в игру, когда магнитное поле изменяется. Прокатка стали до более тонкой толщины контролирует эти вихревые токи и снижает потери тока. Это особенно верно для прикладных частот, превышающих стандартные 50 или 60 герц.

Сохранение ротора и статора как можно ближе друг к другу

Благодаря точности изготовления производители могут удерживать ротор и статор как можно ближе друг к другу, не касаясь друг друга.Когда скорость вращения достигает нескольких тысяч оборотов в минуту, электротехническая сталь в роторе может испытывать огромные нагрузки. Высокое напряжение особенно ощущается в областях рядом с пазами для магнитов, где узкое оборудование удерживает магниты на месте.

В асинхронных двигателях передача энергии происходит через воздушный зазор между статором и двигателем. Воздушный зазор необходим для минимизации сопротивления. Небольшой воздушный зазор приведет к меньшим потерям энергии и повышению эффективности.Общая магнитная связь между статором и ротором увеличивается по мере уменьшения воздушного зазора. Более высокая потокосцепление приводит к уменьшению потерь энергии и повышению эффективности. Меньший зазор также помогает избежать шума.

Больше катушек делают двигатели более эффективными

Провода в фазных обмотках двигателей малой мощности тоньше. Однако количество витков катушки должно быть большим, чтобы увеличить магнитодвижущую силу или плотность тока. Сопротивление фазных обмоток и плотность потерь мощности также выше, чем у двигателей большой мощности.Следовательно, маломощные двигатели с высокими скоростями потребуют большей магнитодвижущей силы. Это означает, что потребуется больше катушек и большее количество витков с тонким проводом, который обеспечивает более высокую плотность тока.

Использование частотно-регулируемых приводов

Приводы с регулируемой скоростью (VSD) или приводы с регулируемой скоростью — это тяжелые промышленные электродвигатели. Их скорость можно регулировать с помощью внешнего контроллера. Эти приводы используются для управления технологическим процессом, поскольку они помогают экономить энергию на предприятиях, где используется множество электродвигателей.

VSD обычно используются в качестве энергосберегающих насосов и вентиляторов, поскольку они улучшают технологические операции, особенно там, где необходимо регулирование потока. Они также обеспечивают возможность плавного пуска, что снижает электрические напряжения и провалы напряжения в сети, которые обычно встречаются при пусках электродвигателей под напряжением, особенно при работе с высокоинерционными нагрузками.

Как пользователи электродвигателей могут обеспечить эффективность

Как упоминалось ранее, то, как электродвигатели используются производителями, промышленными предприятиями и домовладельцами, будет определять их эффективность.Ниже приведены некоторые конкретные шаги, которые пользователи могут предпринять для обеспечения эффективности и долговечности двигателя:

Использование интеллектуальных двигателей с соответствующим пускателем / контроллером двигателя

Хотя интеллектуальные двигатели широко используются и доступны, крайне важно выбрать наиболее подходящий вариант, чтобы свести к минимуму время простоя, повысить эффективность и снизить затраты. Инженеры-производственники знают, какое бремя потребления электроэнергии двигателями может сказаться на их эксплуатационных расходах. Чтобы смягчить это, они часто используют технологии управления двигателями, которые используют только необходимое количество энергии для запуска двигателей, выявления диагностических данных и сокращения времени простоя.По мере того как пускатели двигателей становятся все более популярными, технология пускателей двигателей также приобретает все большее значение.

Ниже приведены несколько важных вопросов, которые следует рассмотреть перед принятием решения о потенциальных областях применения электродвигателей:

Будет ли приложение требовать управления скоростью, даже если двигатель работает с определенной скоростью?

Требования к контролю скорости должны быть определены как можно раньше. Некоторые устройства плавного пуска имеют ограниченное управление низкой скоростью между пуском и остановкой.Важно помнить, что рабочая скорость двигателя не может быть изменена, потому что устройство плавного пуска регулирует только напряжение двигателя, а не частоту.

Потребуется ли приложению определенное время запуска и остановки?

Обычно время пуска и останова устройств плавного пуска зависит от нагрузки. Внутренние алгоритмы регулируют напряжение на основе заранее запрограммированного времени, чтобы увеличить ток и крутящий момент для запуска двигателя и / или уменьшить их, чтобы остановить его.Если нагрузка небольшая, двигателю может потребоваться меньше времени для запуска, чем запрограммированное значение. В устройствах плавного пуска нового поколения используются усовершенствованные алгоритмы, позволяющие добиться более точного и менее зависимого от нагрузки времени пуска и останова.

Потребуется ли приложению полный крутящий момент без скорости?

