Разное

Характеристика мотора: Страница не найдена

Содержание

Технические характеристики двигателя

О любом двигателе можно получить представление, зная набор определенных технических параметров.

Диаметр цилиндра. Имеется в виду внутренний диаметр цилиндра. Обычно измеряется в нескольких точках и рассчитывается как среднее арифметическое из полученных данных.

Ход поршня — это расстояние, которое поршень проходит от ВМТ до НМТ. Равняется также удвоенному радиусу кривошипа.

Примечание
Обычно при описании технических характеристик двигателя диаметр цилиндра и ход поршня записываются вместе, через знак «х», например 95 х 85 мм. Если ход поршня превышает диаметр цилиндра, двигатель называют длинноходным, если наоборот – короткоходным.


Рисунок 4.4 Ход поршня.

Радиус кривошипа – это расстояние, на которое шатунная шейка (та, к которой крепится шатун) отведена от оси коренной шейки коленчатого вала, как показано на рисунке 4.4.

Рабочий объем двигателя

– объем пространства, заключенный между ВМТ и НМТ поршня, умноженный на количество цилиндров. Измеряется в сантиметрах кубических (см3) или литрах (л). А объем, который находится над поршнем, когда тот установлен в ВМТ, называется объемом камеры сгорания. Сумма объема камеры сгорания и рабочего объема называется полным объемом. Обычно в характеристиках полный объем не приводится, однако используется для получения такого немаловажного параметра, как степень сжатия.

Степень сжатия – отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Данный параметр характеризует то, во сколько раз сжимается топливовоздушная смесь в цилиндре. Записывается обычно в виде соотношения, например, 14:1 – в данном случае имеется в виду, что камера сгорания по объему в 14 раз меньше полного объема. Степень сжатия влияет на эффективность и мощность двигателя: чем выше, тем эффективнее, но есть и ограничения, ввиду особенностей используемого топлива (смотрите ниже в разделе «Система питания современных двигателей»).

Примечание
Если двигатель бензиновый, то бесконечно увеличивать степень сжатия нельзя, так как вместе с этим увеличивается вероятность детонации топливовоздушной смеси и, как следствие, происходит выход из строя всего двигателя. Подробнее о детонации будет рассказано ниже.

Рядность – обозначение взаимного расположения цилиндров. Двигатель может быть рядным, V-образным, W-образным.


Рисунок 4.5 Различные варианты взаимного расположения цилиндров.

Порядок работы. Если в двигателе больше двух цилиндров, то для более равномерной и сбалансированной работы агрегата необходимо, чтобы рабочий ход в каждом из цилиндров реализовывался не одновременно, а в определенной последовательности, при этом очередность определяется, в основном, количеством цилиндров.

Примечание
Для ДВС с одинаковым количеством цилиндров может быть несколько вариантов порядка работы.

Так, например, самый распространенный порядок работы четырехцилиндрового двигателя: 1 – 3 – 4 – 2. Такая запись говорит о том, что сначала рабочий ход будет совершать поршень первого цилиндра, затем третьего, четвертого и второго, соответственно.

Для примера опишем работу четырехцилиндрового рядного двигателя.


Рисунок 4.6 Схематическое изображение четырехтактного четырехцилиндрового рядного двигателя.

В четырехтактном четырехцилиндровом рядном двигателе (показан на рисунке 4.6) кривошипы коленчатого вала расположены в одной плоскости: два крайних кривошипа 1-й и 4-й под углом 180° к двум средним — 2-му и 3-му. При вращении вала поршни первого и четвертого, а также второго и третьего цилиндров попарно движутся в одном направлении. Когда поршни первого и четвертого цилиндров приходят в НМТ, поршни второго и третьего цилиндров находятся в ВМТ, и наоборот. В каждом из цилиндров рабочий цикл завершается за два оборота коленчатого вала, а чередование тактов подобрано таким образом, что одновременно во всех цилиндрах происходят разные такты. Этим обеспечивается равномерность вращения вала.

Предположим, что при первом полуобороте вала (от 0 до 180°) в первом цилиндре поршень идет от ВМТ до НМТ и в нем происходит рабочий ход. Тогда в четвертом цилиндре поршень также движется к НМТ, но происходит впуск горючей смеси. Во втором и третьем цилиндрах поршни движутся к ВМТ, при этом в третьем цилиндре идет сжатие рабочей смеси, а во втором — выпуск отработавших газов.

Примечание
Моменты открытия и закрытия клапанов регулируются распределительным валом (подробнее рассмотрено ниже).

В течение дальнейших трех полуоборотов коленчатого вала в каждом из цилиндров такты будут следовать в обычной для четырехтактного процесса очередности.

К тому времени, когда вал закончит четвертый полуоборот, во всех цилиндрах произойдут все такты рабочего цикла. При дальнейшем вращении вала такты будут повторяться в той же последовательности.

При работе четырехтактного четырехцилиндрового двигателя на каждый полуоборот коленчатого вала приходится один рабочий ход, причем рабочие ходы чередуются не в порядке расположения цилиндров, а в другой последовательности. Сначала рабочий ход происходит в первом цилиндре, затем в третьем, далее в четвертом и, наконец, во втором, т. е. рабочие ходы чередуются в порядке 1 — 3 — 4 — 2. Этот порядок чередования рабочих ходов по цилиндрам называется порядком работы двигателя.


Рисунок 4.7 Полуобороты коленчатого вала.

При одной и той же форме расположения кривошипов вала, но при другом порядке открытия и закрытия клапанов, что зависит от конструкции механизма газораспределения, четырехцилиндровый двигатель может иметь другую последовательность чередования тактов и другой порядок работы. Если при первом полуобороте вала в третьем цилиндре будет происходить такт выпуска, а во втором — такт сжатия, то чередование тактов в двигателе изменится, и получится порядок работы 1 — 2 — 4 — 3.

Полуобороты
коленчатого вала
Углы поворота коленчатого
вала, град
Цилиндры
1-й2-й3-й4-й
1-й0 – 180Рабочий ходВыпускСжатиеВпуск
2-й180 – 360ВыпускВпускРабочий ходСжатие
3-й360 – 540ВпускСжатиеВыпускРабочий ход
4-й540 – 720СжатиеРабочий ходВпускВыпуск

Компрессия в цилиндре – максимальное давление, создаваемое в цилиндре при сжатии воздуха поршнем. Зачастую измеряется в барах или кг/см2. Часто степень сжатия путают с компрессией. Однако надо всегда помнить, что степень сжатия — параметр исключительно геометрический, в отличие от компрессии.

Мощность двигателя – работа двигателя, совершаемая в единицу времени, измеряется в лошадиных силах (л. с.) или киловаттах (кВт). Проще говоря, мощность — это параметр, который описывает, как быстро может вращаться коленчатый вал двигателя. Чтобы лучше понять, представьте, что вы велосипедист, а мощность — это характеристика, описывающая, как быстро вы можете крутить педали.

