Новый сверхлегкий и мощный электромотор из Оксфорда. Новый электрический двигатель


Каковы электродвигатели нового поколения? | Проект Заряд

Известные на данный момент электродвигатели для создания работы используют очень незначительную часть потребляемой мощности. Основная же часть тратится, чтобы преодолеть обратную ЭДС, она возникает во вращающемся роторе (согласно закону Ленца). Следует знать, что уже разработана такая концепция электродвигателя, при которой потребляется гораздо меньшая электрическая мощность, чем развитая механическим путем. При этом все находится в полном соответствии с законами сохранения энергии и законами физики.

 

Как работают современные двигатели?

Когда ротор электродвигателя статичен, напряжение, которое к нему подведено, создает ток в катушках намагничивания. Данный ток обеспечивает нужное силовое взаимодействие, которое заставляет вращаться ротор. Сила магнитного поля катушек будет зависеть от количества витков обмотки и от силы тока в них. Когда ротор неподвижен, необходимая сила тока достигается, когда питание получает небольшое напряжение. Сила тока при этом зависит от активного сопротивления обмоток.

Мощность, которая потребляется двигателем, равна произведению напряжения питания на потребляемый ток. Но при этом, когда ротор начинает вращаться, в катушках генерируется ЭДС, направленная навстречу напряжению, которое его питает. Происходит компенсация, поэтому для поддержки нужной силы тока требуется повысить напряжение питания. Соответственно, растет и мощность потребления. Как показывает практика, почти вся мощность, которая потребляется электродвигателем, уходит на преодоление ЭДС, а для самой работы используется ничтожно малая часть.

 

Как можно снизить мощность потребления энергии?

Если взять для расчетов усредненные магнитные и электрические параметры электродвигателя, получится, что соотношение потребляемой электрической к выходной механической энергии будет приблизительно 1/40. Но уже сейчас разработаны эскизные проекты, которые позволяют получить механическую мощность на порядок больше затраченной электроэнергии. Они дешевле и долговечнее, конструктивно просты и не требуют дефицитных материалов, как двигатели типа Перендев и Лютек, которые уже вышли в продажу.

Электродвигатели нового поколения могут запускать генераторы на электростанциях и просто стать основой любого транспортного средства. При этом топлива нужно не будет, необходимая энергия вырабатывается из внутренней структуры ферромагнетика. Интересно узнать, что начало подобным разработкам было положено еще 150 лет назад.

zaryad.com

Новый сверхлегкий и мощный электромотор из Оксфорда

Современные электродвигатели гораздо эффективнее, чем двигатели внутреннего сгорания. Но кажется, есть еще место для совершенствования. Инженеры компании Yasa Motors представили электрический двигатель DD500, чей объем на 50% меньше, при этом его пиковый крутящий момент в два раза выше, чем у стандартных тяговых моторов.Компания Yasa Motors была создана для коммерциализации проектов, разработанных на кафедре инженерной науки Оксфордского университета. Осенью прошлого года фирма привлекала инвестиции от частного предпринимателя в размере 2.5 млн. долларов. Это поможет ей развить массовое производство сверхлегкого и мощного электромотора DD500, который в свою очередь найдет применения в самых разных областях, в том числе и в электромобилестроении.

Первоначально DD500 создавался для ретромобиля 2007 года Morgan LIFEcar. С тех пор технология претерпела значительные изменения и была использована в ряде других проектов, таких как Delta Е-4, Saab 9-3 Epower и iRacer Westfield. Главная особенность оксфордского электромотора заключается в количестве крутящего момента на килограмм веса двигателя. Сейчас этот показатель составляет 30 Нм/кг, в будущем инженеры Yasa Motors хотят довести это значение до 40 Нм/кг. То есть, по сути, уже сейчас электродвигатель весом всего 25 килограмм может выдавать до 750 крутящего момента!

DD500 – не прототип, а готовая рабочая модель, которая прошла ряд сложнейших испытаний в самых разных условиях. Кроме того, технология не требует каких-либо сверх затрат, и может быть легко адаптирована к полномасштабному производству. Все эти факты заставляют нас пристально наблюдать за компанией Yasa Motors.

Видео (начинается с тестирования Nissan Leaf, который отлично себя показывает при разгоне до 60 миль, затем идет рассказ о DD500):

Новости по теме

Двигатели Opel ecoFLEX

В 20-30 годы двадцатого века европейским автомобилям приходилось конкурировать с американскими моделями, буквально взорвавшими...

