На системном уровне (рисунок выше) двигатель потребляет электрическую энергию в виде разности потенциалов и тока, преобразуя ее в механическую работу.К сожалению, электродвигатели не на 100% эффективны. Часть электрической энергии теряется на тепло, другой вид энергии, из-за потерь I2R (также называемых потерями в меди) в обмотках двигателя. Тепло — нежелательный побочный продукт этого преобразования. Его необходимо снимать с двигателя, так как это может отрицательно сказаться на долговечности. Таким образом, одна из целей — максимизировать КПД двигателя, уменьшая тепловые потери. Двигатели переменного тока также имеют некоторые потери, с которыми не сталкиваются двигатели постоянного тока: гистерезис и вихревые токи.

Большинство двигателей переменного тока являются асинхронными.Асинхронные двигатели пользуются популярностью из-за их прочности и простоты. Фактически, 90% промышленных двигателей — это асинхронные двигатели.

Никола Тесла разработал основные принципы многофазного асинхронного двигателя в 1883 году и к 1888 году создал модель мощностью в половину лошадиных сил (400 Вт). Тесла продал права на производство Джорджу Вестингаузу за 65 000 долларов. Наиболее крупные (> 1 л.с. или 1 кВт) промышленные двигатели многофазные асинхронные двигатели . Под многофазностью мы подразумеваем, что статор содержит несколько различных обмоток на полюс двигателя, приводимых в действие соответствующими синусоидальными волнами со сдвигом во времени.На практике это две-три фазы. Крупные промышленные двигатели трехфазные. Хотя для простоты мы включили многочисленные иллюстрации двухфазных двигателей, мы должны подчеркнуть, что почти все многофазные двигатели являются трехфазными. Под асинхронным двигателем мы подразумеваем, что обмотки статора индуцируют ток в проводниках ротора, как трансформатор, в отличие от коллекторного двигателя постоянного тока с коллектором.

Конструкция асинхронного двигателя переменного тока

Асинхронный двигатель состоит из ротора, известного как якорь, и статора, содержащего обмотки, подключенные к многофазному источнику энергии, как показано на рисунке ниже.Простой двухфазный асинхронный двигатель, представленный ниже, похож на двигатель мощностью 1/2 лошадиные силы, который Никола Тесла представил в 1888 году.

Статор на рисунке выше намотан парами катушек, соответствующих фазам доступной электрической энергии. Статор двухфазного асинхронного двигателя выше имеет 2 пары катушек, по одной паре для каждой из двух фаз переменного тока. Отдельные катушки пары соединены последовательно и соответствуют противоположным полюсам электромагнита.То есть одна катушка соответствует N-полюсу, другая — S-полюсу, пока фаза переменного тока не изменит полярность. Другая пара катушек ориентирована в пространстве под углом 90 ° к первой паре. Эта пара катушек подключена к переменному току, сдвинутому во времени на 90 ° в случае двухфазного двигателя. Во времена Теслы источником двух фаз переменного тока был двухфазный генератор переменного тока. Статор на рисунке выше имеет выступающих полюсов, явно выступающих, как в ранних асинхронных двигателях Tesla. Эта конструкция используется и по сей день для двигателей с малой мощностью (<50 Вт).Однако для более мощных двигателей меньшая пульсация крутящего момента и более высокий КПД достигается, если катушки встроены в пазы, вырезанные в пластинах статора (рисунок ниже).

Пластины статора представляют собой тонкие изолированные кольца с прорезями, пробитыми из листов электротехнической стали. Набор из них закреплен концевыми винтами, которые также могут удерживать концевые кожухи.

На рисунке выше обмотки двухфазного и трехфазного двигателей установлены в пазы статора.Катушки наматываются на внешнее приспособление, а затем вставляются в пазы. Изоляция, зажатая между периферией катушки и пазом, защищает от истирания. Фактические обмотки статора более сложны, чем отдельные обмотки на полюс на рисунке выше. Сравнивая двигатель 2-φ с двигателем Tesla 2-φ с явными полюсами, количество катушек такое же. В реальных больших двигателях обмотка полюса разделена на идентичные катушки, вставленные во множество пазов меньшего размера, чем указано выше. Эта группа называется фазовой лентой (см. Рисунок ниже).Распределенные катушки фазового пояса подавляют некоторые нечетные гармоники, создавая более синусоидальное распределение магнитного поля по полюсу. Это показано в разделе синхронного двигателя. В прорезях на краю стойки может быть меньше витков, чем в других прорезях. Краевые пазы могут содержать обмотки от двух фаз. То есть фазовые пояса перекрываются.

Проводники в короткозамкнутой клетке могут быть перекошены, перекручены относительно вала.Несоосность пазов статора снижает пульсации крутящего момента. Сердечники ротора и статора состоят из пакета изолированных пластин. Пластины покрыты изолирующим оксидом или лаком для минимизации потерь на вихревые токи. Сплав, используемый в пластинах, выбран из соображений низких гистерезисных потерь.

Теория работы асинхронных двигателей

Краткое объяснение работы заключается в том, что статор создает вращающееся магнитное поле, которое волочит ротор. Теория работы асинхронных двигателей основана на вращающемся магнитном поле.Один из способов создания вращающегося магнитного поля — вращение постоянного магнита. Если движущиеся магнитные линии потока разрезают проводящий диск, он будет следовать за движением магнита. Линии магнитного потока, разрезающие проводник, будут индуцировать напряжение и, как следствие, ток в проводящем диске. Этот поток тока создает электромагнит, полярность которого противодействует движению постоянного магнита — Закон Ленца . Полярность электромагнита такова, что он притягивается к постоянному магниту.Диск следует с немного меньшей скоростью, чем постоянный магнит.

Крутящий момент, развиваемый диском, пропорционален количеству силовых линий, разрезающих диск, и скорости, с которой он разрезает диск. Если бы диск вращался с той же скоростью, что и постоянный магнит, не было бы ни потока, разрезающего диск, ни индуцированного тока, ни поля электромагнита, ни крутящего момента.Таким образом, скорость диска всегда будет ниже скорости вращающегося постоянного магнита, так что линии потока, разрезающие диск, индуцируют ток, создают электромагнитное поле в диске, которое следует за постоянным магнитом. Если к диску приложена нагрузка, замедляющая его, будет развиваться больший крутящий момент, поскольку больше линий магнитного потока разрезают диск. Крутящий момент пропорционален скольжению , степени, в которой диск отстает от вращающегося магнита. Большее скольжение соответствует большему потоку, разрезающему проводящий диск, создавая больший крутящий момент.В основе аналогового автомобильного вихретокового спидометра лежит принцип, проиллюстрированный выше. Когда диск удерживается пружиной, отклонение диска и иглы пропорционально скорости вращения магнита. Вращающееся магнитное поле создается двумя катушками, расположенными под прямым углом друг к другу, которые управляются токами, которые не совпадают по фазе на 90 °. Это не должно вызывать удивления, если вы знакомы с диаграммами Лиссажу на осциллографах.