Крутящий момент – произведение силы на плечо. В случае двигателя внутреннего сгорания — это тяга, создаваемая на коленчатом валу, иначе говоря — сила, с которой поршень давит через шатун на шатунную шейку коленчатого вала, умноженная на радиус кривошипа (смотрите выше). Чтобы было понятней, вернемся к велосипедисту. Величина тяги на оси педалей зависит как от длины педали (плеча), так и от силы, с которой велосипедист давит на эту педаль. Измеряется крутящий момент в Ньютон на метр (Н·м).

характеристики, бензиновые и дизельные, лучшее масло

Двигатель OM662 это рядный дизельный 5-цилиндровый двигатель, являющийся копией OM602 для автомобилей, производимых в Корее. Рабочий объем 2.9 литра, 2 клапана на цилиндр, SOHC. Чугунный блок и алюминиевая головка цилиндров. Производился в атмосферной и турбированной версии для целого ряда моделей концерна SsangYong, таких как внедорожники Rexton, Musso и Korando. Читать больше проДвигатель OM662/SsangYong D29DT …

Двигатель Z12XEP является 1.2-литровым, 4-тактным атмосферным бензиновым малолитражным двигателем второго поколения семейства Ecotec Family 0, разработанным Opel (в то время дочкой GM). Двигатель выпускался с 2002 года. Читать больше проДвигатель Opel Z12XEP …

Двигатель Z10XEP — 3-цилиндровый рядный мотор с водяным охлаждением разработанный компанией General Motors. Мощность двигателя составляет 60 л.с. (44 кВт) при объеме двигателя 998 куб.см (1 литр). ДВС накрыли адаптированной под 3 цилиндра 2-вальной 12-клапанной ГБЦ от Z14XEP. Читать больше проДвигатель Opel Z10XEP …

Двигатель Opel Z14XEP является 1.4-литровым 4-тактным атмосферным бензиновым малолитражным двигателем второго поколения семейства Ecotec Family 0, разработанным Opel (в то время дочкой GM). Двигатель выпускался с 2003 по 2010 год. Читать больше проДвигатель Opel Z14XEP …

Серийное производство двигателей Z22SE началось в 2000 году. Этот агрегат пришел на смену 2-литровому X20XEV и представлял собой совместную разработку General Motors, ITDC, GM Powertrain и SAAB. Над окончательной доводкой двигателя работали уже в Британии, в инжиниринговом корпусе Lotus. Читать больше проДвигатель Opel Z22SE …

Двигатель Opel Z22YH – это мощный мотор, способный выдерживать большие нагрузки. Был выпущен в качестве замены мотору Z22SE, который в компании посчитали устаревшим. Однако предшественника до сих пор используют, чего нельзя сказать про Z22YH. Читать больше проДвигатель Opel Z22YH …

Двигатель Z16SE – 84-сильный 1.6-литровый мотор, который появился с выходом Opel Astra G, работает в паре с автоматической и механической коробкой. По сравнению с предшественником в Z16SE совсем другой впускной коллектор, изменена ГБЦ, новая прокладка клапанной крышки, совсем другие поршня и полностью изменена цилиндро-поршневая группа. Читать больше проДвигатель Opel Z16SE …

Двигатель Toyota 1HZ был разработан в начале 90-х годов для внедорожников Land Cruiser. Это 4.2-литровый дизельный двигатель с одним распредвалом на 12 клапанов. Читать больше проДвигатель Toyota 1HZ …

Новый 3-литровый дизель 1KD-FTV очень заметно прибавил в характеристиках, вплотную приблизившись к бензиновым двигателям того же объема по мощности и значительно превосходя их по моменту. Однако надо сразу отметить, что по динамическим показателям машина с таким мотором по-прежнему им ощутимо уступает. Читать больше проДвигатель Toyota 1KD-FTV …

Выпуск дизелей серии 1HD был начат в 1990 году, тогда мотор появился на автобусе Toyota Coaster и внедорожнике Land Cruiser 80. Двигатель 1HD получился не только очень надежным и не прихотливым, но и его мощностные показатели достаточно внушительны. Простота конструкции позволяет ремонтировать и обслуживать мотор своими руками. Читать больше проДвигатель Toyota 1HD …

Двигатель OM626 — рядный дизельный 4-цилиндровый мотор. Рабочий объем 1.6 литра, непосредственный впрыск Common Rail, пьезофорсунки, 4 клапана на цилиндр, DOHC, (двойной) турбонаддув, интеркуллер. Чугунный блок и алюминиевая головка цилиндров. Для автомобилей с продольным расположением силового агрегата. Читать больше проДвигатель Mercedes OM626 …

Двигатель OM661 — это результат сотрудничества SsangYong Motors и Mercedes-Benz. Он имеет 4 цилиндра, разделённую камеру сгорания и рабочий объем 2,3 л. Моторами серии 661 оснащались такие машины как СсангЙонг Муссо (Тагаз Партнер), СсангЙонг Корандо (Тагаз Тагер), а также некоторые модели Мерседес. Читать больше проДвигатель Mercedes OM661 …

ОМ613 от Mercedes-Benz является 6-цилиндровым дизельным двигателем с общей топливной магистралью и с непосредственным впрыском. Он является преемником OM606 и был заменен двигателем OM648 в 2003 году. Читать больше проДвигатель Mercedes OM613 …

Двигатель OM621 объемом 2.0 л относят ко второму поколению легковых дизелей. Появился в 1956 году и в последствии в 1968 году их заменили новым семейством двигателей. Он основан на бензиновом двигателе M121, но имеет переработанные распредвалы, головку цилиндров, поршни и систему впрыска топлива. Читать больше проДвигатель Mercedes OM621 …

OM639 — это дизельный 3-цилиндровый рядный двигатель с рабочим объемом 1493 куб.см. и водяным охлаждением. Мощность составляет 68-95 л.с. Индекс мощности: 39 л.с. на 1 литр объема. Разрабатывали двигатель Mersedes Benz и Mitsubishi Motors. Читать больше проДвигатель Mercedes OM639 …

Основные технические характеристики двигателей

К основным техническим характеристикам двигателей относятся ход поршня, объем камеры, сгорания, степень сжатия, мощность двигателя и др.

Ход поршня определяется расстоянием (в мм) между верхней и нижней мертвыми точками положения движущегося в цилиндре поршня.

Пространство над поршнем при его положении в верхней мертвой точке называется объемом камеры сгорания.

Пространство в цилиндре, освобождаемое при перемещении поршня из верхней мертвой точки к нижней, называется рабочим объемом цилиндра. Суммарный рабочий объем всех цилиндров, измеренный в кубических сантиметрах или в литрах, называется рабочим объемом двигателя и является его важнейшей эксплуатационной характеристикой. Рабочий объем двигателей колеблется от 50 см3 у мопедов, до 5000 см3 — у легковых автомобилей большого класса. Большинство четырехцилиндровых двигателей имеет рабочий объем от 1,5 до 2,5 л.