подробнее

 

ecoconceptcars.ru

Современный электродвигатель » ИнфоГлаз

 

Для большинства экологичных машин, таких как серийные электромобили, гибриды и автомобили на топливных элементах, главная движущая сила — это электрический двигатель. В основу работы современного электродвигателя положен принцип электромагнитной индукции — явления, связанного с возникновением электродвижущей силы в замкнутом контуре при изменении магнитного потока. Тесная взаимосвязь между магнитными и электрическими явлениями открыла перед учеными новые возможности. История электрического транспорта и всего электромашиностроения в целом начинается с закона электромагнитной индукции, открытого М. Фарадеем в 1831 году, и правила Э. Ленца, согласно которому индукционный ток всегда направлен таким образом, чтобы противодействовать причине, его вызывающей. Труды Фарадея и Ленца легли в основу создания первого электродвигателя Бориса Якоби. Современные электродвигатели, хоть и основаны на одном и том же законе, что и электромеханический преобразователь Якоби, но существенно от него отличаются. Со временем электрические моторы стали мощнее, компактнее, кроме того, их КПД значительно вырос. Коэффициент полезного действия современного тягового электродвигателя может составлять 85-95 %. Для сравнения, максимальный КПД двигателя внутреннего сгорания без вспомогательных систем едва ли дотягивает до 45 %.

 

 

Виды современных электродвигателей Электрические двигатели различаются по роду питающего напряжения: Двигатель переменного тока Двигатель постоянного тока по числу фаз питающей сети: Однофазный электродвигатель. С одной рабочей обмоткой, подключается к однофазной сети переменного тока; Двухфазный электродвигатель. Имеет две обмотки, сдвинутые в пространстве на 90 градусов; Трехфазный электродвигатель. Подключается к трехфазной сети переменного тока, имеет 3 обмотки, магнитные поля которых расположены через 120 градусов. по конструктивному исполнению: Коллекторный. Переключателем тока в обмотках и датчиком положения ротора является тоже самое устройство — щёточноколлекторный узел. Работает преимущественно на постоянном токе, однако современные электродвигатели, так называемые универсальные коллекторные двигатели, могут одновременно работать на постоянном и переменном токе; Бесколлекторный. Вентильные двигатели постоянного тока выполнены в виде замкнутой системы с датчиком положения ротора, инвертором и преобразователем координат. по принципу работы: Синхронный электродвигатель. Электромеханическая машина, в которой ротор вращается синхронно с магнитным полем переменного тока; Асинхронный электродвигатель. Частота вращения ротора асинхронного двигателя переменного тока не совпадает с частотой вращения магнитного поля, которое создается током обмотки статора. и по способу возбуждения: с возбуждением от постоянных магнитов; с параллельным возбуждением; с последовательным возбуждением; с последовательно-параллельным. Тяговый электродвигатель для электромобиля

 

 

Электрический двигатель для современного электромобиля может быть как постоянного, так и переменного тока. Его основная задача — передача крутящего момента на движитель электромобиля. Основные отличия современного тягового электродвигателя от традиционной электромеханической машины являются большая мощность и компактные размеры, вызванные ограниченностью используемого пространства. В качестве характеристик тягового электромотора, кроме мощности и максимального крутящего момента, учитываются напряжение, ток, а также частота вращения. Мотор-колесо В последнее время в качестве двигателя для электромобиля инженеры используют систему мотор-колесо, правда, все чаще на концепт-карах. Исключением стал Volage – спортивный электромобиль, построенный силами Venturi и Michelin, который скоро поступит в продажу. Технология Active Wheel имеет ряд преимуществ. Все активные системы безопасности, такие как ABS, ESP, Brake Assist и Traction Control можно прошить в управляющий софт, после чего они смогут воздействовать на каждое колесо в отдельности. Добавим к этому мобильность системы и способность регенерировать энергию торможения.

 

 

Конечно, есть и недостатки. Попробуйте впихнуть кучу механизмов внутрь маленького обода. Если это и получится, то вес колеса увеличится, а это плохо скажется на управляемости, повысится износ подвески, увеличится передача вибрации на кузов. Идеальный вес автомобильного колеса должен составлять 10-30 кг. Инженерам Michelin удалось вписаться в эти рамки – тяговый электродвигатель Active Wheel весит всего 7 кг, а остальная механика системы укладывается в 11 кг. Преимущества и недостатки электродвигателя Преимуществ перед ДВС у электродвигателя много: Малый вес и достаточно компактные размеры. К примеру инженеры Yasa Motors разработали мотор весом 25 кг, который может выдавать до 650 Нм. Долговечность, простая эксплуатация. Экологичность. Максимальный крутящий момент доступен уже с 0 об/мин. Высокий КПД. Нет необходимости в коробки передач. Хотя, по мнению специалистов, электромобилю она не помешает. Возможность рекуперации. Существенных недостатков у самого электродвигателя нет. Но есть большие сложности в его питании. Несовершенство источников тока не дают пока что массово использовать электродвигатели в автомобилестроении.

