Как устроен электромагнитный тормоз двигателя

1. Главная

   /

2. Справочник

   /

3. Как устроен электромагнитный тормоз двигателя

Двигатели с электромагнитными тормозными системами широко используются в подъёмных устройствах, станочном и конвейерном оборудовании, электротранспорте и проч.

Электромагнитный тормоз позволяет быстро остановить электрический двигатель. Это необходимо для повышения быстродействия и точности работы механизма, который приводится в движение, а также для обеспечения безопасных условий работы.

Устройство электромагнитного тормоза

Наиболее распространёнными являются дисковые тормозные системы. Такое устройство позволяет осуществлять точное позиционирование приводимого механизма и удерживать его в заданном положении длительное время, т.е. система выполняет функции стояночного тормоза.

Составными частями электромагнитного (электромеханического) тормоза являются:

• электромагнит
• якорь
• тормозной диск
• прижимные пружины

Тормозной диск установлен на подвижном валу двигателя и имеет фрикционные накладки. Электромагнит и якорь крепятся к неподвижному корпусу. Якорь, на который давит прижимная тарельчатая пружина, выступает исполнительным элементом системы. При отсутствии питания он прижат к тормозному диску, благодаря чему обеспечивается фиксация вала. При подаче питания якорь притягивается электромагнитом, преодолевая воздействие пружины – происходит растормаживание вала.

При проведении работ по техническому обслуживанию приводимого механизма может потребоваться временное отключение тормоза. Для этого в конструкции тормозной системы нередко предусматривается функция ручного растормаживания.

В электромагните могут использоваться катушки переменного или постоянного тока. Как правило, тип катушек выбирается в зависимости от тока, питающего электродвигатель. Это позволяет отключать тормоз с одновременной подачей напряжения на двигатель.

Для проведения наладки в конструкции электромеханического тормоза имеется устройство, которое воздействует на пружину и регулирует прижимной момент. В свою очередь, тормозной момент будет зависеть от силы прижатия пружины и площади фрикционных накладок на тормозном диске.

Особенности характеристик тормозного устройства

Различают динамический и статический тормозной момент. Статический момент представляет собой максимально возможное воздействие на тормоз двигателя, которое он может выдержать. Динамический тормозной момент — это величина момента, с которым будет осуществляться торможение двигателя.

Одной из наиболее важных характеристик тормозного устройства является время срабатывания. Время срабатывания и тормозной момент в обязательном порядке учитываются при выборе тормоза.

Заключение

При длительном использовании эффективность работы тормозного устройства может снизиться по причине износа фрикционных накладок. Поэтому, как и любой другой механизм, тормоз электродвигателя требует периодического технического обслуживания и наладки.

Другие полезные материалы:
Типичные неисправности мотор-редукторов NMRV
Принципы программирования ПЛК
Об электродвигателях с тормозом

Подпишитесь на рассылку!

Никакого спама! Только полезная справочная информация.

Я согласен на обработку персональных данных

Типы электродвигателей и их характеристики-industry-news

• Лучший литиевый аккумулятор 18650

• Цилиндрическая литий-ионная батарея

• Лучшее руководство по литиево-ионной батарее

• Лучшее руководство по LiPo батареям

• Лучшее руководство по батарее Lifepo4

• Руководство по литиевой батарее 12 В

• Литий-ионный аккумулятор 48 В

• Подключение литиевых батарей параллельно и последовательно

• Лучшая литий-ионная батарея 26650

May 28, 2019   Вид страницы：265

Электродвигатель электромобиля преобразует электрическую энергию источника питания в механическую энергию посредством передачи или напрямую приводит в движение колеса и рабочие устройства. Какие бывают типы электродвигателей? Какие характеристики у каждого?

Базовое введение в двигатель электромобиля

Двигатель: относится ко всем машинам, которые преобразуют механическую энергию в электрическую и электрическую энергию в механическую. В частности, относится к генераторам, электрическим машинам и электродвигателям.

Электродвигатель: двигатель, широко известный как двигатель, представляет собой электрическое устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую энергию и может использовать механическую энергию для генерации кинетической энергии для привода других устройств.