Сумма объемов камеры сгорания и рабочего объема цилиндра называется полным объемом цилиндра. Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется степенью сжатия. Чем выше степень сжатия, тем больше сила, толкающая поршень. Степень сжатия у автомобильных карбюраторных двигателей изменяется в диапазоне от 7:1 до 11:1, в дизельных — более 20:1.

Мощность двигателя зависит от рабочего объема, степени сжатия, системы питания и выражается в лошадиных силах и в киловаттах (1 л. с. = 0,7355 кВт).

Число и расположение цилиндров в двигателе влияют на расход топлива, а также на размер, стоимость и плавность работы двигателя. Проблема вибраций частично решается надлежащей установкой двигателя. Крепление двигателя к кузову автомобиля осуществляется в нескольких точках на резинометаллических опорах, предохраняющих кузов от вибрации двигателя, с одной стороны, а также двигатель от ударных нагрузок и вибраций колес, с другой стороны.

Основные параметры и характеристики двигателя

Тепловой баланс двигателя может определяться экспериментально или расчетным путем.

Автотракторный двигатель эксплуатируется в условиях переменных нагрузок, частого изменения скоростного режима, поэтому мощность двигателя всегда должна соответствовать такой величине, при которой машина движется с требуемой скоростью, обеспечивает заданные динамические качества при высокой топливной экономичности. Для оценки технико-экономических показателей двигателей при работе в различных условиях пользуются характеристиками двигателей. Характеристикой называется графическая зависимость одного из основных показателей работы двигателя (эффективная мощность Ne, эффективный крутящий момент Ме, частота вращения пе коленчатого вала, эффективный удельный расход топлива ge) от другого показателя или фактора, влияющего на его работу. Характеристики двигателей снимаются во время испытаний на специальных стендах при установившихся режимах работы.

Различают скоростные, нагрузочные и регулировочные характеристики двигателей.

Скоростная характеристика представляет собой зависимость эффективной мощности Ne, эффективного крутящего момента на валу двигателя Ме, эффективных часового де и удельного ge расходов топлива от частоты вращения коленчатого вала пе. Различают внешнюю скоростную характеристику, соответствующую полному открытию дроссельной заслонки карбюраторного двигателя или аксимальной подаче топлива в дизеле, и частичные скоростные характеристики, полученные при неполностью открытых дроссель-ных заслонках или подачах топлива. Внешняя скоростная характеристика карбюраторного двигателя снимается в диапазоне от минимальной устойчивой частоты вращения, соответствующей номинальной эффективной мощности. При малой частоте вращения коленчатого вала развиваемая двигателем мощность Ne невелика ввиду медленного сгорания топлива, сопровождаемого большой теплоотдачей.

Рис. 1. Внешние скоростные характеристики двигателей

Однако с дальнейшим увеличением пе рост развиваемой двигателем мощности начинает замедляться вследствие уменьшения среднего эффективного давления ре в цилиндрах из-за уменьшения коэффициента наполнения и увеличения механических потерь.

Внешнюю скоростную характеристику дизеля снимают при максимальной подаче топлива в цилиндры на определенном скоростном режиме, бездымной работе и наивыгоднейшем угле опережения впрыска топлива. В диапазоне частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу от пх до пt двигатель может работать только без нагрузки.

Технические характеристики двигателя и на что они влияют

Приобретая автомобиль, большинство из нас в первую очередь обращают внимание именно на технические характеристики двигателя.

Зачастую от мотора напрямую зависит удобство эксплуатации автомобиля, его показатели потребления топлива, динамика и стоимость обслуживания. Поговорим поподробнее том, какие бывают основные характеристики двигателя, на которые необходимо обращать внимание при выборе машины.

Основные технические характеристики

Рабочий объем

Одной из основных технических характеристик двигателя является его рабочий объем. Зачастую от рабочего объема зависят его показатели топливной экономичности и мощности. Так, малолитражки, рабочий объем которых не превышает двух литров, могут иметь мощность порядка 100 лошадиных сил, и при этом они потребляют в городских условиях не более 10 литров топлива.

По статистике наибольшей популярностью сегодня пользуются автомобили с двигателями, рабочий объем которых составляет 2-3 литра. Такие машины одновременно отличаются великолепной динамикой и при этом гарантируют хорошую топливную экономичность.

А вот спорткары и мощные представительские седаны могут оснащаться моторами в четыре и более литров. В целом отметим, что в последние годы отмечается широкое использование турбонаддува, поэтому рабочий объем неизменно уменьшается, при этом отмечается улучшение показателей топливной экономичности.

Материал блока цилиндров

В зависимости от материала, из которого изготовлен блок цилиндров, принято разделять силовые агрегаты на чугунные, алюминиевые и из стальных сплавов. Изготовленные из чугуна элементы блока цилиндров отличаются повышенной прочностью, но при этом они имеют большой вес и не столь устойчивы к температурным воздействиям. Именно поэтому сегодня большинство силовых агрегатов отливаются из легкого алюминия, который одновременно отличается устойчивостью к высоким температурам.

Система питания

В зависимости от используемых систем питания все двигатели можно разделить на две основные категории: карбюраторные и инжекторные. В инжекторных системах питания обеспечивается непосредственный впрыск топлива через форсунки в каждый из цилиндров, что позволяет обеспечить экономию топлива, снизить его расход и улучшает мощностные характеристики двигателя.

А вот карбюраторная система питания, которая была популярна в середине прошлого века, сегодня в автомобилестроении практически не используется. Из преимуществ подобной системы питания можно отметить лишь ее простоту конструкции, надежность и легкость последующего ремонта. Дизельные автомобили имеют отличающуюся от бензиновых моторов систему питания, в которой топливо под высоким давлением подается в цилиндры, где и происходит воспламенение смеси с последующим полным сгоранием солярки в цилиндрах.

Количество клапанов

Количество клапанов в моторе напрямую зависит от числа цилиндров. Необходимо сказать, что от конкретной конструкции мотора напрямую зависят технические характеристики двигателей.

В настоящее время изготавливают силовые агрегаты с двумя клапанами на каждый цилиндр или же современные экономичные моторы с четырьмя клапанами на каждый цилиндр, два из которых ответственны за впуск рабочей смеси, а два – за выпуск.

Соответственно четырехцилиндровые двигатели могут иметь 8 или 16 клапанов. Их количество напрямую влияет на динамические характеристики автомобильных двигателей, топливную экономичность и стабильность работы на холостом ходу и низких оборотах.

Экологические нормы

Силовые агрегаты также могут отличаться своими экологическими нормами. Экологичность автомобиля зависит от используемых катализаторов, системы питания и ряда других устройств, которые позволяют обеспечить полное сгорание топлива и фильтрацию вредных элементов.

Экологические нормы принято различать по индексу показателя Евро. Чем выше этот показатель, тем лучше экологичные характеристики двигателя автомобиля. В настоящее время получили распространение машины с показателями экологичности Euro 4 — Euro 6.