 

infoglaz.ru

Вентильные электрические двигатели нового поколения

Вентильные электрические двигатели мощностью до 5-15 кВт с монолитными многополюсными магнитными системами.

 

 

Вентильные электрические двигатели имеют высокое значение коэффициента полезного действия (КПД) до 92%. Отсутствие «зубцового» эффекта, вибраций и минимальный акустический шум при работе на всех режимах позволяет при использовании в бытовых устройствах обеспечить существенно более комфортные условия проживания.

Технология ожидает финансирования!

 

Описание

Преимущества

Применение

Технические характеристики

 

Описание:

Вентильные электрические двигатели (ВЭД) имеют основу уникальных монолитных многополюсных магнитных систем (ММС) из редкоземельных магнитопластов.

Сложное  неколлинеарное распределение намагниченности в объеме магнитных систем позволило достичь максимальных значений величины магнитного поля и оптимального его распределения.

Были разработаны конструкции и изготовлены экспериментальные образцы вентильный электрических двигателей мощностью от 0,1 до 15 кВт.

Все макеты  ВЭД допускают питание от сетей переменного или постоянного токов без изменения конструкции блоков управления, а также могут служить генераторами электрического тока.

Оценочная  стоимость разработанных ВЭД с блоком управления  может быть ниже, чем цена серийно выпускаемых асинхронных двигателей с частотным преобразователем, при соответствующей подготовке производства.

Неоднородно намагниченные ММС с диаметрами от 12 до 225 мм (от 2 до 32 полюсов): 

 

Преимущества:

– вентильные электрические двигатели имеют высокое значение коэффициента полезного действия (КПД) до 92%, что позволяет использовать их в случаях когда необходима экономия энергии при работе энергозатратных устройств (кондиционирование, вентиляционные системы, насосное оборудование и т.д.),

– высокий КПД вентильных электродвигателей позволяет в несколько раз увеличить  время их работы от автономного источника питания (электрический лодочный мотор, аккумуляторный инструмент, бытовая техника),

– существенная экономия энергии за счет регулировки скорости вращения в диапазоне 20÷100 % от номинального значения при сохранении максимальных рабочих характеристик (механического момента, КПД) при замене асинхронных двигателей на ВЭД в интеллектуальных системах вентиляции и кондиционирования,

– отсутствие «зубцового» эффекта, вибраций и минимальный акустический шум при работе на всех режимах позволяет при использовании в бытовых устройствах обеспечить существенно более комфортные условия проживания,

– тепловыделение в разработанных ВЭД  в 2 раза меньше, чем у серийных асинхронных двигателей аналогичной мощности, при существенно меньших массогабаритных параметрах,

– вентильные электрические двигатели имеют высокое значение механического момента в широком диапазоне частот вращения,

– существенно лучшие массогабаритные характеристики в сравнении с электродвигателями аналогичной мощности.

 

Применение:

– в устройствах для работы во взрывоопасных и горючих средах,

– в запорной аппаратуре при транспортировке нефти и газа,

– в авиапромышленности, благодаря рекордным массогабаритным характеристикам,

– в станкостроении при использовании в сервоприводах, благодаря высокой равномерности вращения,

– в интеллектуальных системах вентиляции и кондиционирования вследствие высокой экономичности и возможности управления рабочими режимами,

– в замен стандартным серийно выпускаемым моторам,

– при необходимости улучшить потребительские характеристики технических устройств или достигнуть существенной экономии энергии при работе,

– при необходимости понижения цены конечного устройства.

 

Технические характеристики:

ВЭД 1.0 кВт Аналогичный Асинхронный ЭД АИР 71В2 ВЭД 4.0 кВт Аналогичный Асинхронный ЭД АИР 100S2 ВЭД 7.0 кВт Аналогичный Асинхронный ЭД АИР 112М2 ВЭД 15.0 кВт Аналогичный Асинхронный ЭД АИР 160S2
Номинальная мощность, кВт 1,1 1,1 4 4 7 7,5 15 15
Масса (без БУ), кг 2 9,5 7 30 13 48 25 116
Внешний диаметр, мм 92 200 170 250 218 300 291 350
Длина, мм 73 270 157 380 225 475 100 625
Максимальное КПД (* с учетом потерь в БУ), % 89* 79 92* 87 92* 87 95* 88
Интервал мощности со снижением КПДна 5%, кВт 0,4–1,3 1,3–4,0 2–7 4–15
Обороты номинальные, мин(-1) 2200 3000 2200 3000 2200 3000 2000 3000
Диапазон регулирования оборотов, мин(-1) 200–2200 200–2200 200–2200 200–2200
Масса магнитной системы, кг 0,19 0,5 0,88 1,1
Стоимость РЗМ сырья для магнитных систем, тыс. руб 0,46 1,2 1,8 2,4
Стоимость электронных компонент блоков управления, тыс. руб 2 5,2 7 13
Цена асинхронного ЭД, тыс. руб 1,95 4,16 7,37 14,45
Цена блока управления (частотного регулятора), тыс. 8–11 10–23 10–27 29–31

 

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИЙ

ЗВОНИТЕ: +7-908-918-03-57

либо воспользуйтесь поиском аналогов технологий:

ПОИСК АНАЛОГОВ ТЕХНОЛОГИЙ

или пиши нам здесь...

карта сайта

Войти    Регистрация

Виктор Потехин

Поступил вопрос касательно санации трубопровода. Дан ответ. В частности указана более инновационная технология.

2018-05-17 18:10:26Виктор Потехин

Поступил вопрос касательно сотрудничества, а именно: определения направлений развития предприятия и составления планов будущего развития. В настоящее время ведутся переговоры. Будет проанализирована исходная информация, совместно выберем инновационные направления и составим планы.

2018-05-18 10:34:05Виктор Потехин

Поступил вопрос касательно электрохимических станков. Дан ответ.

2018-05-18 10:35:57Виктор Потехин

Поступил вопрос относительно пиролизных установок для сжигания ТБО. Дан ответ. В частности, разъяснено, что существуют разные пиролизные установки: для сжигания 1-4 класса опасности и остальные. Соответственно разные технологии и цены.

2018-05-18 11:06:55Виктор Потехин

К нам поступают много заявок на покупку различных товаров. Мы их не продаем и не производим. Но мы поддерживаем отношения с производителями и можем порекомендовать, посоветовать.

2018-05-18 11:08:11Виктор Потехин

Поступил вопрос по гидропонному зеленому корму. Дан ответ: мы не продаем его. Предложено оставить заявку в комментариях для того, чтобы его производители выполнили данную заявку.

2018-05-18 17:44:35Виктор Потехин

Поступает очень много вопросов по технологиям. Просьба задавать эти вопросы внизу в комментариях к записям.

2018-05-23 07:24:36Andrey-245

Не совсем понятно. Эту батарейку можно вообще не заряжать что ли? Сколько вольт она выдает? И где ее купить? И можно ли такие соединить последовательно-параллельно, собрав нормальный аккумулятор, например, для электромобиля?

2018-08-23 10:09:48Виктор Потехин

Андрей, какую батарейку?

2018-08-24 08:33:25SergeyShef

Добрый день! Интересна вышеописанная установка. Как можно её заказать ? Какие условия сотрудничества у автора?

2018-08-27 17:07:42Виктор Потехин

Сергей, кидайте сюда ссылку на установку. Или пишите мне vnp1@ya.ru

2018-08-27 18:52:14SergeyShef

Я у Вас спрашивал, как и где её можно купить?

2018-08-27 21:07:41SergeyShef

Кто изготовил тот образец, который у Вас на фото и могут ли изготавливать на заказ?

2018-08-27 21:10:05Виктор Потехин

не могу понять, что за установка. скиньте сюда ссылку

2018-08-27 23:15:16Виктор Потехин

не обладаем такой информацией

2018-08-28 21:45:17npc-ses

Добрый день! SergeyShef изделие подобное тому, что изображено в заголовке, да и в принципе любое изделие по технологии LTCC можно изготовить на нашем производстве АО "НПЦ "СпецЭлектронСистемы". Находимся в г. Москва. Можете написать мне на электронную почту vag_av@npc-ses.ru

2018-08-29 18:41:34npc-ses

На нашем производстве имеется пожалуй самый полный комплект оборудования в России, который позволяет производить 3D микросборки, в том числе по технологии LTCC, в замкнутом цикле, начиная от входного контроля материалов, всех промежуточных производственных процессов...

2018-08-29 18:47:20Djahan

КРИОГЕЛЬ ДЛЯ РОСТА И РАЗВИТИЯ РАСТЕНИЙ В НЕБЛАГОПРИЯТНЫХ УСЛОВИЯХ. кто производит, как найти, чтобы купить?