Смещенные по фазе (90 °) синусоидальные волны образуют круговую диаграмму Лиссажу. На приведенном выше рисунке круговая диаграмма Лиссажу создается при подаче горизонтального и вертикального входных сигналов осциллографа с отклонением фазы синусоидальных волн на 90 °.Начиная с (a) с максимальным отклонением «X» и минимальным «Y», след перемещается вверх и влево в направлении (b). Между (a) и (b) две формы волны равны 0,707 Vpk при 45 °. Эта точка (0,707, 0,707) попадает на радиус круга между (a) и (b). Трасса перемещается в (b) с минимальным отклонением «X» и максимальным «Y». При максимальном отрицательном отклонении «X» и минимальном отклонении «Y» след переместится в (c). Затем с минимальным «X» и максимальным отрицательным «Y» он переходит в (d), а затем обратно в (a), завершая один цикл.

На рисунке показаны две синусоидальные волны с фазовым сдвигом на 90 °, приложенные к отклоняющим пластинам осциллографа, расположенным под прямым углом в пространстве. Комбинация фазированных синусоидальных волн на 90 ° и отклонения под прямым углом дает двумерный узор — круг. Этот круг очерчен электронным лучом, вращающимся против часовой стрелки.

Полная скорость двигателя и скорость синхронного двигателя

Скорость вращения вращающегося магнитного поля статора связана с количеством пар полюсов на фазу статора.На приведенном ниже рисунке «полная скорость» всего шесть полюсов или три пары полюсов и три фазы. Однако на каждую фазу приходится только одна пара полюсов. Магнитное поле будет вращаться один раз за цикл синусоидальной волны. В случае мощности 60 Гц поле вращается со скоростью 60 раз в секунду или 3600 оборотов в минуту (об / мин). При мощности 50 Гц он вращается со скоростью 50 оборотов в секунду или 3000 об / мин. 3600 и 3000 об / мин — это синхронная частота вращения двигателя . Хотя ротор асинхронного двигателя никогда не достигает этой скорости, это определенно верхний предел.Если мы удвоим количество полюсов двигателя, синхронная скорость сократится вдвое, потому что магнитное поле вращается в пространстве на 180 ° на 360 ° электрической синусоидальной волны.

Синхронная скорость определяется по формуле:

[латекс] N_s = \ frac {120 \ cdot f} {P} [/ латекс]

Где:

Н _с = Скорость магнитного поля (об / мин)

f = частота подаваемой мощности (Гц)

P = общее количество полюсов на фазу, кратное 2

На приведенном выше рисунке «половинная скорость» четыре полюса на фазу (3 фазы).Синхронная скорость для мощности 50 Гц составляет: S = 120 · 50/4 = 1500 об / мин

Краткое объяснение асинхронного двигателя состоит в том, что вращающееся магнитное поле, создаваемое статором, увлекает за собой ротор. Более длинное и более правильное объяснение состоит в том, что магнитное поле статора индуцирует переменный ток в проводниках короткозамкнутого ротора, которые составляют трансформатор вторичный. Этот индуцированный ток ротора, в свою очередь, создает магнитное поле. Магнитное поле вращающегося статора взаимодействует с этим полем ротора.Поле ротора пытается выровняться с полем вращающегося статора. Результат — вращение ротора с короткозамкнутым ротором. Если бы не было механической нагрузки крутящего момента двигателя, подшипников, сопротивления ветра или других потерь, ротор вращался бы с синхронной скоростью. Однако скольжение между ротором и полем статора синхронной скорости развивает крутящий момент. Именно магнитный поток, разрезающий проводники ротора при его проскальзывании, создает крутящий момент. Таким образом, нагруженный двигатель будет скользить пропорционально механической нагрузке.Если бы ротор работал с синхронной скоростью, не было бы потока статора, разрезающего ротор, не было бы тока, индуцированного в роторе, не было бы крутящего момента.

Крутящий момент в асинхронных двигателях

При первой подаче питания на двигатель ротор находится в состоянии покоя, а магнитное поле статора вращается с синхронной скоростью N _s . Поле статора режет ротор с синхронной скоростью N _s . Ток, индуцированный в закороченных витках ротора, является максимальным, как и частота тока, частота сети.По мере увеличения скорости ротора скорость, с которой магнитный поток статора сокращает ротор, представляет собой разницу между синхронной скоростью N _s и фактической скоростью N ротора, или (N _s — N). Отношение фактического потока, разрезающего ротор, к синхронной скорости определяется как скольжение :

[латекс] s = \ frac {(N_s — N)} {N_s} [/ латекс]

Где:

N _с = синхронная скорость

N = частота вращения ротора

Частота тока, наведенного в проводники ротора, равна только частоте сети при пуске двигателя и уменьшается по мере приближения ротора к синхронной скорости. Частота ротора определяется по:

[латекс] f_r = s \ cdot f [/ латекс]

Где:

с = скольжение,

f = частота сети статора

Скольжение при 100% крутящем моменте обычно составляет 5% или меньше в асинхронных двигателях. Таким образом, для частоты сети f = 50 Гц частота наведенного тока в роторе:

f _r = S (f)
= 0,05 (50 Гц)
= 2,5 Гц.

Почему он такой низкий? Магнитное поле статора вращается с частотой 50 Гц.Скорость вращения ротора на 5% меньше. Вращающееся магнитное поле режет ротор только с частотой 2,5 Гц. 2,5 Гц — это разница между синхронной скоростью и фактической скоростью ротора. Если ротор вращается немного быстрее при синхронной скорости, поток не будет резать ротор вообще, f _r = 0.

На приведенном выше графике показано, что пусковой крутящий момент, известный как крутящий момент заторможенного ротора (T _LR ), превышает 100% крутящего момента при полной нагрузке (T _FL ), безопасного продолжительного крутящего момента.Крутящий момент заблокированного ротора составляет около 175% от T _FL для приведенного выше примера двигателя. Пусковой ток, известный как ток заторможенного ротора (I _LR ), составляет 500% от тока полной нагрузки (I _FL ), безопасного рабочего тока. Ток большой, потому что это аналог закороченной вторичной обмотки трансформатора. Когда ротор начинает вращаться, крутящий момент может немного уменьшиться для определенных классов двигателей до значения, известного как тяговый момент . Это самое низкое значение крутящего момента, с которым когда-либо сталкивался пусковой двигатель.Когда ротор набирает 80% синхронной скорости, крутящий момент увеличивается со 175% до 300% крутящего момента полной нагрузки. Этот пробивной крутящий момент (T _BD ) происходит из-за большего, чем обычно, 20% скольжения. Сила тока в этот момент уменьшилась лишь незначительно, но после этого будет быстро уменьшаться. Когда ротор ускоряется с точностью до нескольких процентов от синхронной скорости, как крутящий момент, так и ток значительно уменьшаются. При нормальной работе скольжение будет составлять всего несколько процентов. Для работающего двигателя любой участок кривой крутящего момента ниже 100% номинального крутящего момента является нормальным.Нагрузка двигателя определяет рабочую точку на кривой крутящего момента. В то время как крутящий момент и ток двигателя могут превышать 100% в течение нескольких секунд во время запуска, продолжительная работа выше 100% может привести к повреждению двигателя. Любая крутящая нагрузка двигателя, превышающая крутящий момент пробоя, приведет к остановке двигателя. Крутящий момент, скольжение и ток будут приближаться к нулю в условиях нагрузки «без механического крутящего момента». Это состояние аналогично разомкнутому вторичному трансформатору. Существует несколько основных конструкций асинхронных двигателей, которые значительно отличаются от кривой крутящего момента, приведенной выше.Различные конструкции оптимизированы для запуска и работы с различными типами нагрузок. Крутящий момент заблокированного ротора (T _LR ) для двигателей различных конструкций и размеров составляет от 60% до 350% момента полной нагрузки (T _FL ). Пусковой ток или ток заторможенного ротора (I _LR ) может находиться в диапазоне от 500% до 1400% от тока полной нагрузки (I _FL ). Этот потребляемый ток может вызвать проблемы с запуском больших асинхронных двигателей.