Мощностные характеристики автомобильных двигателей

Мощность агрегата может выражаться как в киловаттах, так и в лошадиных силах. Также вам следует учитывать крутящий момент, который отвечает за динамику автомобиля. Если мощность в лошадиных силах в большей степени характеризует максимальную скорость, то крутящий момент отвечает за ускорение автомобиля и его разгон до определённой скорости.

Следует сказать, что от мощностных характеристик двигателя напрямую зависят его показатели топливной экономичности. Из особенностей показателей мощности в зависимости от вида топлива мотора можем отметить, что у дизелей пик мощности отмечается на низких оборотах, что позволяет гарантировать эффективный разгон и отличную тягу уже с самых низов. А вот бензиновые силовые агрегаты показывают максимальную мощность на высоких оборотах, что отрицательно сказывается на их приемистости и динамических показателях.

Расход топлива

Расход топлива для многих покупателей является едва ли не определяющим фактором при покупке нового авто. Следует сказать, что еще несколько десятков лет назад используемые двигатели хоть и отличались простотой конструкции, но при этом потребляли большое количество топлива, что приводило к увеличению расходов автовладельцев на эксплуатацию машин.

Сегодня же благодаря широкому внедрению технологии турбонаддува удалось без потери мощностных характеристик двигателя значительно снизить расход топлива автомобилями. Так, небольшие по своему объему двухлитровые турбодизели способны при крейсерской скорости в 100-120 километров в час потреблять около 5 литров солярки на 100 километров. У бензиновых силовых агрегатов показатели топливной экономичности не столь хороши, такие моторы способны потреблять в зависимости от своего объема 8-10 литров бензина на 100 километров.

Характеристики двигателей

Оценить мощностные и экономические возможности двигателя внутреннего сгорания при работе его в различных эксплуатационных условиях можно по техническим и технологическим характеристикам, получаемым в результате различных испытаний – стендовых, дорожных, полигонных, эксплуатационных и т. п.

Характеристикой двигателя называется зависимость основных показателей его работы (мощности, вращающего момента на выходном валу, расхода топлива) от одного из параметров режима работы (частоты вращения коленчатого вала, внешней нагрузки и т. п.). Характеристики двигателя определяют его эксплуатационные качества, уровень технического совершенства, правильность регулировок, а также его назначение.

Основные характеристики автомобильных двигателей определяются ГОСТ 14846-81 «Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний»:

скоростная характеристика – зависимость основных эффективных показателей работы двигателя от частоты вращения его коленчатого вала;

коэффициент приспособляемости – способность двигателя преодолевать кратковременные перегрузки;

нагрузочные характеристики – зависимости удельного и часового расхода топлива от мощности, развиваемой двигателем;

характеристика холостого хода – зависимость часового расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала при работе двигателя без нагрузки;

регулировочные характеристики – зависимость мощностных и экономических показателей работы от состава рабочей смеси, воспламеняемой в цилиндрах двигателя, угла опережения зажигания или впрыска, температуры двигателя и других регулируемых факторов.

Нагрузочная характеристика

Нагрузочной характеристикой называется изменение часового и удельного расхода топлива в зависимости от величины нагрузки. Работа на режимах нагрузочной характеристики наиболее характерна для двигателей, которые используются для привода электрических агрегатов, насосов, компрессоров, тракторов. В частности, нагрузочная характеристика имитирует работу двигателя на автомобиле, при его движении с постоянной скоростью на одной из передач в условиях переменного сопротивления со стороны дороги.

Цель получения нагрузочной характеристики – определение топливной экономичности двигателя.

Условия получения нагрузочной характеристики:

  • независимая переменная величина – нагрузка на двигатель (так как с увеличением нагрузки для ее преодоления двигатель должен увеличивать мощность Nе , среднее эффективное давление ре и крутящий момент Мк , то нагрузку выражают в процентах относительно одного из этих параметров;
  • постоянная величина – частота вращения коленчатого вала;
  • зависимые переменные величины – удельный расход топлива gе и часовой расход топлива Gt .

Скоростная характеристика

Скоростная характеристика двигателя представляет собой зависимость основных эффективных показателей его работы (эффективная мощность, вращающий момент на выходном валу, удельный и часовой расход топлива) от частоты вращения коленчатого вала при постоянной подаче топлива в цилиндры в установившемся тепловом режиме.

Различают внешнюю и частичные скоростные характеристики.
Скоростная характеристика, полученная при полной подаче топлива (полностью открытой дроссельной заслонке или соответствующем положении рейки топливного насоса дизеля) и при углах опережения зажигания или начала впрыскивания топлива по техническим условиям на двигатель, называется внешней скоростной характеристикой двигателя .
Внешняя скоростная характеристика позволяет определить максимальные мощностные показатели двигателя и оценить его экономичность при полных нагрузках.

Характеристики, соответствующие постоянным промежуточным положениям дроссельной заслонки или рейки топливного насоса, называются частичными скоростными характеристиками двигателя . Иными словами, любая характеристика, полученная при неполном открытии регулирующего органа двигателя, называется частичной скоростной характеристикой.

Скоростную характеристику реального двигателя строят по результатам стендовых испытаний.
Вал работающего двигателя нагружают с помощью тормоза, обеспечивая фиксирование частоты вращения от минимально устойчивой до максимально допустимой. При этом на каждой частоте замеряют тормозной момент Мт в (Н×м) и часовой расход топлива в кг/ч.

По результатам испытаний строят кривые зависимости эффективного вращающего момента и часового расхода топлива от частоты вращения вала двигателя.
Затем, используя формулы:

находят эффективную мощность и удельный расход топлива, после чего отображают их графические зависимости.

В зависимости от укомплектованности двигателя вспомогательными устройствами и оборудованием определяют мощность нетто (полная комплектация) или мощность брутто (неполная комплектация).
Различают следующие характерные частоты вращения коленчатого вала:

  • минимальная частота вращения, при которой возможна устойчивая работа двигателя при полной подаче топлива;
  • частота вращения, соответствующая наибольшему вращающему моменту;
  • частота вращения, соответствующая наибольшей мощности двигателя;
  • наибольшая возможная частота вращения коленчатого вала, устанавливаемая ограничителем частоты вращения.

Характеристика холостого хода является частным случаем скоростной характеристики двигателя.

Внешнюю скоростную характеристику вновь проектируемого двигателя можно построить по эмпирическим зависимостям, где максимальная мощность и соответствующие ей удельный расход топлива и частота вращения берутся из данных теплового расчета двигателя при его конструировании.

Приемистость и приспособляемость двигателя

Способность двигателя с ростом частоты вращения коленчатого вала наращивать мощность называется его приемистостью .
Приемистость двигателя непосредственно влияет на приемистость автомобиля, т. е. его способности ускоряться и разгоняться. Скоростная характеристика во многом отражает степень приемистости двигателя: чем круче кривая Nе , тем приемистость двигателя больше.
Если сравнить скоростные характеристики карбюраторного двигателя и дизеля, то можно заметить, что кривая мощности Nе у дизеля круче, т. е. дизель обладает большей приемистостью.