2018-08-30 23:48:23Виктор Потехин

купить можно у производителя

2018-09-01 20:58:09Andrey-245

Здравствуйте, Виктор. Я задавал вопрос (2018-08-23) имелось в виду про углеродную батарейку, которая служит более 100 лет.

2018-09-18 12:15:33Виктор Потехин

вся информация, что есть по батарейке, написана в соответствующей статье.

2018-09-18 20:47:11Виктор Потехин

Чтобы получить информацию о сайтах производителей технологий, напишите внизу страницы - в комментариях Вконтакте

2018-09-29 20:58:40Denssik

Всем доброго дня! Я руководитель центра в котором разработан данный робот, по всем вопросам касательно сотрудничества можете писать на почту molvereya@yandex.ru

2018-10-03 17:19:46Виктор Потехин

Denssik, Напишите пжл о каком работе идет речь?

2018-10-03 19:10:33

Для публикации сообщений в чате необходимо авторизоваться

вентильные электрические двигателиэлектродвигатели постоянного токаэлектродвигатель с постоянными магнитамивентильный электродвигатель купитьвес электродвигателя 15 квт 4 квт вэд 4двигатели для взрывоопасных среддвигатель нового поколениякупить электродвигатель 4 квт 1500 об мин 7 5 квтмагнитопласты точные электродвигателиэлектродвигатели для станков цена чпуприводов станков 15 квт 1500 об мин ценаэлектродвигатель 4 квт 220в 7 5 1500 30007 квт 1500 об 3000 об сервопривода

 

Похожие записи

Коэффициент востребованности 658

comments powered by HyperComments

xn--80aaafltebbc3auk2aepkhr3ewjpa.xn--p1ai

Электродвигатели с высокой энергоэффективностью - Control Engineering Russia

Правильноеиспользованиедвигателейсвысокойэнергоэффективностьюнеограничивается однимлишьправильнымпрочтениемданныхнащиткедвигателя. Вдекабре 2010 г. вСША ввелиновыедирективы, обязывающиеприменятьэлектродвигателисвысокимКПД, в Европеаналогичныеправиладействуютужедавно. Готовы ли вы к очередным более строгим директивам?

 

Экологическое мышление мотивирует многих, а экология сама по себе является темой повседневной жизни. К сожалению, не в сфере бизнеса, хотя именно там любое ограничение потребления энергии означает огромную экономию. Электродвигатели с высоким КПД могут помочь в реализации этой задачи, тем более, что все более жесткие нормы во многих странах просто требуют этого.

Стоит знать, что когда говорят о двигателях с высоким КПД, то это относится обычно к традиционным асинхронным двигателям. – Индукционные двигатели выпускаются в стандартном энергетическом исполнении, в исполнении с повышенной эффективностью и суперэффективные, – говорит Дэвид Хансен, глобальный менеджер продукта Kinetix Motion Control Rockwell Automation. ? Двигатели же с постоянными магнитами выпускаются только по одному энергетическому классу.

Не случайно двигатели с постоянными магнитами предлагаются только в одном энергетическом классе: их конструкция сама по себе обеспечивает высокий КПД, поскольку исключает потребность намагничивания ротора. Джон Малиновски, старший продукт-менеджер в фирме Baldor Electric Company подчеркивает, что существует группа индукционных двигателей, которые соответствуют международным стандартам IEC 60034-30 по категории IE3 (высшая категория) и американским NEMA по категории Premium (тоже высшая категория).

По этой причине обсуждение ограничится универсальными асинхронными двигателями, роторы которых изготовлены из ферромагнитных материалов. Характеристики эффективности двигателей с постоянными магнитами будут обсуждены в другой раз.

? Двигатели энергетической категории Premium (аналог IE3) более чувствительны к исполнению, чем более старые двигатели, они создают меньше шума и вибрации, выделяют меньше тепла и являются более долговечными, ? утверждает Малиновски.

? Более высокий КПД современных асинхронных двигателей является результатом совершенствования конструкции, правильной геометрии обмоток, использования более качественных материалов (в том числе меди в роторе), что приводит к более эффективному преобразованию электрической энергии в механическую, ? утверждает Петер Фишбах, менеджер промышленного сектора в фирме Rexroth.

Что определяет КПД двигателя

? Ключом к более высокому КПД является ограничение потерь – констатирует Малиновски. – Больше меди в обмотке ? меньше потери в проводимости, а в свою очередь более качественная магнитная сталь уменьшает потери на перемагничивание. Меньшие потери мощности ? это меньший нагрев, следовательно, и меньший охлаждающий вентилятор – очередная выгода.