Поскольку электромобили используют аккумуляторные батареи в качестве источника энергии на транспортном средстве, их емкость ограничена. Чтобы максимально расширить диапазон движения, большинство систем привода используют технологию обратной связи по энергии, то есть кинетическую энергию потери колеса через контроллер во время торможения транспортного средства. На аккумулятор поступает обратная связь, и двигатель находится в состоянии генерации, передавая излучаемую электроэнергию аккумулятору. Поэтому водителя электромобиля следует называть мотором, а не мотором, который мы привыкли называть. Например, двигатель с композитным ротором с двойным статором и магнитной подвеской, используемый компанией Zhongda Qingshan, может преобразовывать электрическую энергию в механическую, а механическую энергию в электрическую.

Тип двигателя электромобиля и его характеристики

Классификация двигателей

В дополнение к функции выработки электроэнергии электродвигатель электромобиля в основном функционирует как электродвигатель, поэтому мы классифицируем его по электродвигателю: (только для простой классификации)

1, в зависимости от типа рабочей мощности: можно разделить на двигатель постоянного тока и двигатель переменного тока.

ОКРУГ КОЛУМБИЯ:

По конструкции и принципу работы его можно разделить на бесщеточный двигатель постоянного тока и щеточный двигатель постоянного тока.

Его также можно разделить на двигатель постоянного тока с постоянными магнитами и электромагнитный двигатель постоянного тока.

Электродвигатели постоянного тока с постоянными магнитами подразделяются на электродвигатели постоянного тока с редкоземельными элементами, ферритами и AlNiCo.

Электромагнитные двигатели постоянного тока подразделяются на двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением, с параллельным возбуждением, с раздельным возбуждением и со смешанным возбуждением в соответствии с режимом возбуждения.

Двигатели переменного тока можно разделить на: однофазные двигатели и трехфазные двигатели.

2, согласно структуре и принципу работы: можно разделить на двигатель постоянного тока, асинхронный двигатель, синхронный двигатель.

Скорость ротора асинхронного двигателя всегда немного ниже синхронной скорости вращающегося магнитного поля.

Скорость ротора синхронного двигателя всегда поддерживается на уровне синхронной скорости независимо от нагрузки.

3. По назначению различают приводной двигатель и управляющий двигатель.

4. В зависимости от скорости работы существует высокоскоростной двигатель, низкоскоростной двигатель, двигатель с постоянной скоростью и двигатель с регулировкой скорости.

Низкоскоростные двигатели подразделяются на мотор-редукторы, электромагнитные редукторы, моментные двигатели и синхронные двигатели с кулачковыми полюсами.

Принцип работы двигателя электромобиля

1, двигатель переменного тока

Однофазный асинхронный двигатель разделяет однофазный переменный ток на другой переменный ток с разностью фаз 90 градусов посредством емкостного сдвига фаз. Две фазы переменного тока соответственно подводятся к двум или четырем наборам обмоток двигателя, и в двигателе формируется вращающееся магнитное поле. Вращающееся магнитное поле генерирует индуцированный ток в роторе двигателя, а магнитное поле, создаваемое индуцированным током, противоположно направлению вращающегося магнитного поля и вращается под действием магнитного поля. Двухтактный переходит во вращающееся состояние. Поскольку ротор должен перерезать магнитные силовые линии для генерации индуцированного тока, скорость ротора должна быть ниже, чем скорость вращения магнитного поля, поэтому он называется асинхронным двигателем.

Трехфазный асинхронный двигатель не должен сдвигаться по фазе за счет конденсатора, и он имеет трехфазный переменный ток с разницей в 120 градусов, поэтому генерируемое вращающееся магнитное поле является более однородным и более эффективным.

Магнитное поле синхронного двигателя переменного тока с постоянными магнитами создается постоянным магнитом, а катушка ротора приводится в действие щеткой. Скорость и частота переменного тока находятся во множественных (дробных) отношениях (в зависимости от количества обмоток катушки ротора), поэтому он называется синхронным двигателем.