Способность двигателя с ростом внешней нагрузки сохранять частоту вращения коленчатого вала называется его приспособляемостью (самоприспособляемостью или эластичностью).
Например, затяжной подъем один из автомобилей может преодолеть без переключения КПП на пониженную передачу, а другой при таких же условиях заглохнет. Следовательно, в первом случае приспособляемость двигателя автомобиля выше, чем во втором.
Приспособляемость автомобиля к изменению внешней нагрузки оценивается коэффициентом приспособляемости (коэффициентом самоприспособляемости). Чем больше значение этого коэффициента, тем лучше приспособляемость автомобиля к увеличению внешней нагрузки.

Устойчивость режима автомобильного двигателя к увеличению внешней нагрузки оценивают по запасу крутящего момента, который определяется отношением максимального крутящего момента Мкmax к крутящему моменту Мкном , развиваемому двигателем на номинальном режиме; это отношение и называют коэффициентом приспособляемости k .

Коэффициент приспособляемости k , характеризующий приспособляемость двигателя к изменению внешней нагрузки, может быть определен по формуле:

В бензиновых двигателях средний коэффициент приспособляемости k = 1,25. 1,35, в дизельных k = 1,05. 1,2.
Поскольку коэффициент приспособляемости характеризует способность двигателя преодолевать кратковременные перегрузки без переключения передач, можно сделать вывод, что дизельные двигатели переносят изменение внешней нагрузки хуже, чем карбюраторные. Чтобы преодолеть этот недостаток дизелей увеличивают размеры цилиндров, что приводит к увеличению крутящего момента, а также применяют всережимные регуляторы частоты вращения коленчатого вала.

Мало кто знает, что двигатель внутреннего сгорания был изобретён ещё 5 веков назад, легендарным инженером и конструктором Леонардо да Винчи. Но, после первого чертежа потребовалось ещё 300 лет, чтобы были созданы первые прототипы, которые могли полноценно работать.

Виды двигателей

Первый полноценный прототип двигателя внутреннего сгорания был сконструирован в далёком 1806 году, который принадлежал братьям Ньепсье. После этого важного исторического факта было недолгое затишье.

Но, в конце 19 века три легендарным немца положили старт автомобилестроению — Николас Отто, Готлиб Даймлер и Вильгельм Майбах. После этого двигатели внутреннего сгорания получили много модификаций и вариантов, которые используются по сегодняшний день.

Рассмотрим, какие существуют виды автомобильных ДВС, а также укажем типы двигателей:

  • Паровая машина
  • Бензиновый двигатель
  • Карбюраторная система впрыска
  • Инжектор
  • Дизельные двигатели
  • Газовый двигатель
  • Электрические моторы
  • Роторно-поршневые ДВС

Паровая машина

Первым представителем полноценного двигателя внутреннего сгорания следует считать паровую машину, которая устанавливалась на все транспортные средства 19 века, до момента изобретения остальных видов моторов.

На то время паровыми движками оснащались паровозы, автомобили и даже примитивные трёхколёсные самоходные машины (напоминающие мотоциклы). Изобретение такого класса завоевало весь мир, но к концу 19 — начало 20 века стало неэффективное, поскольку транспортные средства на пару не могли развивать достаточно большую скорость.

Бензиновый двигатель

Бензиновый двигатель — это ДВС средством питания, которого является бензин. Горючее подаётся с топливного бака при помощи насоса (механического или электрического) на систему впрыска. Итак, рассмотрим, какие бывают типы бензиновых моторов:

  • С карбюратором.
  • Инжекторного типа.

Современный мир привык, что большинство автомобилей имеет электронную систему впрыска топлива (инжектор).

Карбюраторная система впрыска

Карбюратор — это тип впрыскового устройства горючего во впускной коллектор с дальнейшим распределением по цилиндрам. Первый примитивный карбюратор был разработан в Германии ещё в конце 19 века и имеет почти 100 летнюю историю развития.

Карбюраторы бывают — одно-, двух-, четырех- и шестикамерные. Кроме этого существует достаточно много прототипов.

Принцип работы карбюратора достаточно простой: бензонасос подаёт топливо в поплавковую камеру, где бензин проходит сквозь жиклёры механическим путём (количество впрыскиваемого топлива регулирует водитель при помощи педали акселератора), и подаётся во впускной коллектор. Недостатком карбюратора стало то, что он чувствительный к регулировкам, а также не соответствует экологическим международным нормам.

Инжектор

Инжекторный двигатель — это тип впрыскового устройства горючего в цилиндры двигателя. Инжекторный впрыск бывает моно и разделённым Данная система на сегодняшний день все больше совершенствуется, чтобы уменьшит выбросы СО2 в атмосферу. Для впрыска используются форсунки, которые ещё ранее начали использоваться на дизельных двигателях.

С переходом на данную систему транспортные средства стали оснащать электронными блоками управления двигателем, чтобы корректировать состав воздушно-топливной смеси, а также сигнализировать о неисправностях внутри системы.

Дизельные двигатели

Дизельный мотор — это вид двигателя, который расходует как горючее дизельное топливо. Основные системы и элементы движка идентичны бензиновому брату, различие состоит в системе впрыска и воспламенении смеси. В дизельном моторе отсутствуют свечи зажигания, поскольку воспламенение смеси от искры не нужно.

На моторах такого типа устанавливаются свечи накала, которые разогревают воздух в камере сгорания, который превышает температуру воспламенения. После этого через форсунки подаётся распылённое топливо, которое сгорает, чем создаёт достаточное давление для привода в движения поршня, который раскручивает коленчатый вал.

Дизель с турбонаддувом

Одним из подвидов дизельного ДВС считается турбодизель. На этом моторе установлена турбина, которая имеет вид улитки. При помощи турбины в мотор подаётся больше количество сжатого воздуха, который даёт больше детонационный эффект, за счёт чего движок можно быстрее разогнать.

Газовый двигатель

Газовые двигатели на сегодняшний день в автоиндустрии в чистом виде почти не используются, поскольку частые поломки моторов, стали причиной полного отказа от них. Вместо этого, газовые установки зачастую можно встретить на бензиновых автомобилях, что значительно экономит расход денег на горючее.

Газ с баллона подаётся на редуктор, который распределяет топливо по цилиндрам, а затем горючее попадает непосредственно в камеры сгорания. После этого с помощью свечей зажигания газ воспламеняется. Единственным недостатком использования газовой установки считается то, что мотор теряет 20% своего потенциального ресурса.

Электрические моторы

Николас Тесла впервые предложил использовать для автомобилей электроэнергию. Электрические моторы на сегодняшний день не распространены, поскольку заряда батареи хватает только до 200 км пути, а заправочных станций, которые могут предоставить услугу зарядки автомобиля — практически нет.