Фишбах добавляет, что б?льшая часть потерь ? это потери на проводимости в роторе и статоре, часто называемые потерями на гистерезиса или потерями в железе.

Хансен перечисляет по пунктам список конструктивных решений, повышающих энергоэкономичность их приводов:

  • Сопротивление обмоток. ? С ростом сопротивления обмоток снижается КПД. Чтобы повысить эффективность двигателей, проектировщики стараются снизить сопротивление за счет увеличения количества меди в желобках и уменьшения обмоток, выступающих за статор.
  • Ламинирующее средство. – Потери в обмотках статора зависят непосредственно от качества примененной магнитной стали и от ламинирующего средства. Тонкий изолирующий слой приводит к меньшим потерям в сердечнике, нежели толстый слой.
  • Геометрия зубьев. – Специальная геометрия зубьев увеличивает концентрацию магнитного потока внутри двигателя. Б?льшая концентрация ? это меньшее рассеяние энергии, а следовательно, более высокий КПД

Важен комплекс

? Целью большинства промышленных применений является сочетание высокого КПД с высокой производительностью, – считает Фишбах. ? Ключ к успеху ? анализ, моделирование и оптимизация всей системы, предшествующие принятию решения о закупке отдельных компонентов, таких, как двигатели.

С этим соглашается Малиновски: ? Замена двигателей ? это простой шаг в стремлении к большей эффективности, но выгода здесь ограничена. Стоит иметь двигатели с КПД порядка 95%, но они должны взаимодействовать с высококачественными трансмиссиями с КПД 90?95%, а не с изношенными конструкциями с КПД 50?60%.

Фишбах подтверждает: ? Более высокая эффективность ? понятие относительное, поскольку надо учитывать и другие факторы, влияющие на общую эффективность системы, такие, как время цикла или объем производства. Например, моментный двигатель с КПД 80% может потреблять меньше энергии, чем сервопривод с КПД  95%, поскольку не требует применения трансмиссии, а это может дополнительно увеличивать производительность системы.

Чего не делать

? Самые большие ошибки совершают те инженеры, которые все внимание сосредотачивают на щитке двигателя и ожидают пропорционального роста эффективности в их приложении, – предостерегает Фишбах.

Любой, в том числе и энергосберегающий двигатель имеет свою характеристику, поэтому он должен быть подобран к конкретному применению. Например, двигатель энергетического класса «премиум» не сэкономит много энергии, если он будет загружен частично или будет использоваться спорадически.

Малиновски приводит пример замены старого двигателя, работающего с центробежным насосом, на новый премиум-класса. Ротор насоса, который был спроектирован под взаимодействие со старым двигателем, не заменяют. Новый, более производительный двигатель будет, вероятно, работать с более высокими оборотами, что вызовет общий рост потребления энергии. Система может быть более энергоэффективна, но дополнительная работа, которая будет совершена, может быть ненужной.

? Проектировщики, которые действительно заинтересованы увеличением эффективности, не будут стремиться исключительно к замене двигателя, а проанализируют всю систему на предмет расходования энергии, – советует Хансен. ? Даже самый производительный двигатель, работая с низкоэффективной передачей, не принесет существенных энергетических выгод. Любая механическая передача между двигателем и нагрузкой ? это потеря энергии. Очень точные геликоидальные трансмиссии сразу после извлечения из упаковки имеют КПД 90?95%. Изношенная трансмиссия ? это КПД на уровне 50?60%.

? Самым лучшим решением с точки зрения эффективности машины был бы отказ от механических трансмиссий и применение моментных двигателей (с постоянными магнитами) – заключает он.

А вы включаете в проект, а потом покупаете двигатели с высоким КПД? Будьте к этому готовы.

Статья под редакцией магистра инж. Лукаша Урбаньского, аспиранта кафедры промышленной автоматики и робототехники электротехнического факультета Западнопоморского технологического университета (г. Щецин).

CE

controlengrussia.com

Электродвигатель нового типа - Оборудование и технологии - Почитать

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 генератор переменного тока 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.

energetika.com.ru

Новые электродвигатели и приложения

21 ноября

Применение конструкций с постоянными магнитами с осевым, поперечным и радиальным потоками позволяет оптимизировать крутящий момент, мощность, эффективность, размер, вес и другие эксплуатационные параметры электродвигателей. В статье сделан обзор современных электродвигателей разного типа.