Катушка ротора приводится в действие щеткой, а статор создает вращающееся магнитное поле через обмотку катушки. Последовательное и параллельное расположение обмотки ротора и обмотки статора соответственно называется двигателями с последовательным и параллельным возбуждением.

2, двигатель постоянного тока

Двигатель постоянного тока состоит из двух частей: статора и ротора. Статор имеет магнитные полюса (обмотка или постоянный магнит). Ротор имеет обмотки. После подачи питания на ротор образуется магнитное поле (магнитный полюс), и между статором и магнитным полюсом ротора существует угол. Двигатель вращается за счет взаимного притяжения фиксированного магнитного поля ротора (между полюсом N и полюсом S). Изменяя положение щетки, можно изменить угол полюса статора (при условии, что начальная точка магнитного полюса статора, магнитный полюс ротора находится на другой стороне, а направление магнитного полюса ротор, указывающий на полюс статора, является направлением вращения двигателя) Таким образом, направление вращения двигателя изменяет направление вращения двигателя.

Конструкция двигателя электромобиля

1. Двигатель постоянного тока с постоянными магнитами:

Он состоит из полюса статора, ротора, щетки, кожуха и т.п.

Полюса статора изготовлены из постоянных магнитов (постоянных магнитов) из феррита, алюминия-никеля-кобальта, неодима-железа-бора и т.п. По структурной форме ее можно разделить на цилиндрическую и черепичную.

Ротор обычно покрывается листами кремнистой стали, а эмалированная проволока наматывается между двумя пазами сердечника ротора (три паза имеют три обмотки), а соединения соответственно привариваются к металлической части коммутатора.

Щетка — это токопроводящий компонент, соединяющий источник питания и обмотку ротора. В щетке двигателя с постоянным магнитом используется металлический лист, или металлическая графитовая щетка, или электрохимическая графитовая щетка.

2, бесщеточный двигатель постоянного тока:

Он состоит из ротора с постоянным магнитом, статора с многополюсной обмоткой, датчика положения и т.п.

Бесщеточные двигатели постоянного тока характеризуются бесщеточными полупроводниковыми переключающими устройствами (такими как элементы Холла) для электронной коммутации, то есть электронные переключающие устройства заменяют традиционные контактные коммутаторы и щетки. Он обладает такими преимуществами, как высокая надежность, отсутствие искры коммутации и низкий механический шум.

Датчик положения коммутирует ток обмотки статора в определенном порядке в соответствии с изменением положения ротора (определяет положение полюса ротора относительно обмотки статора и генерирует сигнал определения положения в определенном положении, который обрабатывается схемой преобразования сигнала.Управление схемой переключателя мощности для переключения тока обмотки в соответствии с определенной логической зависимостью).

Датчики положения бывают магнитного, фотоэлектрического и электромагнитного типов.

Бесщеточный двигатель постоянного тока, использующий магниточувствительный датчик положения, магнитный чувствительный элемент (такой как элемент Холла, магниточувствительный диод, магниточувствительный диод, магниторезистор или ASIC) устанавливается на узле статора. Для обнаружения изменения магнитного поля, создаваемого при вращении постоянного магнита и ротора. Многоцелевые электромобили — это элементы Холла.

Бесщеточный двигатель постоянного тока, использующий фотоэлектрический датчик положения, имеет устройство фотоэлектрического датчика, расположенное в определенном месте на узле статора, а на роторе установлена светозащитная пластина, а источником света является светоизлучающий диод или небольшая лампочка. Когда ротор вращается, светочувствительные компоненты на статоре периодически генерируют импульсные сигналы определенной частоты из-за действия козырька.

Используя бесколлекторный двигатель постоянного тока с электромагнитным датчиком положения, электромагнитные датчики устанавливаются на составные части статора (например, соединительный трансформатор, рядом с переключателем, резонансный контур LC и т. заставить электромагнитный датчик вырабатывать сигнал высокочастотной модуляции (амплитуда изменяется в зависимости от положения ротора).

Рабочее напряжение обмоток статора обеспечивается электронной схемой переключения, управляемой выходом датчика положения.