Классы двигателей NEMA и IEC

Различные стандартные классы (или конструкции) двигателей, соответствующие кривым крутящего момента (рисунок ниже), были разработаны для лучшего управления нагрузками различных типов.Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) определила классы двигателей A, B, C и D для удовлетворения этих требований к приводам. Аналогичные классы N и H Международной электротехнической комиссии (IEC) соответствуют конструкциям NEMA B и C соответственно.

Характеристики для проектов NEMA

Все двигатели, за исключением класса D, работают со скольжением 5% или менее при полной нагрузке.

• Класс B (IEC Class N) Двигатели используются по умолчанию в большинстве приложений.При пусковом моменте LRT = от 150% до 170% от FLT он может запускать большинство нагрузок без чрезмерного пускового тока (LRT). КПД и коэффициент мощности высокие. Обычно он приводит в действие насосы, вентиляторы и станки.
• Класс A Пусковой момент такой же, как и у класса B. Отпускаемый момент и пусковой ток (LRT) выше. Этот двигатель справляется с кратковременными перегрузками, которые встречаются в машинах для литья под давлением.
• Class C (IEC Class H) имеет более высокий пусковой крутящий момент, чем классы A и B при LRT = 200% от FLT.Этот двигатель применяется для тяжелых пусковых нагрузок, которые необходимо приводить в действие с постоянной скоростью, таких как конвейеры, дробилки, поршневые насосы и компрессоры.
• Класс D Двигатели имеют самый высокий пусковой момент (LRT) в сочетании с низким пусковым током из-за высокого скольжения (от 5% до 13% при FLT). Высокое скольжение приводит к более низкой скорости. Регулировка скорости плохая. Тем не менее, двигатель отлично справляется с нагрузками с переменной скоростью, например с маховиком для аккумулирования энергии. Применения включают пробивные прессы, ножницы и подъемники.
• Класс E Двигатели — это более эффективная версия класса B.
• Класс F Двигатели имеют гораздо более низкие LRC, LRT и крутящий момент, чем у класса B. Они управляют постоянными, легко запускаемыми нагрузками.

Коэффициент мощности асинхронных двигателей

Асинхронные двигатели имеют отстающий (индуктивный) коэффициент мощности от линии электропередачи. Коэффициент мощности больших полностью нагруженных высокоскоростных двигателей может достигать 90% для больших высокоскоростных двигателей. При 3/4 полной нагрузки максимальный коэффициент мощности высокоскоростного двигателя может составлять 92%.Коэффициент мощности малых тихоходных двигателей может составлять всего 50%. При запуске коэффициент мощности может находиться в диапазоне от 10% до 25%, увеличиваясь по мере достижения ротором скорости. Коэффициент мощности (PF) значительно зависит от механической нагрузки двигателя (рисунок ниже). Ненагруженный двигатель аналогичен трансформатору без резистивной нагрузки на вторичной обмотке. Небольшое сопротивление отражается от вторичной обмотки (ротора) к первичной обмотке (статору). Таким образом, в линии электропередачи присутствует реактивная нагрузка до 10% коэффициента мощности. Когда ротор нагружен, возрастающая резистивная составляющая отражается от ротора к статору, увеличивая коэффициент мощности.

КПД асинхронного двигателя

Большие трехфазные двигатели более эффективны, чем трехфазные двигатели меньшего размера, и почти все однофазные двигатели. КПД большого асинхронного двигателя может достигать 95% при полной нагрузке, хотя чаще встречается 90%. Эффективность малонагруженного или ненагруженного асинхронного двигателя низкая, потому что большая часть тока связана с поддержанием намагничивающего потока. Когда нагрузка крутящего момента увеличивается, больше тока потребляется для создания крутящего момента, в то время как ток, связанный с намагничиванием, остается фиксированным.Эффективность при 75% FLT может быть немного выше, чем при 100% FLT. Эффективность снижается на несколько процентов при FLT 50% и снижается еще на несколько процентов при FLT 25%. Эффективность становится низкой только ниже 25% FLT. Изменение КПД в зависимости от нагрузки показано на рисунке выше. Индукционные двигатели обычно имеют завышенные размеры, чтобы гарантировать, что их механическая нагрузка может быть запущена и приведена в действие при любых условиях эксплуатации. Если многофазный двигатель нагружен менее 75% номинального крутящего момента, когда КПД достигает пика, КПД снижается лишь незначительно до 25% FLT.

Корректор коэффициента мощности Nola

Фрэнк Нола из НАСА предложил корректор коэффициента мощности (PFC) в качестве энергосберегающего устройства для однофазных асинхронных двигателей в конце 1970-х годов. Он основан на предположении, что асинхронный двигатель с неполной нагрузкой менее эффективен и имеет более низкий коэффициент мощности, чем двигатель с полной нагрузкой. Таким образом, можно сэкономить энергию в частично загруженных двигателях, в частности, в двигателях 1-φ. Энергия, потребляемая для поддержания магнитного поля статора, относительно фиксирована по отношению к изменениям нагрузки.Хотя в полностью загруженном двигателе экономить нечего, напряжение на частично загруженном двигателе может быть уменьшено, чтобы уменьшить энергию, необходимую для поддержания магнитного поля. Это повысит коэффициент мощности и эффективность. Это была хорошая концепция для заведомо неэффективных однофазных двигателей, для которых она предназначалась. Эта концепция не очень применима к большим трехфазным двигателям. Из-за их высокого КПД (90% +) экономия энергии невелика. Более того, двигатель с КПД 95% по-прежнему имеет КПД 94% при 50% крутящем моменте при полной нагрузке (FLT) и 90% КПД при 25% FLT.Потенциальная экономия энергии при переходе от 100% FLT к 25% FLT составляет разницу в эффективности 95% — 90% = 5%. Это не 5% мощности при полной нагрузке, а 5% мощности при пониженной нагрузке. Корректор коэффициента мощности Nola может быть применим к 3-фазному двигателю, который большую часть времени простаивает (ниже 25% FLT), например к пробивному прессу. Срок окупаемости дорогостоящего электронного контроллера был оценен как непривлекательный для большинства приложений. Тем не менее, он может быть экономичным в составе электронного пускателя двигателя или регулятора скорости.Асинхронный двигатель может работать как генератор переменного тока, если это привод

Асинхронные двигатели в качестве генераторов переменного тока

Асинхронный двигатель может работать как генератор переменного тока, если он приводится в действие крутящим моментом, превышающим 100% синхронной скорости (рисунок ниже). Это соответствует нескольким% «отрицательного» скольжения, скажем, -1%. Это означает, что, поскольку мы вращаем двигатель быстрее, чем синхронная скорость, ротор продвигается на 1% быстрее, чем вращающееся магнитное поле статора. Обычно он отстает в двигателе на 1%.Поскольку ротор разрезает магнитное поле статора в противоположном направлении (впереди), ротор индуцирует напряжение в статоре, возвращая электрическую энергию обратно в линию электропередачи.