В

настоящее время перед разработчиками электродвигателей стоит задача оптимизации крутящего момента двигателя/генератора, эффективности, размеров веса и других эксплуатационных параметров. На практике условия конкретных приложений диктуют, какие именно характеристики электродвигателей должны быть оптимизированы. Режимы работы практически всех двигателей могут быть разделены на три группы: с постоянной скоростью, с переменной скоростью или в режиме старт-стоп. Растущие требования к эффективности по мощности ведут к применению электронных приводов, обеспечивающих переменную скорость вращения двигателей, что позволяет увеличивать эффективность в более широком диапазоне по сравнению с режимами с постоянной скоростью. При разработке систем перемещения, где необходима высокая точность позиционирования, требуются, как правило, двигатели с высокими пиковыми значениями крутящих моментов, равномерной скоростью и плавным снижением момента при остановке. Силовые и управляющие электронные устройства обеспечивают контроль за перемещением и всей мехатронной системой, состоящей из двигателя, его привода и управляющих элементов. Существует пять основных типов электродвигателей: универсальный щеточный электродвигатель постоянного тока, индукционный электродвигатель переменного тока, бесщеточный синхронный электродвигатель с электронным управлением, синхронный электродвигатель с постоянным магнитом (PM) и, наконец, — универсальный электродвигатель с двумя обмотками, который может управляться как постоянным, так и переменным входными напряжениями. Недостатком последнего электродвигателя является низкая эффективность по мощности. Щеточные электродвигатели постоянного тока с двумя обмотками и постоянным магнитом имеют ограниченный срок службы из-за механической коммутационной системы. В новых технологических разработках используются в основном индукционные электродвигатели, двигатели с переменным или переключаемым магнитным сопротивлением и бесщеточные синхронные электродвигатели с постоянным магнитом. Иногда появляются разработки, в которых скомбинированы эти три технологии.

Электродвигатели с постоянным магнитом характеризуются самой высокой эффективностью по мощности и являются лидерами среди широкого круга современных двигателей. Бесщеточные синхронные электродвигатели с постоянным магнитом (PMSM) имеют несколько названий: бесщеточный электродигатель постоянного тока, бесщеточный PMAC-электродвигатель, а также электродвигатель с электронным управлением (ECM). В настоящее время в PMSM, используемых в широком диапазоне приложений, магниты располагаются на цилиндрической поверхности ротора. Последние тенденции развития сервосистем позиционирования заключаются в создании IPM-конфигураций с внутренними и скрытыми в цилиндрических перекладинах постоянными магнитами. Такие конфигурации позволяют увеличивать крутящий момент или снижать размеры и вес различных прецизионных систем позиционирования. Сервоприводы данного типа  находят применение в станках, роботах и различных полупроводниковых устройствах.

Транспортная индустрия (мопеды, скутеры, мотоциклы и автомобили) являются целевой аудиторией PMSM-технологии. Два замечательных примера систем с новым расположением магнитов — это PMSM с аксиальным и поперечным потоками. Показанный на рисунке 1 PMSM с аксиальным потоком имеет уникальную дисковую форму, позволяющую получить больший крутящий момент, чем традиционные PMSM цилиндрической формы с радиальным потоком. Такая уникальная конфигурация позволяет разместить электродвигатель в центре рулевого колеса практически любого транспортного средства. Электродвигатели с аксиальным потоком обеспечивают большой крутящий момент и низкую осевую скорость, что во многих приложениях устраняет необходимость применения дорогостоящих редукторов. Возрождающийся интерес к гибридным или электрическим транспортным средствам благоприятствует стремлению разработчиков применять электродвигатели с аксиальным потоком. Существуют две основных конфигурации для создания аксиального потока: внутренний PM-ротор между двумя обмотками статора и тор с двумя роторами вокруг неподвижного статора. Конфигурация с внутренним PM-ротором является наиболее популярной.

 

а)

б)

Рис. 1. Электрическая машина с внутренним ротором и аксиальным потоком (а) и с аксиальным потоком тороидальной формы (б)