Характеристики двигателя электромобиля

Приводной двигатель электромобилей отличается от обычных промышленных двигателей. Приводной двигатель электромобиля обычно требует частого запуска / остановки, ускорения / замедления, высокого крутящего момента, необходимого для низкой скорости или подъема, низкого крутящего момента, необходимого для работы на высокой скорости, и большого диапазона переключения. Промышленные двигатели обычно оптимизируются в номинальных рабочих точках. Таким образом, приводные двигатели электромобилей уникальны и должны быть классифицированы отдельно.

Требования к электродвигателю электромобиля

К ним предъявляются особые требования с точки зрения требований к нагрузке, техническим характеристикам и рабочей среде:

1. Приводной двигатель электромобиля нуждается в 4-5-кратной перегрузке, чтобы соответствовать требованиям кратковременного ускорения или набора высоты; промышленные двигатели требуют только 2-х кратную перегрузку.

2. Требуется, чтобы максимальная скорость электромобилей в 4-5 раз превышала базовую скорость при движении по дороге, в то время как промышленным двигателям требуется только постоянная мощность, которая в два раза превышает базовую скорость.

3. Приводной двигатель электромобиля должен быть спроектирован в соответствии со стилем вождения модели и водителя, а промышленный двигатель должен быть спроектирован только в соответствии с типичным рабочим режимом.

4. Для приводного двигателя электромобиля требуется высокая удельная мощность (обычно требуется для достижения 1 кВт / кг) и хорошая карта эффективности (высокая эффективность в широком диапазоне скоростей и крутящего момента), что может снизить вес транспортного средства для увеличения дальности движения; промышленные двигатели обычно учитывают удельную мощность, эффективность и стоимость и оптимизируют КПД вблизи номинальной рабочей точки.

5. Приводные двигатели электромобилей требуют высокой управляемости, высокой точности в установившемся режиме и хороших динамических характеристик; Промышленные двигатели предъявляют только одно конкретное требование к производительности.

6. Приводной двигатель электромобиля устанавливается на автомобиле с небольшим пространством и работает в суровых условиях, таких как высокая температура, плохая погода и частая вибрация. Промышленные двигатели обычно работают в фиксированном положении.

Страница содержит содержимое машинного перевода.

• Предыдущая статья：
  Эпоха Ниндэ / Лишен / Пекин Гунэн поддерживает тройку лидеров
• Следующая статья：
  Как правильно зарядить аккумулятор

Самые популярные категории

Индивидуальные решения

• Схема конструкции аккумулятора 11,1 В, 6600 мАч портативного сверхзвукового диагностического набора B

• Схема резервного питания 7,4 В 10 Ач медицинского инфузионного насоса

• Решения для литий-ионных аккумуляторов AGV 25,6 В, 38,4 Ач

Что такое электродвигатель?

Электродвигатели представляют собой устройства, преобразующие электрическую энергию в механическую, обычно в форме вращательного движения. Проще говоря, это устройства, которые используют электроэнергию для выработки движущей силы.

Электродвигатели не только обеспечивают простое и эффективное средство создания высокой выходной мощности привода, но и их легко уменьшить, что позволяет встраивать их в другие машины и оборудование. В результате они находят широкое применение как в промышленности, так и в повседневной жизни.

Принцип действия

Помнишь, тебя в школе учили правилу левой руки Флеминга? Электродвигатели являются применением этого правила, при этом сила, создаваемая электрическим током, протекающим через катушку в присутствии магнитного поля, заставляет вал двигателя вращаться.
На приведенной ниже диаграмме правило левой руки Флеминга говорит нам, что направленная вверх сила генерируется, когда ток течет перпендикулярно магнитному полю от магнита ^* .

• *

  Магнитное поле: Область, в которой присутствует магнитная сила (направленная от северного (N) к южному (S) полюсу магнита).

Как достигается вращение в электродвигателе

В случае щеточного электродвигателя постоянного тока ^*1 , например, эту силу можно использовать для поддержания непрерывного вращения путем изменения направления тока на каждом полуобороте катушки (что достигается с помощью щеток и коммутатора ^*2 )

• *1

  Двигатель постоянного тока: Двигатель, работающий от постоянного тока (DC)

• *2

  Щетки и коллектор: При совместном использовании они меняют направление тока каждый раз, когда вал двигателя делает пол-оборота.