Такой индукционный генератор должен возбуждаться «живым» источником мощностью 50 или 60 Гц. В случае сбоя в электроснабжении энергокомпании выработка электроэнергии невозможна. Этот тип генератора не подходит в качестве резервного источника питания.Преимущество ветряного генератора вспомогательной энергии состоит в том, что он не требует автоматического выключателя отключения питания для защиты ремонтных бригад. Это безотказно.

Небольшие удаленные (от электросети) установки могут быть выполнены с самовозбуждением путем размещения конденсаторов параллельно фазам статора. Если снять нагрузку, остаточный магнетизм может вызвать небольшой ток. Этот ток может протекать через конденсаторы без рассеивания мощности. Когда генератор достигает полной скорости, ток увеличивается, чтобы подать ток намагничивания на статор.В этот момент может быть приложена нагрузка. Слабое регулирование напряжения. Асинхронный двигатель может быть преобразован в генератор с самовозбуждением путем добавления конденсаторов.

Процедура запуска заключается в доведении ветряной турбины до скорости в двигательном режиме путем подачи на статор нормального напряжения линии электропередачи. Любая вызванная ветром скорость турбины, превышающая синхронную, будет развивать отрицательный крутящий момент, возвращая мощность в линию электропередачи, изменяя нормальное направление электрического счетчика киловатт-часов.В то время как асинхронный двигатель представляет отстающий коэффициент мощности для линии электропередачи, асинхронный генератор переменного тока представляет собой ведущий коэффициент мощности. Индукционные генераторы не получили широкого распространения на обычных электростанциях. Скорость привода паровой турбины является постоянной и регулируемой в соответствии с требованиями синхронных генераторов переменного тока. Синхронные генераторы также более эффективны.

Скорость ветряной турбины трудно контролировать, и скорость ветра может изменяться порывами. Асинхронный генератор лучше справляется с этими колебаниями из-за собственного проскальзывания.Это меньше нагружает зубчатую передачу и механические компоненты, чем синхронный генератор. Однако это допустимое изменение скорости составляет всего около 1%. Таким образом, индукционный генератор, подключенный к прямой линии, считается ветряной турбиной с фиксированной скоростью (см. Асинхронный генератор с двойным питанием для истинного генератора переменного тока с регулируемой скоростью). Несколько генераторов или несколько обмоток на общем валу можно переключать, чтобы обеспечить высокую и низкую скорость, чтобы приспособиться к переменным ветровым условиям.

Асинхронные двигатели с несколькими полями

могут содержать несколько обмоток возбуждения, например, 4-полюсную и 8-полюсную обмотки, соответствующие синхронным скоростям вращения 1800 и 900 об / мин.Подать питание на то или иное поле менее сложно, чем на повторное подключение катушек статора.

Если поле сегментировано с выведенными выводами, оно может быть изменено (или переключено) с 4-полюсного на 2-полюсное, как показано выше для 2-фазного двигателя. Сегменты 22,5 ° переключаются на сегменты 45 °. Для ясности выше показана только проводка для одной фазы. Таким образом, наш асинхронный двигатель может работать на нескольких скоростях. При переключении вышеуказанного двигателя 60 Гц с 4 полюсов на 2 полюса синхронная скорость увеличивается с 1800 до 3600 об / мин.

Q: Если двигатель приводится в действие с частотой 50 Гц, каковы будут соответствующие 4-полюсные и 2-полюсные синхронные скорости?

А:

[латекс] N_s = \ frac {120f} {P} [/ latex] [latex] N_s = \ frac {120 * 50Hz} {4} [/ latex] [latex] = 1500 об / мин (4-полюсный) [ / латекс]

[латекс] N_s = \ frac {120f} {P} [/ latex] [latex] N_s = \ frac {120 * 50Hz} {2} [/ latex] [latex] = 3000 об / мин (2-полюсный) [ / латекс]

Асинхронные двигатели с переменным напряжением

Скорость малых асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором для таких применений, как приводные вентиляторы, может быть изменена путем снижения сетевого напряжения.Это снижает крутящий момент, доступный нагрузке, что снижает скорость (см. Рисунок ниже).

Электронное регулирование скорости в асинхронных двигателях

Современная полупроводниковая электроника расширяет возможности управления скоростью. Изменяя сетевую частоту 50 или 60 Гц на более высокие или более низкие значения, можно изменить синхронную скорость двигателя. Однако уменьшение частоты тока, подаваемого на двигатель, также снижает реактивное сопротивление X _L , что увеличивает ток статора.Это может привести к насыщению магнитной цепи статора с катастрофическими последствиями. На практике напряжение на двигателе необходимо уменьшать при уменьшении частоты.

И наоборот, частота привода может быть увеличена для увеличения синхронной скорости двигателя. Однако необходимо увеличить напряжение, чтобы преодолеть увеличивающееся реактивное сопротивление, чтобы поддерживать ток на уровне нормального значения и поддерживать крутящий момент. Инвертор приближает синусоидальные волны к двигателю с помощью выходов с широтно-импульсной модуляцией.Это прерывистый сигнал, который может быть включен или выключен, высокий или низкий, процент времени включения соответствует мгновенному напряжению синусоидальной волны.

Когда для управления асинхронным двигателем применяется электроника, становится доступно множество методов управления, от простого до сложного:

• Скалярное управление: Описанный выше недорогой метод управления только напряжением и частотой без обратной связи.
• Векторное управление: Также известно как векторное управление фазой.Компоненты тока статора, создающие магнитный поток и крутящий момент, измеряются или оцениваются в реальном времени для улучшения кривой крутящего момента двигателя. Это требует больших вычислений.
• Прямое управление крутящим моментом: Продуманная адаптивная модель двигателя позволяет более прямое управление потоком и крутящим моментом без обратной связи. Этот метод быстро реагирует на изменения нагрузки.