ЧРП могут лучше всего работать с приложениями, требующими полного крутящего момента при нулевой скорости. Они могут создавать номинальный крутящий момент двигателя от нуля до номинальной скорости и даже обеспечивать полный крутящий момент без скорости. С другой стороны, устройства плавного пуска обычно работают в диапазоне частот от 50 до 60 Гц, а полный крутящий момент может быть достигнут только при полном напряжении.Начальный крутящий момент (доступный при нулевой скорости) обычно находится в диапазоне от нуля до 75 процентов и может быть запрограммирован.

Потребуется ли приложению постоянный крутящий момент?

Устройства плавного пуска изменяют напряжение для управления током и крутящим моментом. Во время запуска ток изменяется в зависимости от напряжения, в то время как крутящий момент двигателя изменяется как квадрат приложенного напряжения. Крутящий момент может не оставаться постоянным при различных приложенных напряжениях, условие, которое может усложняться при изменении нагрузок.

Некоторые устройства плавного пуска работают по алгоритмам управления крутящим моментом, но это не обязательно связано с постоянным крутящим моментом. Однако во время ускорения частотно-регулируемые приводы используют разные частоты двигателя при изменении напряжения. Режим управления VFD определяется с точки зрения постоянного напряжения на герц и обеспечивает постоянный крутящий момент.

Каковы стоимость, размер и тепловые характеристики?

При силе тока менее 40 ампер устройства плавного пуска могут предложить небольшую экономическую выгоду по сравнению с частотно-регулируемыми приводами.По мере увеличения силы тока и мощности стоимость частотно-регулируемых приводов увеличивается быстрее, чем у устройств плавного пуска, и может достигать экстремальных значений при высоких значениях силы тока.

Что касается размера, устройства плавного пуска имеют преимущество перед частотно-регулируемыми приводами при любой силе тока благодаря своей конструкции. По мере увеличения тока и мощности разница может увеличиваться. Когда устройства плавного пуска объединены с внутренним или внешним электромеханическим байпасом, они еще более эффективны и могут выделять меньше тепла. Это связано с тем, что устройства плавного пуска имеют меньше активных компонентов в цепи в режимах запуска, работы и останова.

Что нужно учитывать при установке и гармониках?

Проблемы, связанные с установкой, можно разделить на стоимость, размер, температуру и качество электроэнергии. Установки плавного пуска требуют меньших размеров и меньших затрат, поэтому они не вызывают особого беспокойства.

Кроме того, гармоники устройства плавного пуска меньше, чем у частотно-регулируемых приводов. Длинные кабели для частотно-регулируемых приводов требуют большего внимания, чем для устройств плавного пуска. Кроме того, для устройств плавного пуска могут не потребоваться специальные типы проводов.Электромагнитная совместимость также не может быть учтена.

Прекратите использование двигателей, когда в этом нет необходимости

Как бы просто это ни звучало, наиболее эффективный способ экономии энергии — выключать двигатель, когда он не используется. Чаще всего пользователи не решаются выключить двигатель, потому что считают, что его многократный запуск приведет к значительному износу. Один из способов смягчить это — использовать устройства плавного пуска, которые могут снизить износ.Правильно установленное и специально подобранное устройство плавного пуска также может снизить нагрузку на механические и электрические системы.

Снижение износа

Снижение износа двигателя — одна из основных задач пользователей. При запуске электродвигателя происходит значительный износ, так как высокие начальные токи и силы создают давление в механических и электрических системах. Хотя это может быть вредным, повреждающие эффекты можно контролировать с помощью устройств плавного пуска.Вы также можете использовать VSD, но они могут быть менее эффективными и дорогостоящими.

Использование высокоэффективных двигателей

Эффективность двигателя может быть получена из двух факторов: размера двигателя и качества его эффективности. В частности, для двигателей меньшего размера размер является важным фактором, влияющим на эффективность. Для более мощных двигателей большее значение имеют классы эффективности.

Энергоэффективные двигатели потребляют меньше электроэнергии, не так легко нагреваются и служат дольше.Эти типы двигателей отличаются улучшенной конструкцией, что приводит к меньшим тепловым потерям и снижению шума. Использование высококачественных материалов, более жестких допусков и улучшенных технологий производства также помогает снизить потери и повысить эффективность.

Чтобы оценить преимущества высокоэффективных двигателей, вы должны сначала определить «эффективность» электродвигателя. Это можно определить по соотношению механической мощности, выдаваемой двигателем (выход), к электрической мощности, подаваемой на двигатель (вход).Следовательно, КПД = (выходная механическая мощность / потребляемая электрическая мощность) x 100 процентов.

Таким образом, если двигатель эффективен на 80 процентов, он может преобразовывать 80 процентов электрической энергии в механическую. Остальные 20 процентов электроэнергии теряется в виде тепла.

Покупка двигателя подходящего размера

Двигатели, как правило, наиболее эффективны при нагрузке от 60 до 100 процентов от их полной номинальной нагрузки и наиболее неэффективны при нагрузке ниже 50 процентов.Это означает, что простая покупка двигателя правильного размера может в значительной степени повысить эффективность.