Известная мировая компания, производитель электрических автомобилей «Тесла» продолжает совершенствовать электродвигатели, и каждый год дарит потребителям новинки, которые имеют больший запас хода без дозарядки.

Гибриды

Наверное, самые желаемые двигатели на сегодняшний день. Это смесь бензинового двигателя внутреннего сгорания и электромотора. Существует несколько вариантов работы такого движка.

  1. Мотор может работать на попеременном питании. Сначала движение производится на бензине, пока генератор заряжает батарею, а затем водитель может переключиться на электропитание.
  2. Двигатель и электромотор работают одновременно, что помогает сэкономить расход горючего на одно, и тоже расстояние с другими типами ДВС.

Роторно-поршневые ДВС

Роторно-поршневой силовой агрегат в автомобилестроении не нашёл широкого распространения, хотя можно встретить модели автомобилей, которые используют такой тип ДВС. Предложил создание такого мотора — конструктор Ванкель.

Движение осуществляется за счёт вращения трёхзубчатого ротора, который позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. Данный мотор активно использовался в 80-е годы 20 ст.

Водородный мотор

НОУ-ХАУ современного мира считается водородный двигатель. В автомобиль устанавливается установка водородного типа. Отличие от бензиновых моторов заключается в подаче топлива. Если у бензина топливо подаётся вовремя возврата поршня к ВТМ, то у водородного силового агрегата в момент, когда поршень возвращается к НТМ.

В будущем планируется создать водородный двигатель закрытого типа, когда не будет требоваться выброс отработанных газов, а также на 500 км автолюбитель сможет забить о заправке автомобиле.

Стоит понимать, что автомобили с таким мотором будут стоить весьма не дёшево, пока они полностью не вытеснят бензинового брата.

Вывод

Двигатели внутреннего сгорания имеют достаточно большое количество видов и типов, на любой вкус. Так, самыми популярными, по мировой статистике, считают бензиновые, дизельные и гибридные силовые агрегата. Но, все движется к тому, что человек хочет отойти от использования бензина и его аналогов и перейти полностью на электрику.

Источник Источник http://dvigatels.ru/uhod/tehnicheskie-harakteristiki-dvigatelya.html
Источник Источник http://k-a-t.ru/PM.01_mdk.01.01/4_dvs_ispytanie_obkatka3/index.shtml
Источник http://avtodvigateli.com/vidy/vidy-dvs.html

Что такое объем двигателя автомобиля

Одной из важнейших характеристик любого бензинового или дизельного двигателя является его рабочий объем. С момента появления первых ДВС эта характеристика мотора выступает первостепенным показателем, по которому выделяется тот или иной силовой агрегат. По этой причине понятие «объем двигателя» постоянно употребляется применительно к различным силовым установкам. На многих авто указание объема мотора вынесено в виде специального шильдика рядом с обозначением самой модели. Например, BMW 740 означает, что это седьмая серия в модельном ряду с объемом двигателя 4.0 литра.

От рабочего объёма атмосферного или турбированного двигателя сильно зависит  мощностная характеристика, максимальная скорость движения ТС и т.д. Более того, деление автомобилей по классам, формирование налогообложения и определение размера уплаты различных сборов также происходит с учетом типа двигателей и объемов, которые устанавливаются производителем на разные модели/виды транспортных и других средств.

Следует отметить, что многие потребители не всегда хорошо ознакомлены с тем, что же такое объем двигателя на самом деле. Далее мы намерены поговорить о том, из чего насчитывается рабочий объем ДВС, как узнать объем двигателя и т.д.

Содержание статьи

Что такое объем мотора

Тепловой двигатель внутреннего сгорания представляет собой внушительный комплекс из различных механизмов, систем и дополнительного навесного оборудования, образуя сложное инженерное решение. Общий принцип работы ДВС предполагает подачу топлива и воздуха в специальную закрытую камеру, где происходит возгорание полученной топливно-воздушной смеси.

В результате сгорания топлива высвобождается энергия, которая толкает поршень, размещенный в цилиндре двигателя. Поршень движется, КШМ преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное, что позволяет крутить коленчатый вал. Далее крутящий момент двигателя передается на трансмиссию и затем на ведущие колеса автомобиля.

Указанный процесс постоянно повторяется после запуска двигателя, то есть мотор все время работает при условии того, что осуществляется подача компонентов и происходит эффективное сгорание топливной смеси в рабочей камере. Указанная камера называется камерой сгорания. Объем камеры сгорания (он же рабочий объем) — произведение площади сечения цилиндра на длину рабочего хода поршня от НМТ в ВМТ (верхняя и нижняя мертвая точка хода поршня). Физический объем камеры сгорания является рабочим объемом двигателя на бензиновых и дизельных автомобилях, мотоциклах и других видах наземного, воздушного или водного транспорта, сельхозтехники, а также других механизмов и приспособлений с использованием ДВС.

Обратите внимание, если двигатель имеет несколько цилиндров, тогда объем камеры сгорания в каждом из них обязательно суммируется с остальными. Другими словами, рабочий объем многоцилиндрового двигателя является суммой объема камер сгорания всех цилиндров такого мотора. Суммарный объем всех цилиндров двигателя обычно выражается в литрах. Рабочий объем камеры сгорания указывается в сантиметрах кубических.

Давайте рассмотрим данное утверждение на примере широко распространенного четырехцилиндрового 2.0-литрового ДВС.  Мы не будем приводить точных цифр, а просто представим, что каждая из камер сгорания имеет в рабочем объеме 498 кубических сантиметров. Так как мотор имеет 4 цилиндра, нам необходимо сложить объемы всех цилиндров. В результате получаем 1992 см³.  Если говорить о ДВС, то для определения объема общепринятым стандартом стало округление до целых чисел, причем происходит это в большую сторону. Таким образом, мотор с общей суммой объемов всех камер сгорания, которая фактически равна 1992 см³, является двигателем с рабочим объемом 2 литра, то есть двухлитровым.

 Как делятся автомобили по классам с учетом объема двигателя

В модельном ряду каждого производителя присутствуют продукты, которые отличаются по классам, массе, габаритным размерам и другим характеристикам. Что касается легковых авто, во время тотального доминирования атмосферных бензиновых двигателей существовало условное деление на:

  • субкомпактные и компактные микролитражные и малолитражные автомобили с рабочим объемом до 1.2 литра;
  • авто малого класса с двигателями от 1.2 до 1.8 литра;
  • средний класс с объемом от 1.8 до 3.5 литров.
  • мощные гражданские и спортивные версии автомобилей с моторами от 3.5 литров и более;
  • версии высшего класса, кторые могут иметь различный объем ДВС.

Давайте взглянем, на что влияет объем двигателя. Установка того или иного мотора на конкретную модель напрямую зависит от того, какие характеристики должна демонстрировать машина (разгонная динамика, крутящий момент, максимальная скорость и т.д.). От объема двигателя показатель мощности имеет зависимость по причине того, что чем больше топлива сгорит в камере сгорания за цикл, тем больше энергии высвобождается и передается на поршень. Другими словами, чем больше камеры сгорания, тем больше топливно-воздушной смеси туда можно подать и вместить. Динамика разгона и «максималка» также зависят от мощности двигателя. Чем мощнее мотор, тем большую скорость сможет развить автомобиль. Также следует учитывать, что увеличение объема камер автоматически означает больший расход топлива.