• Многофазный асинхронный двигатель состоит из многофазной обмотки, встроенной в многослойный статор, и проводящей короткозамкнутой клетки, встроенной в многослойный ротор.
• Трехфазные токи, протекающие внутри статора, создают вращающееся магнитное поле, которое индуцирует ток и, следовательно, магнитное поле в роторе. Крутящий момент ротора развивается, когда ротор немного проскальзывает за вращающимся полем статора.
• В отличие от однофазных двигателей, многофазные асинхронные двигатели самозапускаются.
• Пускатели двигателей минимизируют нагрузку на линию питания, обеспечивая при этом больший пусковой крутящий момент, чем требуется во время работы.Снижение линейного тока Пускатели требуются только для больших двигателей.
• Трехфазные двигатели при запуске будут работать от однофазных.
• Статический преобразователь фазы — это трехфазный двигатель, работающий на одной фазе без нагрузки на вал, генерирующий трехфазный выходной сигнал.
• Несколько обмоток возбуждения можно перемонтировать для работы с несколькими дискретными скоростями двигателя, изменив количество полюсов.

Трехфазный двигатель может работать от однофазного источника питания.Однако он не запускается самостоятельно. Его можно запустить вручную в любом направлении, набрав скорость за несколько секунд. Он будет развивать только 2/3 номинальной мощности 3-φ, потому что одна обмотка не используется.

Одинарная катушка однофазного двигателя

Одиночная катушка однофазного асинхронного двигателя создает не вращающееся магнитное поле, а пульсирующее поле, достигающее максимальной напряженности при электрическом напряжении 0 ° и 180 °.

Другая точка зрения состоит в том, что одиночная катушка, возбуждаемая однофазным током, создает два вектора магнитного поля, вращающихся в противоположных направлениях, совпадающих дважды за оборот при 0 ° (рисунок выше-a) и 180 ° (рисунок e). Когда векторы поворачиваются на 90 ° и -90 °, они отменяются на рисунке c. При 45 ° и -45 ° (рисунок b) они частично складываются по оси + x и сокращаются по оси y. Аналогичная ситуация наблюдается на рисунке d.Сумма этих двух векторов — это вектор, стационарный в пространстве, но чередующийся во времени. Таким образом, пусковой крутящий момент не создается.

Однако, если ротор вращается вперед со скоростью немного меньшей, чем синхронная скорость, он будет развивать максимальный крутящий момент при 10% скольжении относительно вектора прямого вращения. Меньший крутящий момент будет развиваться выше или ниже 10% скольжения. Ротор будет испытывать скольжение на 200-10% относительно вектора магнитного поля, вращающегося в противоположных направлениях. Небольшой крутящий момент (см. Кривую зависимости крутящего момента от скольжения), за исключением двукратной пульсации частоты, создается вектором, вращающимся в противоположных направлениях.Таким образом, однофазная катушка будет развивать крутящий момент после запуска ротора. Если ротор запускается в обратном направлении, он будет развивать такой же большой крутящий момент, поскольку он приближается к скорости вращающегося в обратном направлении вектора.

Однофазные асинхронные двигатели имеют медную или алюминиевую беличью клетку, встроенную в цилиндр из стальных пластин, типичных для многофазных асинхронных двигателей.

Двигатель с постоянным разделением конденсаторов

Одним из способов решения проблемы с однофазным двигателем является создание двухфазного двигателя, получающего двухфазное питание от однофазного.Для этого требуется двигатель с двумя обмотками, разнесенными друг от друга на 90, °, , электрический, питаемый двумя фазами тока, смещенными во времени на 90, °, . Это называется конденсаторным двигателем с постоянным разделением.

Этот тип двигателя подвержен увеличению величины тока и сдвигу во времени назад, когда двигатель набирает скорость, с пульсациями крутящего момента на полной скорости. Решение состоит в том, чтобы конденсатор (импеданс) оставался небольшим, чтобы минимизировать потери.Потери меньше, чем у двигателя с экранированными полюсами. Эта конфигурация двигателя хорошо работает до 1/4 лошадиных сил (200 Вт), хотя обычно применяется к двигателям меньшего размера. Направление двигателя легко изменить, включив конденсатор последовательно с другой обмоткой. Этот тип двигателя может быть адаптирован для использования в качестве серводвигателя, описанного в другом месте этой главы.

Однофазные асинхронные двигатели могут иметь катушки, встроенные в статор для двигателей большего размера.Тем не менее, меньшие размеры требуют менее сложных для создания концентрированных обмоток с выступающими полюсами.

Асинхронный двигатель с конденсаторным пуском

На рисунке ниже конденсатор большего размера может использоваться для запуска однофазного асинхронного двигателя через вспомогательную обмотку, если он отключается центробежным переключателем, когда двигатель набирает скорость. Кроме того, во вспомогательной обмотке может быть намного больше витков из более тяжелого провода, чем в двигателе с разделенной фазой сопротивления, чтобы уменьшить чрезмерное повышение температуры.В результате для таких тяжелых нагрузок, как компрессоры кондиционеров, доступен больший пусковой крутящий момент. Эта конфигурация двигателя работает настолько хорошо, что доступна в многомощных (несколько киловаттных) размерах.

Конденсаторный асинхронный двигатель

Вариант двигателя с конденсаторным запуском (рисунок ниже) заключается в запуске двигателя с относительно большим конденсатором для высокого пускового момента, но после запуска оставляют конденсатор меньшей емкости на месте для улучшения рабочих характеристик, не потребляя при этом чрезмерного тока.Дополнительная сложность конденсаторного двигателя оправдана для двигателей большего размера.

Пусковой конденсатор двигателя может быть неполярным электролитическим конденсатором с двойным анодом, который может представлять собой два последовательно соединенных поляризованных электролитических конденсатора + к + (или — к -). Такие электролитические конденсаторы переменного тока имеют такие высокие потери, что их можно использовать только в прерывистом режиме (1 секунда во включенном состоянии, 60 секунд в выключенном состоянии), например при запуске двигателя. Конденсатор для работы двигателя должен иметь не электролитическую конструкцию, а полимерный конденсатор с более низкими потерями.

Асинхронный двигатель с двухфазным электродвигателем с сопротивлением

Если во вспомогательной обмотке гораздо меньше витков, меньший провод размещен под углом 90 ° к основной обмотке, он может запустить однофазный асинхронный двигатель. При более низкой индуктивности и более высоком сопротивлении ток будет испытывать меньший фазовый сдвиг, чем основная обмотка. Может быть получено около 30 ° разности фаз. Эта катушка создает умеренный пусковой крутящий момент, который отключается центробежным переключателем на 3/4 синхронной скорости.Эта простая (без конденсатора) конструкция хорошо подходит для двигателей мощностью до 1/3 лошадиных сил (250 Вт), управляющих легко запускаемыми нагрузками.

Этот двигатель имеет больший пусковой крутящий момент, чем двигатель с экранированными полюсами (следующий раздел), но не такой большой, как двухфазный двигатель, построенный из тех же частей. Плотность тока во вспомогательной обмотке во время пуска настолько высока, что последующий быстрый рост температуры исключает частый перезапуск или медленные пусковые нагрузки.