История электродвигателей

Британский ученый Майкл Фарадей считается особенно влиятельным среди многих ученых 19 века, сыгравших определенную роль в изобретении и разработке электродвигателей. В 1821 году Фарадей провел успешный эксперимент, в котором вращение проволоки осуществлялось с помощью магнита вместе с магнитным полем, создаваемым электрическим током. В 1831 году он изобрел закон магнитной индукции, заложив основу для значительного прогресса в области электродвигателей и генераторов.

Со временем было изобретено множество других типов электродвигателей, а также конструкции, которые можно считать архетипическими двигателями постоянного тока.

Впоследствии, в 1872 году, практический электродвигатель был не столько изобретен, сколько открыт, когда один из генераторов, выставленных на Всемирной выставке в Вене, начал вращаться сам по себе после того, как был случайно подключен к другому генератору. Это привело людей к пониманию того, что то, как работают генераторы, можно использовать и в двигателях. Последовавший за этим быстрый рост практического использования генераторов был таким, что они стали основой многих отраслей промышленности в 20 веке.

Двигатели и генераторы

В то время как электродвигатели преобразуют электрическую энергию во вращение и другие виды механической энергии, генераторы выполняют обратную функцию преобразования механической энергии в электрическую.
Несмотря на эти противоположные функции, двигатели и генераторы очень похожи по конструкции и принципу работы. Фактически, простой эксперимент, в котором два модельных двигателя соединяются вместе, — это все, что нужно, чтобы продемонстрировать, что электрический двигатель может также работать как генератор.
Естественно, учитывая различные способы их использования, два типа машин всегда разрабатывались отдельно.

Типы электродвигателей

Электродвигатели бывают самых разных форм в зависимости от типа используемого тока, конструкции их катушек (обмоток) и того, как они генерируют магнитное поле. Соответственно, их можно классифицировать по различным признакам.
Ниже описаны три типа электродвигателей, обычно используемых как в быту, так и в промышленности.

Двигатели постоянного тока

Это двигатели, приводимые в действие источником постоянного тока. Они подразделяются на щеточные и бесщеточные (BLDC) двигатели в зависимости от того, используют ли они щетки ^*1 .
В то время как коллекторным двигателям постоянного тока для работы требуется только подключение к источнику питания постоянного тока, бесщеточным двигателям постоянного тока требуется датчик для определения ориентации магнитных полюсов ротора ^*2 и схема привода для подачи соответствующего тока.

• *1

  Щетка: Деталь, используемая вместе с коллектором.

• *2

  Ротор: часть двигателя, которая вращается. Вал двигателя является частью ротора.

Двигатели переменного тока

Это двигатели, приводимые в действие источником переменного тока. Они сгруппированы в зависимости от того, является ли источник питания однофазным ^*1 или трехфазным ^*2 .
Однофазные двигатели далее сгруппированы в конденсаторные двигатели, в которых используется конденсатор ^*3 для создания крутящего момента, и двигатели с расщепленными полюсами, которые имеют дополнительную катушку (обмотку), называемую экранирующей катушкой ^*4 .

• *1

  Однофазный: Обычный источник питания переменного тока, обычно доступный в домах.

• *2

  Трехфазный: тип источника питания переменного тока, используемый в основном в промышленности.

• *3

  Конденсатор: электронный компонент, хранящий электрическую энергию.

• *4

  Затеняющая катушка: катушка с замкнутой цепью, намотанная вокруг части сердечника статора.

Шаговые двигатели

Это двигатели, которые вращаются на фиксированный шаг (угол) каждый раз, когда вводится импульс ^*1 .
Шаговые двигатели можно сгруппировать по структуре их ротора. Двигатели с постоянными магнитами (PM) ^*2 имеют магнит в роторе ^*3 , двигатели с переменным сопротивлением (VR) ^*4 имеют железный сердечник, а гибридные двигатели имеют и то, и другое.

• *1

  Импульс: Короткий всплеск электричества, производимый включением и выключением источника питания.

