avatar_mikhail-bar

Асинхронник с фазным ротором в колесо велосипеда

Автор mikhail-bar, 01 Сен. 2010 в 00:01

« назад - далее »

0 Пользователи и 1 гость просматривают эту тему.

бурелом

Совершенно с вами согласен.

mikhail-bar

Еще такой вопрос. В электроинструменте часто применяется двигатель у которого обмотка возбуждения параллельно питанию включена. То есть он может работать как и от переменного тока так и от постоянного. При смене полярности напряжения возбуждение просто тоже меняется и он вращается всегда в одном направлении. Там две щетки скользят по контактным кольцам без ламелей, которые есть в классическом двигателе постоянного тока. Я вот думаю, что этот движок имеет что-то общее с фазным ротором, он тоже может работать на любой частоте, но при этом существенно проще. Сейчас пытаюсь понять, в чем принципиальная разница. 

бурелом

Я таких двигателей не встречал. В эл. инструменте мне встречались только стандартные коллекторные двигатели с наборными коллекторами.

mikhail-bar

ладно, не хочется разбираться, но ясно что там сильное скольжение есть и дальше не интересно.

По итогам обсуждения магнитопровода на электроавтору решил делать всё из чистого железа, то есть проводник и ферромагнетик одновременно. Предварительное моделирование в FEMM подтвердило целесообразность такого перехода. Воздушный зазор будет в плоскости ортогональной оси вращения. Продолжу разбираться в этой программе и смоделирую двигатель целиком чтобы  не делать явно неудачных образцов.

mikhail-bar

Немного о косинусе фи. Насколько я понял, у большинства общепромышленных движков косФи лежит в пределах 0.5-0.8. Такие значения явно неприемлимы, так как грубо говоря половина мощи пойдет в тепло и фазный ротор не сможет помочь. С другой стороны у сетевого трансформатора без нагрузки косФи может быть где-то 0,05. В любом случае реактивную мощность надо компенсировать с помощью конденсатора. Так как индуктивность обмоток связана с насыщением магнитопровода, очень маленький косФи сложно компенсировать одним конкретным конденсатором. Я пока не знаю какой конкретный косФи у меня получится, но было бы неплохо иметь 0,1-0,2. Если он получается слишком большой, то просто увеличиваем частоту и доля реактивной мощности становится больше, и так до тех под пока активные потери не сравняются с потерями на гистерезис в магнитопроводе. Так можно найти оптимальную частоту, начать можно с 500 Гц, как Вы говорили, посмотреть что получается.
Итак есть два варианта компенсации: либо параллельный конденсатор (классика), либо последовательный. Пока остановлюсь на параллельном, так как в случае последовательного при косФи скажем 0,2 напряжение на двигателе будет намного больше напряжения на аккумуляторе, как бы не пробило где-нибудь.

бурелом

Цитата: mikhail-bar от 12 Окт. 2010 в 13:24
Немного о косинусе фи. Насколько я понял, у большинства общепромышленных движков косФи лежит в пределах 0.5-0.8. Такие значения явно неприемлимы, так как грубо говоря половина мощи пойдет в тепло и фазный ротор не сможет помочь. С другой стороны у сетевого трансформатора без нагрузки косФи может быть где-то 0,05. В любом случае реактивную мощность надо компенсировать с помощью конденсатора. Так как индуктивность обмоток связана с насыщением магнитопровода, очень маленький косФи сложно компенсировать одним конкретным конденсатором. Я пока не знаю какой конкретный косФи у меня получится, но было бы неплохо иметь 0,1-0,2. Если он получается слишком большой, то просто увеличиваем частоту и доля реактивной мощности становится больше, и так до тех под пока активные потери не сравняются с потерями на гистерезис в магнитопроводе. Так можно найти оптимальную частоту, начать можно с 500 Гц, как Вы говорили, посмотреть что получается.
Итак есть два варианта компенсации: либо параллельный конденсатор (классика), либо последовательный. Пока остановлюсь на параллельном, так как в случае последовательного при косФи скажем 0,2 напряжение на двигателе будет намного больше напряжения на аккумуляторе, как бы не пробило где-нибудь.
На сколько я помню косинус фи всегда стремились максимально приблизить к еденице. И у асинхронных двигателей косинус фи 0.8-0.9.