Транспортные компании поддерживают исследования, проводимые в университетах по всему миру, направленные на оценку, разработку и использование электродвигателей этого типа. Китайские компании выпускают большое количество электродвигателей с аксиальным потоком для мопедов. Правда, многие молодые компании не смогли пережить недавний кризис, но тем не менее, KLD Energy Technologies, Austin, TX, предлагают производителям скутеров 5-кВт модель такого типа. Компании YASA Motors, Abington, UK разработали электродвигатели с аксиальным потоком для более крупных транспортных средств с беспазовым (slotless) статором. Эти электродвигатели производят более 60 Нм при 3600 об/мин (25 кВт) и имеют пиковую эффективность по мощности 96%. Практически все двигатели с аксиальным потоком используют сверхмощные постоянные магниты из неодим-ферробора. Более уникальную конфигурацию PMSM с аксиальным потоком предлагает компания NovaTorque. Осевая длина ее PMSM больше радиального диаметра. Ротор двигателя NovaTorque содержит конические втулки, состоящие из ферритовых магнитов, встроенных в IPM-конфигурации в магнитно-мягкий материал. Такая конфигурация вкупе с недорогими  ферритовыми магнитами позволяет достичь характеристик, превышающих аналогичные параметры, получаемые при использовании магнитов из редкоземельных материалов (ниодима). Втулки размещаются на каждом конце ротора, поэтому магнитный поток протекает прямо (параллельно оси) через аксиально ориентированные полюса статора. Поверхности конических втулок ротора формируют большую площадь воздушного зазора, что позволяет улучшить крутящий момент. Первый электродвигатель такого типа — PremiumPlus+ компании Nova-Torque — PMSM-элек­тро­дви­гатель с ак­сиальным потоком мощностью 3 л.с.— развивает 18 Нм при 1800 об/мин. NovaTorque фокусирует свое внимание на вентиляторах, насосах и компрессорах, используемых в системах нагрева, вентиляции, кондиционирования и охлаждения (HVACR).

Двигатели с поперечным потоком (см. рис. 2) имеют сложную магнитную схему. Если для двигателей с радиальным и аксиальным потоками можно построить двумерную модель либо методом анализа конечного элемента (FEA), либо другими прямыми математическими методами, то для электродвигателей с поперечным потоком требуется трехмерное (3D) моделирование методом FEA, поскольку трехмерными являются их магнитные схемы.

 

Рис. 2. Двигатели с поперечным потоком

В таких двигателях U-образные магнитные элементы расположены вокруг обмотки статора кольцевой формы. Электродвигатели с поперечным потоком были изобретены еще в 1896 г., но разработка приложений, где востребованы их улучшенные характеристики, задерживалась из-за сложной структуры и высокой стоимости. Появление магнитов из ниодима и мягких магнитных композитных материалов позволило швейцарской компании Landert Motoren разработать небольшие электродвигатели с поперечным потоком серии MDD1 с номинальным крутящим моментом 3,3…10 Нм при 300 об/мин (100…300 Вт). Такие двигатели могут быть использованы во вращающихся столах и других промышленных приложениях. Компания Electric ResearchInstitute (Южная Корея) выпускает электродвигатели с поперечным потоком уже более 10 лет. Причем в этой компании разработаны версии как для линейного, так и для вращательного движения. Эти транспортные системы способны достигать 1120 фунт-сила (5000 Н). Электродвигатели с поперечным потоком могут развивать очень высокий крутящий момент и плотность мощности, но отличаются довольно высокой стоимостью. В настоящее время их применение ограничено специальными приложениями.

Цилиндрические электродвигатели с радиальным потоком — это тоже перспективное направление разработок. Здесь используются сразу две технологии двигателей: двигатели с постоянным магнитом (PM) и переменным магнитным сопротивлением (VR) и индукционные двигатели переменного тока с постоянным магнитом (PM). Лучший пример такого объединения продемонстрировала компания QM Power. Новая технология QM Power — ParallelPath Magnetic Technology (PPMT) — объединяет VR- и PM-технологии. Два магнитных потока протекают по одним и тем же магнитным элементам электродвигателя: один поток формируется двумя PM, а другой — VR-обмоткой ротора-статора. Магнитная сила может быть увеличена в три раза, что приводит к росту плотности мощности на 30% и аналогичному возрастанию пиковой эффективности, как утверждает QM Power. Диапазон мощности составляет от 100 Вт до сотен кВт. PPMT предназначены для работы в приложениях как с постоянной, так и с переменной скоростью вращения, включая тяговые приводы. PPMT характеризуются высокой эффективностью по мощности при высоких нагрузках. Они демонстрируют очень хорошие характеристики при использовании ферритовых магнитов. Другой пример гибридных двигателей — линейный индукционный двигатель переменного тока, объединяющий короткозамкнутый ротор и PM-магнит (обычно ферритовый), что позволяет значительно улучшить эффективность электродвигателя. Компания Lafert Corp. (Италия) выпускает семейство промышленных и коммерческих линейных PPMT-двигателей переменного тока мощностью 1…15 кВт с увеличенной пиковой эффективностью на 5–8%.

Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.

www.russianelectronics.ru