• *2

  Ротор: часть двигателя, которая вращается. Вал двигателя является частью ротора.

• *3

  Двигатель с постоянными магнитами: Двигатель с постоянным магнитом

  .

• *4

  Двигатель

  VR: двигатель с переменным магнитным сопротивлением, в котором сердечники расположены подобно зубьям шестерни, при этом такое расположение определяет угол шага.

Обзор типов электродвигателей

В таблице ниже перечислены основные характеристики трех различных типов двигателей.

В дополнение к перечисленным выше существует множество других типов электродвигателей.

Тип	Характеристики
Линейный двигатель	Двигатель, скользящий в линейном направлении
Ультразвуковой двигатель	Двигатель, приводимый в движение ультразвуковыми колебаниями
Двигатель без сердечника	Коллекторный двигатель постоянного тока с ротором без железного сердечника или бесщеточный двигатель со статором без железного сердечника
Универсальный двигатель	Двигатель с фазным ротором и фазным статором, работающий как на переменном, так и на постоянном токе
Гистерезис двигателя	Двигатель переменного тока, в роторе которого используется материал, обладающий гистерезисом и вращающийся за счет гистерезисного крутящего момента
Двигатель SR	Шаговый двигатель VR, который также имеет функцию определения положения ротора, что позволяет избежать потери синхронизации

Применение двигателей

Хотя электродвигатели используются по-разному, ниже перечислены общие области применения бесщеточных двигателей постоянного тока и шаговых двигателей, поставляемых ASPINA.

Области применения бесщеточных двигателей постоянного тока

Благодаря небольшим размерам, высокой мощности, низкому уровню шума и вибрации, а также длительному сроку службы бесщеточные двигатели постоянного тока находят широкое применение в таких приложениях, как системы вентиляции (очистители воздуха и другие виды кондиционер), бытовая техника, холодильники, водонагреватели, торговые автоматы, копировальные аппараты, принтеры, проекторы, оргтехника, контрольно-измерительные приборы, транспортные средства и медицинские приборы.

• Кондиционеры
• Финансовые терминалы (банкоматы), разменные автоматы, автоматы по обмену валюты, автоматы по продаже билетов
• Бытовая техника
• Чистые помещения
• Водонагреватели и горелки
• Оптические изделия
• Торговые автоматы
• Принтеры
• Морозильные и холодильные витрины
• Копировальные аппараты
• Медицинское оборудование
• Офисное оборудование
• Системы лабораторного анализа

Области применения шаговых двигателей

Превосходная точность остановки, высокий крутящий момент на средних и низких скоростях и превосходная чувствительность шаговых двигателей означают, что они могут использоваться в самых разных приводных устройствах, требующих точного управления.

• Производственное оборудование
• Приводы оптических дисков (приводы Blu-ray, DVD и т. д.)
• Медицинское оборудование
• Лазерные принтеры
• Лабораторные аналитические приборы
• Цифровые камеры
• Банкоматы
• Жалюзи кондиционера
• Торговые автоматы
• Развлекательные автоматы
• Автоматы по продаже билетов
• Копировальные аппараты
• Роботы

Решение проблем с электродвигателями

ASPINA поставляет не только автономные шаговые двигатели, но и системные продукты, включающие системы привода и управления, а также механические конструкции. Они подкреплены всесторонней поддержкой, которая простирается от прототипирования до коммерческого производства и послепродажного обслуживания.
ASPINA может предложить решения, адаптированные к функциям и характеристикам, требуемым в различных отраслях промышленности, областях применения и потребительских продуктах, а также для ваших конкретных производственных схем.

ASPINA поддерживает не только клиентов, которые уже знают свои требования или спецификации, но и тех, кто сталкивается с проблемами на ранних стадиях разработки.
Вы боретесь со следующими проблемами?

Выбор двигателя

• У вас еще нет подробных спецификаций или проектных чертежей, но вам нужен совет по двигателям?
• У вас нет штатного специалиста по двигателям, и вы не можете определить, какой тип двигателя лучше всего подойдет для вашего нового продукта?