Обычно двигатели увеличенного размера работают с нагрузкой ниже 50% от номинальной, что не только делает их неэффективными, но и более дорогими по сравнению с двигателями нужного размера. Более того, они также могут снизить подачу питания на машину, что увеличивает нагрузку на электрическую систему.

Последние мысли

Поскольку «энергоэффективность» становится современной модной фразой, важно, чтобы эта концепция была интегрирована в повседневные бытовые и промышленные применения.Энергоэффективные двигатели могут предложить множество преимуществ. При правильной установке они могут работать меньше, обеспечивать более высокие стандарты обслуживания, дольше служить, обеспечивать лучшую изоляцию и меньше шума и вибрации. Имея такое множество преимуществ, производители двигателей поступят мудро, если будут производить и использовать наиболее энергоэффективные двигатели.

Эта статья ранее размещалась на сайте www.powerjackmotion.com.

Повышенная эффективность бесщеточного двигателя постоянного тока за счет подачи воздушного потока для охлаждения

  • 1.

    Раджагопалан С., Аллер Дж., Рестрепо Дж., Хабетлер Т., Харли Р. (2007) Обнаружение динамического эксцентриситета на основе аналитического вейвлет-гребня в бесщеточных двигателях постоянного тока (BLDC), работающих в динамических условиях эксплуатации. IEEE Trans Ind Electron 54 (3): 1410–1419

    Статья

    Google Scholar

  • 2.

    Кимото Дж. (2011) Оптимизация геометрии радиатора для электродвигателя BLDC электромобиля с использованием CFD. Sustain Res and Innovation Proc 3: 1–5

    Google Scholar

  • 3.

    Ким М., Ли К. (2008) Влияние проектных параметров на тепловые характеристики бесщеточного двигателя постоянного тока. Перевод Корейского общества инженеров-механиков B 32 (2): 141–148

    Статья

    Google Scholar

  • 4.

    Ким М., Ли К., Ум С. (2009) Численное исследование и оптимизация тепловых характеристик бесщеточного двигателя постоянного тока. Int J Heat Mass Transf 52: 1589–1599

    Статья

    Google Scholar

  • 5.

    Ye J, Son M, Choe M, Kim D, Cho Y, Lee H, Shim J (2014) Исследование температуры и вибрации двигателя BLDC. Журнал Корейского общества инженеров энергосистем 18 (4): 43–51

    Статья

    Google Scholar

  • 6.

    Боннетт А. (2000). Рассмотрение рабочих температур и рабочих характеристик двигателей IEEE 841 », Конференция по нефтяной и химической промышленности, Протокол докладов конференции. 47-е ежегодное заседание Общества отраслевых приложений, IEEE, стр.77–89

  • 7.

    Moon S, Lee J (2010) Анализ тепловой надежности двигателя BLDC в высокоскоростном осевом вентиляторе численным методом. Корейский журнал техники кондиционирования воздуха и охлаждения 22 (3): 130–138

    Google Scholar

  • 8.

    Квон Х, Ли В., Ким Дж., Парк Х (2016) Тепловые характеристики бесщеточного двигателя постоянного тока мощностью 600 Вт в условиях осевой нагрузки. J Korean Soc Precis Eng 33 (12): 999–1005

    Статья

    Google Scholar

  • 9.

    Ли К., Ча Х, Ким И (2016) Разработка внутреннего двигателя с постоянными магнитами посредством охлаждения ротора для электромобилей. Appl Therm Eng 95: 348–356

    Артикул

    Google Scholar

  • 10.

    Hosain M, Fdhila R, Rönnberg K (2017) Анализ потока в воздушном зазоре и термический анализ вращающихся машин с использованием CFD. Энергетические процедуры 105: 5153–5159

    Статья

    Google Scholar

  • 11.

    Рехман З., Сеонг К. (2018) Трехмерный численный термический анализ электродвигателя с охлаждающей рубашкой. Энергии 11 (1), 92): 1–15

    Google Scholar

  • 12.

    Kuria J, Hwang P (2011) Исследование тепловых характеристик двигателя BLDC электромобиля. Int J of Mech Eng 1 (1): 1–17

    Google Scholar

  • 13.

    Davin T, Pelle J, Harmand S, Yu R (2015) Экспериментальное исследование систем охлаждения масла для электродвигателя.Appl Therm Eng 75: 1–13

    Статья

    Google Scholar

  • 14.

    Zahang B, Qu R, Xu W, Wang J, and Chen Y (2014) Тепловая модель полностью закрытых синхронных машин с постоянными магнитами и водяным охлаждением для электромобилей, Международная конференция по электрическим машинам (ICEM).