Нужно добавить, что от объема двигателя сильно зависит и цена автомобиля. Например, для производства мощного двигателя V12 с объемом 5.5 л. требуются намного большие затраты сравнительно с изготовлением трехцилиндрового мотора с объемом 0.8 л. Параллельно с этим следует учитывать, что установка под капот мощного силового агрегата повлечет необходимость серьезной доработки трансмиссии, системы охлаждения, впуска, выпуска, тормозной системы и т.д.

Исходя из вышесказанного, небольшие бюджетные городские малолитражки зачастую оснащены ДВС с самым маленьким объемом, так как подобные двигатели просты в изготовлении, обеспечивают приемлемую динамику и отличаются небольшим расходом топлива. При этом цена на такие серийные авто остается приемлемой.

Почему современные обозначения моделей не привязаны к объему мотора

После активного внедрения на рынок турбомоторов  в виде турбодизельных и турбобензиновых двигателей ситуация несколько изменилась, причем как в начальном и среднем классе, так и в премиальном сегменте. Начнем стого, что ориентиоваться по «шильдикам» на авто стало сложнее. Изначально у мнгоих автопроизводителей сложилось так, что буквенно-цифровой индекс четко соотвествовал модели и объему двигателя. Например, BMW 535 (5-я серия с объемом 3.5).

Сегодня мощная модель с атмосферным двигателем объемом 5.0 литров после установки турбины получает объем 4.4 литра, при этом все равно обозначается как и предыдущая.  Данную ситуацию хорошо иллюстрирует факт, когда цифровое обозначение популярной модели Mercedes-Benz потеряло привязку к объему двигателя. Речь идет о 63-м AMG. Под капотом модели уже давно ставится не атмосферный агрегат с объемом 6,2 литра, а двигатель битурбо с рабочим объемом 5.5 литра. При этом машина все равно называется Мерседес 63 AMG.

Добавим, что сегодня можно встретить высокофорсированный двигатель с рабочим объемом всего 1л. (например, моторы линейки Ecoboost на моделях Ford), который может устанавливаться на среднеразмерный седан или хэтчбек класса «С»/«D». Дело в том, что установка турбонаддува позволила обеспечить такие характеристики, когда КПД, мощность и крутящий момент двигателя стало возможным существенно увеличить без необходимости увеличения физического объема камеры сгорания.

Другими словами, атмосферный 1.6 имеет мощность 115 л.с, в то время как 1.0-литровый Ecoboost выдает целых 125 л.с. Параллельно с этим крутящий момент турбомоторов выше и доступен с самых «низов», тогда как атмосферные двигатели нужно крутить до средних оборотов для получения приемлемой динамики.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое форсированный двигатель. Из этой статьи вы узнаете о том, какими способами можно повысить мощность атмосферного или турбированного ДВС.

Увеличение рабочего объема двигателя

Физическое увеличение объема камеры сгорания является одним из способов форсирования мотора в целях повышения мощности. Начнем с того, что сильно увеличить объем не получается, так как блок цилиндров двигателя обычно рассчитан на расточку самих цилиндров строго до определенных пределов. Такие пределы предполагают 3 капитальных ремонта, во время которых изношенные цилиндры растачиваются для возвращения им правильной формы перед установкой ремонтных поршней, поршневых колец и других элементов увеличенного размера.

Поршни и другие детали двигателя, которые доступны в продаже, также встречаются исключительно в трех ремонтных размерах. По этой причине во время глубокого тюнинга двигателя автомобиля лучше сразу менять мотор, то есть устанавливать другой двигатель с изначально большим рабочим объемом, который потом можно дополнительно расточить во второй или последний ремонтный размер.

Двигатель с большим объемом: преимущества и недостатки

Начнем с очевидных минусов. Главными недостатками большого объема мотора является цена автомобиля с таким ДВС и расход топлива. Также следует учитывать и повышенные затраты на его плановое обслуживание. В объемный двигатель необходимо заливать большее количество моторного масла, а также охлаждающей жидкости в систему охлаждения. В случае необходимости капитального ремонта затраты также будут увеличены сравнительно с малообъемными агрегатами.

Еще одним минусом можно справедливо считать высокие налоги  на автомобили с двигателем большого объема. Такой автомобиль дороже растаможить, снимать и ставить с учета, страховать, дороже обходится прохождение техосмотра и т.д. Добавим, что автомобили с двигателем объемом от 3 литров зачастую облагаются дополнительным налогом, так как считаются предметом роскоши.

К плюсам следует отнести высокую мощность, увеличенный ресурс и комфорт во время поездок. Двигатели с большим рабочим объемом камеры сгорания в обычных условиях эксплуатации не нужно так часто раскручивать до высоких оборотов. В случае с механической коробкой передач нет необходимости переключаться на пониженную во время совершения обгона, движения на подъем и т.д. Если на автомобиле стоит автоматическая КПП, тогда электроника не будет стремиться постоянно удерживать высокие обороты на низких передачах для сохранения динамичного темпа езды.

Также необходимо учитывать и тот факт, что обычно моторы с большим объемом быстрее и лучше прогреваются зимой, что повышает комфорт эксплуатации автомобиля в холодное время года. Добавим, что мощные атмосферные бензиновые ДВС большого объема зачастую оказываются менее требовательными к качеству бензина по сравнению с малолитражными форсированными версиями с более высокой степенью сжатия.

Что касается сравнения мощных атмосферных и турбомоторов, простой атмодвигатель принято считать более надежным. В среднем, бензиновый турбомотор мощностью около 200 сил с рабочим объемом 1.8 или 2.0 литра даже при условии качественного обслуживания может потребовать внимания на пробеге порядка 180-250 тыс. км. В то же время 3.5-литровый «атмосферник» с похожей мощностью пройдет без ремонта около 350 тыс. км. Также следует отметить, что сравнивать между собой бензиновые и дизельные моторы только по объему не корректно, так как дизель изначально имеет более высокий КПД и ряд других отличительных особенностей.

Читайте также

Нагрузочная характеристика двигателя

Опубликовано:

24.05.2016

Нагрузочная характеристика двигателя определяется пропорциональностью главных параметров двигателя, а также показателем нагрузки при неизменных оборотах коленвала. Настоящее определение показывает деятельность мотора машины в движении в одинаковом скоростном режиме, на одной и той же передаче при различных сопротивлениях дорожного покрытия.

Типичный график нагрузочной характеристики мотора

Определяющими параметрами мотора по нагрузочной характеристике считаются GT и ge. Кроме этого, выделяют:

  • температуру высвобождаемого воздуха;
  • коэффициент заполнения;
  • коэффициент повышенности газов;
  • ускоренное впрыскивание;
  • токсичность выхлопных газов;
  • задымление (для дизельных двигателей).