Разработка двигателей и связанных с ними компонентов

• Хотите сосредоточить свои ресурсы на основных технологиях и заказать приводные системы и разработку двигателей на стороне?
• Хотите сэкономить время и силы на перепроектирование существующих механических компонентов при замене двигателя?

Уникальное требование

• Нужен специальный двигатель для вашего продукта, но ваш обычный поставщик отказался?
• Не можете найти двигатель, который дает вам требуемый контроль, и почти теряете надежду?

Ищете ответы на эти вопросы? Свяжитесь с ASPINA, мы здесь, чтобы помочь.

Ссылки на глоссарий и страницы с часто задаваемыми вопросами

Анализ проектов электродвигателей и генераторов с помощью COMSOL®

В этой записи блога мы рассмотрим 12-слотовую 10-полюсную машину с постоянными магнитами (ПМ), смоделированную в COMSOL Multiphysics® программное обеспечение и модуль переменного/постоянного тока. Машина в этом примере служит типичным примером вращающегося устройства и имеет внешний диаметр 35 мм и осевую длину 80 мм. С небольшими изменениями входных условий одна и та же модель может стать двигателем или генератором. В следующих сообщениях блога мы подробно расскажем о каждом из аспектов дизайна, обсуждаемых здесь.

Это первая запись в блоге из серии, посвященной тому, как получить представление о некоторых аспектах проектирования вращающихся машин, используя возможности моделирования и постобработки программного обеспечения COMSOL Multiphysics®. Часть 2 посвящена расчетным потерям, температуре и эффективности электродвигателей.

Конструкции электродвигателей и генераторов: установка модели

В двигателе с постоянными магнитами магнитные поля от ротора вращаются синхронно с магнитными полями, генерируемыми токами статора. Взаимодействие магнитных полей ротора и статора создает чистый крутящий момент, который позволяет двигателю преобразовывать токи обмоток в механическую энергию. Вследствие синхронного характера возбуждения в двигателе с постоянными магнитами на мгновенный крутящий момент сильно влияет угловое положение ротора, поскольку положение синхронизировано с токами статора. Это отличается от асинхронных машин, где обмотки статора индуцируют магнитные поля ротора в зависимости от отставания по скорости между ротором и статором (отсюда его популярное название, 9).{\circ}/N_p}, где N_p — количество полюсов ротора. В знаменателе указан угловой размах одного полюса ротора.

Исследование и оптимизация распределения магнитного поля

Распределение магнитного поля является очень важным фактором при проектировании электрических машин. В синхронных вращающихся машинах ключевым параметром для исследования наведенных напряжений является пространственное распределение потока воздушного зазора (потока, которым обмениваются ротор и статор). Фазное напряжение статора будет синусоидальным только в том случае, если радиальный магнитный поток имеет синусоидальное распределение по периферии ротора. Эта пространственная форма волны также называется волной магнитодвижущей силы воздушного зазора (MMF). Если волна МДС несинусоидальна, в индуцированное напряжение вводятся высшие гармоники.

В этой модели для получения волны МДС воздушного зазора мы оцениваем радиальную составляющую плотности магнитного потока вдоль границы сплошности. По мере вращения ротора мы можем наблюдать, как волна МДС эволюционирует во времени. Просто осмотрев, мы можем понять, что индуцированное напряжение не будет идеально синусоидальным. В следующей серии блогов мы объясним, как получить пространственные и временные преобразования Фурье магнитного потока в воздушном зазоре и как связать их со каскадным потоком и гармоническим искажением напряжения.

Слева: изменение плотности магнитного потока при вращении ротора. Справа: развитие волны МДС воздушного зазора при вращении ротора.

Исследование и оптимизация механического крутящего момента

Существует несколько способов возбуждения обмоток статора для конкретной комбинации пазов/полюсов двигателя с постоянными магнитами. Схема, показанная на схеме модели машины с постоянными магнитами (первый рисунок в сообщении блога), является одним из способов привода 12-слотового 10-полюсного двигателя с постоянными магнитами. Возбуждение катушки статора (или начальное положение ротора) необходимо отрегулировать таким образом, чтобы к ротору прикладывался максимальный крутящий момент. Для этого ротору придается начальное угловое смещение. Угол \alpha ротора варьируется в пределах углового диапазона одного магнита ротора и рассчитывается средний крутящий момент. В качестве начального положения ротора выбирается значение начального углового перемещения, соответствующее максимальному среднему крутящему моменту. Таким образом, становится легче визуализировать, какое относительное положение статора и ротора создает максимальный крутящий момент.