Корректор коэффициента мощности Nola

Фрэнк Нола из НАСА предложил корректор коэффициента мощности для повышения эффективности асинхронных двигателей переменного тока в середине 1970-х годов. Он основан на предположении, что асинхронные двигатели неэффективны при нагрузке ниже полной. Эта неэффективность коррелирует с низким коэффициентом мощности. Коэффициент мощности меньше единицы возникает из-за тока намагничивания, необходимого для статора. Этот фиксированный ток составляет большую долю от общего тока двигателя при уменьшении нагрузки двигателя.При небольшой нагрузке полный ток намагничивания не требуется. Его можно уменьшить, уменьшив подаваемое напряжение, улучшив коэффициент мощности и эффективность. Корректор коэффициента мощности определяет коэффициент мощности и снижает напряжение двигателя, тем самым восстанавливая более высокий коэффициент мощности и уменьшая потери.

Поскольку однофазные двигатели примерно в 2–4 раза менее эффективны, чем трехфазные двигатели, существует потенциальная экономия энергии для двигателей 1-φ. Для полностью нагруженного двигателя экономии нет, так как требуется весь ток намагничивания статора.Напряжение не может быть уменьшено. Но есть потенциальная экономия от менее чем полностью загруженного двигателя. Двигатель с номинальным напряжением 117 В переменного тока рассчитан на работу при напряжении от 127 В переменного тока до 104 В переменного тока. Это означает, что он не полностью загружен при работе с напряжением более 104 В переменного тока, например, с холодильником на 117 В переменного тока. Контроллер коэффициента мощности может безопасно снизить сетевое напряжение до 104–110 В переменного тока. Чем выше начальное напряжение в сети, тем больше потенциальная экономия. Конечно, если энергокомпания подаст напряжение ближе к 110 В переменного тока, двигатель будет работать более эффективно без каких-либо дополнительных устройств.

Любой практически неработающий однофазный асинхронный двигатель с 25% FLC или менее является кандидатом на использование PFC. Однако он должен работать большое количество часов в год. И чем больше времени он простаивает, как в пилораме, штамповочном прессе или конвейере, тем выше вероятность оплаты контроллера через несколько лет эксплуатации. За него должно быть втрое легче платить по сравнению с более эффективным 3-φ-двигателем. Стоимость PFC не может быть возмещена для двигателя, работающего всего несколько часов в день.

Резюме: Однофазные асинхронные двигатели

Характеристики двигателей постоянного тока серии

Зависимость крутящего момента от тока якоря (T

В двигателях серии постоянного тока (до магнитного насыщения) крутящий момент увеличивается пропорционально квадрату тока якоря, эти двигатели используются там, где требуется высокий пусковой момент.

Скорость в зависимости от тока якоря (N-Ia)

При малом токе нагрузки (и, следовательно, при малом токе якоря) изменение обратной ЭДС Eb мало, и им можно пренебречь.Следовательно, при малых токах скорость обратно пропорциональна ɸ. Как известно, поток прямо пропорционален Ia, скорость обратно пропорциональна Ia. Следовательно, когда ток якоря очень мал, скорость становится опасно высокой. Это , почему нельзя запускать серийный двигатель без некоторой механической нагрузки .

Скорость в зависимости от крутящего момента (N-Ta)

Характеристики параллельных двигателей постоянного тока

Крутящий момент в зависимости от тока якоря (Ta-Ia)

Скорость в зависимости от тока якоря (N-Ia)

Характеристики составного двигателя постоянного тока

Типы электродвигателей — Thomson Lamination Company, Inc.

можно найти во многих сферах применения, от обычных предметов домашнего обихода до различных видов транспорта и даже передовых аэрокосмических приложений. Здесь мы делимся руководством, которое поможет вам лучше понять доступные варианты.

Электродвигатели и генераторы

Электродвигатели и генераторы представляют собой электромагнитные устройства с обмоткой якоря или ротором, который вращается внутри обмотки возбуждения или статора; однако у них противоположные функции.Генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую, а двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую.

Два типа электродвигателей

Обмотка возбуждения в электродвигателях обеспечивает электрический ток для создания фиксированного магнитного поля, которое обмотка якоря использует для создания крутящего момента на валу электродвигателя. Различия между различными типами электродвигателей связаны с их уникальной работой, напряжением и требованиями к применению. Существует как минимум дюжина различных типов электродвигателей, но есть две основные классификации: переменного тока (AC) или постоянного тока (DC).То, как обмотки в двигателях переменного и постоянного тока взаимодействуют друг с другом для создания механической силы, создает дополнительные различия в каждой из этих классификаций.

Двигатели постоянного тока

Щеточные двигатели состоят из четырех основных компонентов:

• Статор
• Ротор или якорь
• Кисти
• Коммутатор

Существует четыре основных типа щеточных двигателей, в том числе:

• Двигатели серии. Статор включен последовательно или идентичен ротору, поэтому их токи возбуждения идентичны. Характеристики: используется в кранах и лебедках, большой крутящий момент на низкой скорости, ограниченный крутящий момент на высокой скорости.
• Параллельные двигатели. Катушка возбуждения параллельна (шунтируется) ротору, благодаря чему ток двигателя равен сумме двух токов. Характеристики: используется в промышленности и автомобилестроении, отличное управление скоростью, высокий / постоянный крутящий момент на низких скоростях.
• Кумулятивные составные двигатели. Этот тип сочетает в себе аспекты как последовательного, так и закрытого типов, делая ток двигателя равным сумме как последовательных, так и шунтирующих токов поля. Характеристики: используется в промышленности и автомобилестроении, объединяет преимущества как серийных, так и параллельных двигателей.
• Двигатели постоянного тока (постоянный магнит). Самый распространенный тип щеточных электродвигателей, электродвигатели с постоянным постоянным током, в которых для создания поля статора используются постоянные магниты. Характеристики: используется в коммерческом производстве игрушек и бытовой техники, дешевле в производстве, хороший крутящий момент на нижнем конце, ограниченный крутящий момент на верхнем конце.

Двигатели категории бесколлекторных не имеют коллектора и щеток. Вместо этого ротор представляет собой постоянный магнит, а катушки находятся на статоре. Вместо того, чтобы управлять магнитными полями на роторе, бесщеточные двигатели управляют магнитными полями статора, регулируя величину и направление тока в катушках. Одним из основных преимуществ бесщеточных двигателей является их эффективность, которая позволяет лучше контролировать и производить крутящий момент в более компактной сборке.

Двигатели переменного тока

Двигатели, относящиеся к классификации двигателей переменного тока, бывают синхронными или асинхронными, которые в первую очередь различаются по скорости ротора относительно скорости статора. Скорость ротора относительно статора в синхронном двигателе равна, но скорость ротора меньше, чем его синхронная скорость в асинхронном двигателе. Кроме того, синхронные двигатели имеют нулевое скольжение и требуют дополнительного источника питания, в то время как асинхронные или асинхронные двигатели имеют скольжение и не требуют вторичного источника питания.

Синхронный двигатель — это машина с двойным возбуждением, то есть он имеет два электрических входа. В обычном трехфазном синхронном двигателе один вход, обычно трехфазный переменный ток, питает обмотку статора, создавая трехфазный вращающийся магнитный поток. Питание ротора обычно осуществляется постоянным током, который возбуждает или запускает ротор. Как только поле ротора сцепляется с полем статора, двигатель становится синхронным.