mikhail-bar

То есть у нас тоже косФи при номинальном вращающем моменте должен быть близок к единице. На оборотах понятно, а при старте с места когда частоты в обмотках равны, разностная частота равна нулю, присутствует номинальный момент то есть косФи тоже к единице должен стремится? Если так то на малых оборотах КПД будет стремиться к нулю также как и обычного коллекторного двигателя. В чем преимущество ФР тогда?

бурелом

Цитата: mikhail-bar от 14 Окт. 2010 в 10:27
То есть у нас тоже косФи при номинальном вращающем моменте должен быть близок к единице. На оборотах понятно, а при старте с места когда частоты в обмотках равны, разностная частота равна нулю, присутствует номинальный момент то есть косФи тоже к единице должен стремится? Если так то на малых оборотах КПД будет стремиться к нулю также как и обычного коллекторного двигателя. В чем преимущество ФР тогда?
На сколько я помню эл. машины кос фи уменьшается когда идет вращение в холостую. Т. е. идет реактивная энергия. При нагруженом двигателе преобладает активная энергия и кос фи приближается к еденице. При разгоне кос фи близок к единице. Только я не пойму при чем здесь КПД, при кос фи=1 КПД максимальный. А снижение КПД на малых оборотах происходит совсем по другим причинам.

mikhail-bar

Я вот никак не пойму до конца, питание разными частотами статора и ротора позволяет увеличить КПД на малых оборотах или нет? По моим прикидкам получается что нет и проще перейти к вентильному двигателю.

бурелом

Цитата: mikhail-bar от 14 Окт. 2010 в 20:03
Я вот никак не пойму до конца, питание разными частотами статора и ротора позволяет увеличить КПД на малых оборотах или нет? По моим прикидкам получается что нет и проще перейти к вентильному двигателю.
При питании статора и ротора разными частотами мы получаем двигатель у которого КПД не меняется от нуля и до максимальных оборотов. Это происходит за счет того, что частота статора и ротора изменяется не значительно и индуктивные параметры обмоток меняются не значительно. На пример- для изменения оборотов двигателя с нуля до 1000 об./мин, частоту статора необходимо изменить примерно на 33 гц, при питании частотой 500 гц это менее 10 процентов.

mikhail-bar

То есть получается, что если мы берем идеальный двигатель без потерь, то на нулевых оборотах он будет выдавать номинальный момент, не потребляя при этом активной мощности. Аналогично трансформатору без нагрузки, когда на выходе есть напряжение, но активная мощность из сети почти не тратится. Теперь смотрим что является потерями. Потери в железе, щетках, а также резистивные потери в обмотках - это все вместе пусть будет скажем 20% от номинальной мощности. Частота и ток почти не меняются, так что эти потери считать всегда одинаковыми. На полной мощности имеем КПД 80%. Далее уменьшаем обороты двигателя в два раза, момент оставляем тот же, мощность падает вдвое, а потери те же самые, то есть КПД уже 60%. Получается линейная характеристика как у обычного коллекторного движка. Логично?