В представленном здесь случае наблюдаются два максимума:

1. Положительный максимум, который будет соответствовать вращению в направлении против часовой стрелки — после применения правильной последовательности фаз.
2. Отрицательный максимум, который приведет к вращению по часовой стрелке (также здесь, после тонкой настройки последовательности фаз)

Форма волны крутящего момента ротора, представленная в следующем разделе, соответствует положительному максимуму кривой среднего крутящего момента ротора. Мы более подробно рассмотрим проверку крутящего момента и различные методы расчета крутящего момента, такие как 9{\circ}).

Исследование и оптимизация использования железа и потерь

Используя график плотности магнитного потока, мы можем исследовать распределение плотности потока в железном сердечнике. На некоторых участках геометрии ярмо может образовывать узкое место, что может сместить значение плотности магнитного потока в область насыщения кривой B-H. В других случаях он достаточно широк, чтобы создавать области с низкой напряженностью поля. Когда определенная часть ярма постоянно показывает слабое поле, эта часть недостаточно используется для создания крутящего момента. Когда определенная часть образует постоянное узкое место, эту часть, вероятно, следует расширить. 9{\ circ}, полученное из кривой среднего крутящего момента в предыдущем разделе. Как вы можете видеть из графиков и кривой крутящего момента ниже, использование железа оптимально, когда толщина железа составляет около 2 мм: использование менее 2 мм отрицательно скажется на крутящем моменте, а увеличение добавит ненужного материала. — и поэтому; Вес и стоимость — до мотора.

Распределение плотности магнитного потока для различных значений толщины железа. Слева: 1 мм. Центр: 2 мм. Справа: 3 мм.

Изменение формы сигнала крутящего момента ротора в зависимости от толщины стали.

Это еще не все: при определении толщины железа учитываются дополнительные факторы, такие как механическая прочность, резистивные и магнитные потери. При исследовании плотности потока и крутящего момента также можно оценить влияние различной толщины стали на потери в стали. Начиная с COMSOL Multiphysics версии 5.6, имеется встроенный модуль расчета потерь 9.0353 позволяет легко оценить потери в меди и в железе с помощью уравнения Штейнмеца , формулы Бертотти или пользовательской модели потерь. В следующих сообщениях блога мы подробнее обсудим мультифизические аспекты моделирования вращающихся машин, такие как расчет эффективности, оценка повышения температуры, анализ вибрации и исследование шума.

Распределение потерь в железе для различных значений толщины чугуна. Слева: 1 мм. Центр: 2 мм. Справа: 3 мм.

Резюме

Мы обсудили использование некоторых функций COMSOL Multiphysics и модуля AC/DC, чтобы легко получить представление о некоторых аспектах проектирования вращающихся машин. Мы видели, как линейный график плотности радиального магнитного потока в воздушном зазоре показывает нам, будет ли индуцированное напряжение синусоидальным. С помощью COMSOL Multiphysics параметрический анализ можно использовать для определения начального угла ротора, который будет создавать максимальный крутящий момент ротора. Поверхностный график плотности магнитного потока в машине позволяет визуально определить, является ли использование железа оптимальным для эффективного создания крутящего момента. Влияние толщины стали на потери в стали также можно наблюдать с помощью встроенных моделей потерь, предлагаемых COMSOL Multiphysics.

В этом первом сообщении в блоге этой серии показано, как можно использовать мощные возможности COMSOL Multiphysics для моделирования и постобработки для получения ценной информации о конструкции вращающихся машин. В следующих сообщениях блога подробно обсуждаются методы расчета крутящего момента, расчет эффективности, анализ потерь в железе и тепловых характеристик, а также исследование вибрации и шума двигателя.