В отличие от синхронных двигателей, асинхронные двигатели позволяют запускать асинхронные двигатели, подавая питание на статор без подачи питания на ротор.Асинхронные двигатели имеют конструкцию с возбуждением или с короткозамкнутым ротором. Вот некоторые примеры асинхронных асинхронных двигателей:

• Индукционные двигатели с конденсаторным пуском. Это однофазный двигатель с ротором с сепаратором и двумя обмотками статора, запускаемый конденсатором. Их использование включает компрессоры и насосы в холодильниках и системах переменного тока с частым запуском и остановом.
• Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Трехфазное питание создает магнитное поле в обмотке статора в этом двигателе, который включает в себя ротор с короткозамкнутым ротором, сделанный из листовой стали с высокой проводимостью.Это недорогие, низкие эксплуатационные расходы и высокоэффективные двигатели, используемые в центробежных насосах, промышленных приводах, больших нагнетателях и вентиляторах, станках, токарных станках и другом токарном оборудовании.
• Двигатели с двойным короткозамкнутым ротором. Эти двигатели решают проблемы с низким пусковым крутящим моментом в двигателях с короткозамкнутым ротором. Их конструкция уравновешивает отношение реактивного сопротивления к сопротивлению между внешней и внутренней клеткой, увеличивая пусковой крутящий момент при сохранении общей эффективности.

Щелкните, чтобы развернуть

Идентификация электродвигателя

Выбор двигателя, наиболее подходящего для конкретного применения, зависит от четырех характеристик:

• Мощность и скорость
• Рама двигателя
• Требования к напряжению
• Корпуса и монтажные позиции

Металлическая табличка, прикрепленная к двигателю, содержит важную информацию, относящуюся к этим характеристикам, за исключением информации о корпусе.

Номинальная мощность и скорость электродвигателя

И номинальная мощность, и номинальная частота вращения (об / мин) должны соответствовать требованиям к нагрузке для установленного приложения. Двигатели бывают разных категорий мощности, в том числе: дробные двигатели (от 1/20 до 1 л.с.), встроенные двигатели (от 1 до 400 л.с.) и большие двигатели (от 100 до 50 000 л.с.). Номинальные значения частоты вращения включают 3600 об / мин (2 полюса), 1800 об / мин (4 полюса) и 1200 об / мин (6 полюсов).

Рама электродвигателя

Размер рамы двигателя не указывает на его рабочие характеристики, особенно на номинальную мощность в лошадиных силах.Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) разработала номера корпусов, соответствующие монтажным размерам, с их цифрами, относящимися к их размеру «D» или расстоянию от центра вала до центра нижней части крепления. Как правило, двухзначные метки предназначены для дробных двигателей, но в них могут быть встроены двигатели большей мощности.

Требования к напряжению

Напряжение, частота и фаза — все это часть требований к напряжению. В большинстве случаев в Северной Америке и Европе трехфазные двигатели оснащены дисплеями с двойным напряжением, например 230/460.Стандартная рабочая частота для большинства электродвигателей составляет 60 Гц, хотя в Европе распространены двигатели с частотой 50 Гц. Это изменение в герцах указывает на то, что двигатель будет работать со скоростью 5/6 от нормальной скорости вращения. Фаза — это последний бит информации, включенный в требования к напряжению двигателя, указывающий тип требуемого источника питания, например трехфазный, однофазный или постоянный ток.

Корпуса и монтажные позиции

Информация о корпусе зависит от среды, в которой установлен двигатель.Есть две основные категории корпусов — открытые двигатели и закрытые двигатели.

Открытые двигатели применяются в относительно чистых и сухих помещениях, что важно, поскольку открытые кожухи двигателей обеспечивают циркуляцию воздуха через обмотки.

Эти типы не допускают свободного воздухообмена между внешней и внутренней частью двигателя. Различия в герметичности корпуса и характеристиках охлаждения дополнительно различают двигатели закрытого типа, в том числе:

• Полностью закрытый вентилятор с охлаждением (TEFC)
• Полностью закрытые невентилируемые (TENV)
• Полностью закрытый воздуховод (TEAO)
• Полностью закрытая промывка (TEWD)
• Взрывозащищенные корпуса (EXPL)
• Опасная зона (HAZ)

Найдите электродвигатель, наиболее подходящий для вашего применения

Thomson Lamination Company — ведущий производитель штампованных компонентов для ламинирования двигателей, способный производить большие партии пластин ротора и статора из металлов с высокой проводимостью.

Ознакомьтесь с нашими возможностями по производству ламинации или свяжитесь с нами, чтобы узнать больше о наших решениях для ламинирования с электродвигателем.

Характеристики крутящего момента многофазных электродвигателей ~ Изучение электротехники

Понимание взаимосвязи между нагрузкой на двигатель переменного тока и крутящим моментом, который он развивает на каждом этапе работы двигателя, имеет решающее значение для выбора правильного типа электродвигателя для правильного применения. Поэтому асинхронные двигатели разработаны с учетом характеристик крутящего момента и скорости, чтобы соответствовать требованиям обычных приложений.Четыре стандартных двигателя NEMA, A, B, C и D, имеют разные характеристики. Ниже показана типичная кривая крутящего момента / скорости для двигателя переменного тока:

Пусковой момент / Момент заторможенного ротора
Пусковой крутящий момент, также называемый крутящим моментом заторможенного ротора, — это крутящий момент, который двигатель развивает каждый раз, когда он запускается при номинальном напряжении и частоте.Это крутящий момент, возникающий при подаче питания на двигатель в состоянии покоя, то есть когда двигатель находится под напряжением при полном напряжении, а вал заблокирован на месте. Это крутящий момент, используемый для начала ускорения нагрузки. Пусковой крутящий момент указан на кривой крутящего момента / скорости, показанной выше.

Вращающий момент (PUT)
Этот термин используется для обозначения самой низкой точки кривой крутящего момента и скорости для электродвигателя, который разгоняет нагрузку до полной скорости. По мере того, как двигатель набирает скорость, крутящий момент немного уменьшается до самой низкой точки, показанной на кривой выше.Крутящий момент, доступный в этот момент, называется тяговым моментом.

Момент пробоя (BT)
Момент пробоя — это максимальный крутящий момент, развиваемый двигателем переменного тока при номинальном напряжении, приложенном при номинальной частоте, без резких падений скорости. Это также известно как момент отрыва или максимальный крутящий момент.

Момент при полной нагрузке (FLT)
Крутящий момент, необходимый для выработки номинальной мощности при скорости полной нагрузки. Крутящий момент при полной нагрузке создается двигателем, работающим при номинальном напряжении, частоте и нагрузке.При крутящем моменте полной нагрузки скорость электродвигателя немного меньше синхронной скорости, как показано на кривой выше.

2-3-3. Характеристики асинхронных двигателей

Как описано в главе 1, синхронная скорость вращения двигателя с магнитным полем определяется по следующей формуле:

N _S : Синхронная скорость вращения (оборотов в минуту) [об / мин] N ₀ : Синхронная скорость вращения (оборотов в секунду) [об / сек]

f: Частота источника питания [Гц] p: Число полюсов двигателя

Накладка

Когда мы думаем об асинхронных двигателях, это важный момент.То есть катушка должна пересекать магнитное поле, чтобы через катушку протекал ток.