бурелом

Цитата: mikhail-bar от 15 Окт. 2010 в 22:01
То есть получается, что если мы берем идеальный двигатель без потерь, то на нулевых оборотах он будет выдавать номинальный момент, не потребляя при этом активной мощности. Аналогично трансформатору без нагрузки, когда на выходе есть напряжение, но активная мощность из сети почти не тратится. Теперь смотрим что является потерями. Потери в железе, щетках, а также резистивные потери в обмотках - это все вместе пусть будет скажем 20% от номинальной мощности. Частота и ток почти не меняются, так что эти потери считать всегда одинаковыми. На полной мощности имеем КПД 80%. Далее уменьшаем обороты двигателя в два раза, момент оставляем тот же, мощность падает вдвое, а потери те же самые, то есть КПД уже 60%. Получается линейная характеристика как у обычного коллекторного движка. Логично?
Если мощность упала в двое, значит и ток упал в двое, а значит и потери упали в двое а КПД остался прежним.

mikhail-bar

Мощность пропорционально произведению оборотов на момент (P~n*M). Момент остался неизменным, обороты упали вдвое - это значит мощность упала вдвое, а ток все тот же.

бурелом

Цитата: mikhail-bar от 17 Окт. 2010 в 13:30
Мощность пропорционально произведению оборотов на момент (P~n*M). Момент остался неизменным, обороты упали вдвое - это значит мощность упала вдвое, а ток все тот же.
Каким образом обороты и момент связаны с током. P=U*I. U=CONST.

mikhail-bar

Мощность вращательного механического движения P=M*2pi*n. Где n - обороты, а M - момент. Смотрим, чем определяется момент - он прямо пропорционален потребляемому двигателем току I. Если мы хотим получить равномоментную характеристику, то потребляемый двигателем ток будет в первом приближении одинаковый. В то время как мощность резистивных потерь действительно P=U*I, то есть не зависит от оборотов и в нашем случае можно приравнять константе. 

бурелом

Цитата: mikhail-bar от 19 Окт. 2010 в 22:37
Мощность вращательного механического движения P=M*2pi*n. Где n - обороты, а M - момент. Смотрим, чем определяется момент - он прямо пропорционален потребляемому двигателем току I. Если мы хотим получить равномоментную характеристику, то потребляемый двигателем ток будет в первом приближении одинаковый. В то время как мощность резистивных потерь действительно P=U*I, то есть не зависит от оборотов и в нашем случае можно приравнять константе. 
Я с вами не согласен. Во первых, для ТС не нужен линейный момент, во вторых мы не можем считать потери по формуле P=U*I, т.к. так мы сосчитаем полную мощность. А мощность потерь P=I*I*R, R-активное сопротивление обмоток. На счет момента могу сказать, что для ТС момент, при росте оборотов, должен спадать. Т.е. P=CONST M=P/2*pi*n

mikhail-bar

хорошо, пусть момент спадает с ростом оборотов, но это особо ничего не дает, то есть дает возможность разогнаться с нуля до максимальной скорости с минимальными потерями. Если мы смотрим на режим с очень низкими оборотами, то КПД двигателя всё равно стремится к нулю, соответственно можно увеличить момент в несколько раз чтобы как можно быстрее выйти из этого режима.

Но это все относится также и ко всем остальным типам электромоторов, то есть питание фазного ротора высокой частотой бессмысленно. Классический коллекторный мотор успешно вытесняется бесколлекторным. Смотрим в сторону него, те есть синхронного мотора на постоянных магнитах (BLDC) - максимальный момент ограничивается силой магнитов. Логичный переход к синхронному мотору с обмоткой возбуждения (автомобильный генератор). О нем я сейчас и думаю. Генератор слишком тяжёл - 5 кг, надо бы найти что-нибудь в несколько раз полегче.

бурелом

Не согласен с утверждением, что при нулевых оборотах, КПД стремится к нулю. Изначально дв. с фазным ротором и двумя источниками питания задуман мною, чтобы добиться максимального КПД при нулевых оборотах. У любого двигателя кроме этого при нулевых оборотах какой либо параметр уходит за пределы регулирования. А для дв. с фазным ротором и двумя источниками питания нулевые обороты являются режимом холостого хода, при котором токи потребления минимальны. Поймите, что при нулевых оборотах, два вращающихся магнитных поля вращаются синхронно и паралельно, никак между собой не взаимодействуя. В результате мы имеем в обмотках ток холостого хода.