Для этого должна быть относительная разница скоростей между магнитным полем и катушкой.

Из-за этой разницы скоростей двигатель вращается со скоростью, немного меньшей, чем синхронная скорость.

Это отличие скорости от синхронной скорости называется скольжением и обозначается символом s. Скольжение s выражается следующей формулой:

N: Скорость вращения ротора [об / мин] N _S : Синхронная скорость вращения [об / мин]

Скольжение обычно выражается в процентах.Скольжение силового асинхронного двигателя составляет от 2 до 3%, когда двигатель работает при номинальной нагрузке. Вышеуказанное значение становится несколько больше для небольших однофазных двигателей.

Скорость вращения и крутящий момент

На рис. 2.40 показаны характеристики асинхронных двигателей. Когда двигатель сконструирован таким образом, что сопротивление алюминиевого проводника ротора уменьшается, его эффективность увеличивается в диапазоне высоких скоростей. И с другой стороны, когда двигатель спроектирован так, чтобы иметь высокое сопротивление, он имеет повышенный крутящий момент в диапазоне низких скоростей.

В области справа от максимального крутящего момента на характеристической кривой увеличение нагрузки не так сильно снижает скорость низкоомных двигателей. Крутящий момент увеличивается и становится стабильным.

А именно, скорость этих двигателей остается практически неизменной, несмотря на изменения нагрузки.

На рис. 2.41 показаны характеристики этих двигателей с учетом крутящего момента по горизонтальной оси и скорости вращения по вертикальной оси с добавлением тока и эффективности.

Сравнивая этот график с приведенными выше характеристиками двигателей постоянного тока, вы обнаружите следующие характеристики асинхронных двигателей.

• ● Изменения нагрузки не сильно влияют на их скорость, хотя их крутящий момент изменяется.
• ● Связь между крутящим моментом и током не линейна.

(PDF) Характеристики подходящей трансмиссии для электромобиля

популярен в мире из-за проблем, связанных с парниковыми газами.Современные

EV используют внутриколесные двигатели в каждом колесе для улучшения движения колеса

, что приводит к увеличению эффективности и экономии энергии

системы. В качестве внутриколесного двигателя

используются различные типы двигателей. В этой статье; Моделируются реактивные двигатели постоянного тока, индукционные, BLDC и импульсные

, а также показаны характеристики скорости, крутящего момента и мощности

, которые сравниваются с большинством

важных характеристик двигателей, используемых в качестве приводных механизмов электромобилей

, таких как высокий крутящий момент на низких скоростях ; высокое соотношение крутящего момента к размеру; высокая мгновенная мощность

и высокая удельная мощность; высокая эффективность и низкое энергопотребление

и так далее.

По сравнению с щеточными двигателями постоянного тока, асинхронными двигателями и двигателями SR;

BLDC имеет лучшие характеристики крутящего момента по сравнению со скоростью, более высокую эффективность

, что приводит к экономии значительного количества энергии

в большом масштабе в течение длительного времени, высокую выходную мощность для соотношения размеров

, более высокий динамический отклик, более длительный срок службы,

бесшумная работа. Единственное наиболее важное преимущество SR

перед BLDC — отказоустойчивость. Из-за постоянного магнита

ротора BLDC его динамический отклик намного выше, чем у SR,

, поэтому его реакция на любую электрическую неисправность, вибрацию и механические удары

больше, чем SR.С использованием надежного управления и методов обнаружения и предотвращения сбоев

, эта проблема может быть решена

для BLDC. Обнаружение, диагностика и предотвращение неисправностей

, основанный на оценке параметров динамической модели двигателя

рекомендуется из-за меньшей шумовой восприимчивости

иметь встроенный двигатель в колесе. Обсуждаются различные методы управления

BLDC. Меньшие требования к техническому обслуживанию благодаря отсутствию датчиков и сигналов на эффекте Холла

и низкому уровню электромагнитных помех

; Бессенсорное управление рекомендуется для

интеграции двигателя BLDC.Наконец, что касается

, обсуждаемых в статье Двигатель BLDC с бессенсорным контроллером, рекомендуется использовать

, чтобы быть лучшим выбором в колесных электродвигателях

электромобилей по сравнению с другими типами.

СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

[1] B.K. Ли, М. Эхсани, «Усовершенствованный моторный привод BLDC для недорогих и высокоэффективных силовых установок

в электрических и гибридных транспортных средствах»,

Техасский университет A&M, кафедра электротехники, Колледж-Стейшн,

TX 77843-3128, СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ.

[2] Ф.А. Барата, Дж. К. Квадрадо, Дж. Ф. Сильва, «Бесщеточный двигатель постоянного тока: положение

Linear Control Simulation», CAULT, Av. Ровиско Паис 1049-001 Лиссабон,

Португалия.

[3] М. Эктесаби, «Интегральный двигатель и его встроенная система», 8-я международная конференция по энергетике

— IPEC2007, 3-6 декабря

2007, Сингапур.

[4] Реза Хосейннежад и Алиреза Баб-Хадиашар, «Компенсация за отсутствующие данные

для критически важных с точки зрения безопасности компонентов в системе Drive-by-Wire

», Транзакция IEEE по автомобильной технологии, Том 54, №4,

July 2005.

[5] Джон Фуллер, «Как работает технология Drive by Wire»,

http://auto.howstuffworks.com/car-driving-safety/safety-regulatory-

устройств / drive-by-wire.htm / для печати.

[6] http://www.toyota.com.au/prius/features/safety.

[7] X.D. Сюэ, К. В. Э. Ченг и Н. К. Чунг, «Выбор электрических приводов

для электромобилей», Департамент электротехники

Инженерное дело, Гонконгский политехнический университет, Гонконг, Китай.

[8] Джеймс Р. Хендершот младший, «Бесщеточные двигатели постоянного тока без постоянных магнитов

», Pacific Scientific, Рокфорд, Иллинойс, США.

[9] Джайн. М., Уильямсон С.С., «Анализ пригодности приводов непосредственно в колесном двигателе

для электрических и гибридных электромобилей», 2009 IEEE Electrical

Power and Energy Conference, EPEC 2009, art. нет. 5420886.

[10] AN1130, «Введение в бессенсорный бесщеточный привод постоянного тока

, приложения с ST72141», STMicroelectronics Group of

Companies, http: // www.st.com.

[11] М. Эктесаби и Хасиб Фелич, «Контроль тепла, вибрации и электромагнитных помех в интегральном двигателе

», 5-я Международная конференция по совместимости в энергетике

электроники, 29 мая — 1 июня 2007 г., Гданьск, Польша.

[12] Сян-Цюнь Лю, Хун-Юэ Чжан, «Обнаружение неисправностей и диагностика двигателя постоянного тока

на основе оценки параметров и нейронной сети

», IEEE Transactions in Industrial Electronics, Vol.