Холостой ход при определённых оборотах соответствует крайней точке характеристики слева. Точка справа — предельной нагрузке, которую двигатель способен вынести на тех же оборотах.

В карбюраторном моторе снижение мощности при постоянном значении скорости происходит с помощью закрытия дросселя. Плотность снижается, а отсюда количество поступления топлива. Такой тип контроля именуется количественным. При закрытии дросселя экономия мотора изменяется. Её оценка, а также других параметров движка измеряется нагрузочной характеристикой.

Нагрузочная характеристика ДВС зависит от потребления горючего, удельной эффективности такого потребления, а также других параметров при равномерной скорости и режиме тепла.

Изменение часовой затраты горючего зависит от составляющих компонентов топлива, а также показателя заполнения. Одновременно с открытием дросселя сопротивление гидравлики впуска снижается, показатель заполнения поднимается, как и затраты горючего.

Вместе со всем этим процессом меняется качество впрыскиваемого топлива. Показатель избыточности воздуха меняется с требуемой мощностью и контролем экономии топлива.

Завышенные затраты горючего при максимальных параметрах нагрузки можно объяснить насыщением топлива за счёт раскрытия створок экономайзера.

Механический КПД стремится к нулю при холостых оборотах, т. к. вся деятельность движка тратится, чтобы преодолеть механические потери. Также на холостых оборотах происходит обогащение топлива, потому что при открытии дросселя давление и температура снижаются, условия для зажжения искры становятся хуже.

Вместе с открытием дросселя в месте средней нагрузки обогащённое топливо уже не требуется, происходит подача более «бедного» горючего. Это повышает индикаторный КПД.

Способы снятия нагрузки

Мотор должен прогреться на маленькой нагрузке, дроссель открывают на всю. Частота оборотов движка регулируется с помощью тормозной системы. Как только тепловой и скоростной режимы устанавливаются в определённое положение, замеряют показатели:

  • весов;
  • затраты топлива по времени;
  • частоты оборотов;
  • температуры воды;
  • температуры масла.

Значения записываются, после чего выставляют другой режим, но с заниженными показателями. Измеряют и заново сравнивают. На основе всех испытаний строится график, где видны коэффициенты изменений различных показателей — затраты горючей смеси, излишки воздуха, наполнения, температуры. С помощью подобных опытов находят оптимальный режим работы двигателя.

Определение нагрузки дизельного двигателя

Нагрузочная характеристика дизеля обуславливается затратами топлива и всеми показателями работы движка и его загруженности — мощность и давление при стабильных оборотах коленвала. Эти функции, возникшие от неизменных вращений, устанавливаются для всех скоростных режимов. Следует учитывать расходы топлива, максимально возможную подачу его и затраты за определённый период. Всем этим и характеризуются показатели двигателя.

Различия дизельного и карбюраторного двигателей

Нагрузочные характеристики дизеля отличаются от карбюраторного из-за особенных способов сгорания, образования смеси и контролирования мощности. В дизельном моторе топливная воздушная масса образовывается за тысячные доли секунды. В таком случае средним показателем для заполненного объёма воздуха и горючего считается коэффициент лишнего газа. Когда топливо впрыскивается, то неоднородно распространяется в камере сгорания, образуя места различной консистенции газа и горючего. Именно от этого в дизельном моторе консистенция значительно беднее. Регулировка мощности возможна непосредственно до холостых ходов.

Мощность двигателя можно изменить, если меняются составляющие консистенции. Это делается при помощи снижения или повышения горючего, которое впрыскивается за конкретный отрезок времени при одинаковой подаче воздуха. Практически это делают при передвижении рейки топливного шланга.

Коэффициент наполнения не меняется, при возрастании мощности он минимизируется из-за повышения температуры. Показатель лишнего воздуха зависит от расхода топлива.

Высокая мощность у двигателей обнаруживается при пиковом показании значения, определяющего качество всего процесса работы. Отклонение в худшую сторону характеризуется задымлением выхлопных газов, накапливается нагар, снижается экономия, температура мотора возрастает в несколько раз. Отсюда видно, что эксплуатация дизеля в пределах максимальной мощности нецелесообразна.

Задымление при различных параметрах нагрузки

В дизельных движках, имеющих неисправности, чрезмерное задымление выхлопных газов образуется из-за изменения режима скорости и нагрузки. Существуют три вида задымления по цветам:

  • чёрный — масса веществ углерода, образующаяся из-за чрезмерного обогащения заряда работы. Это возникает за счёт уменьшения скорости, повышенных нагрузок и сильных форсировок;
  • белый — вещества горючего, которые не успели сгореть. Обычно бывает у непрогретого мотора;
  • голубой – углеводород не успевает сгорать и выходит с отработанными газами.

Задымление чаще происходит, если нагрузка не превышает пятьдесят процентов. Если переваливает за этот предел, то задымление прекращается. При проведении различных опытов было доказано, что дым голубого цвета не присутствует у дизельных двигателей с четырёхтактной фазой. В таких движках дым только чёрного цвета.

КПД

Повышение объёма горючего, попадающего в мотор, с одновременным повышением нагрузки является результатом уменьшения индикаторного КПД. Переходя к наименьшим нагрузкам от холостых оборотов, механический и индикаторный коэффициент полезного действия повышается. Если дальше повышать нагрузку — механический КПД возрастёт, а расход горючего будет уменьшаться. Если повысить впрыск горючего, то повышается мощность мотора, но экономия падает, происходит задымление выхлопных газов, движок сильно греется — это явный признак некачественной переработки топлива.

Можно ли снять нагрузку?

Следует дать движку прогреться достаточным образом, в это же время перемещается планка, которая регулирует впрыск горючего и контролирует тормоз, показания мотора выводятся на максимальные значения оборотов коленвала при выбранном режиме скорости. Итоговый режим соответствует предельной мощности при конкретных оборотах. Через небольшой отрезок времени после регулировки оборотов стоит измерить следующее:

  • отработанные газы, масло, показания температуры воды;
  • силу тормоза и момента вращения;
  • показания оборотов коленвала;
  • время затрат выбранной дозы горючего.

После всего проделанного с помощью регулирования тормоза оставляют выбранную частоту оборотов, уменьшают впрыск горючего с помощью планки топливного шланга, переходят к дальнейшему этапу и делают необходимые измерения. За счёт последовательного снижения подачи горючего и при определённом количестве оборотов образуется некоторое количество точек нагрузки. Рассчитывают оптимальную нагрузочную характеристику.

Если статья оказалась полезной, напишите нам об этом.

14 электрические характеристики двигателя, которые необходимо знать

Электрические характеристики двигателя

Электрические характеристики, такие как напряжение, частота и фаза питания, должны соответствовать паспортным данным двигателя. Двигатель будет удовлетворительно работать при напряжении в пределах 10 % от паспортного значения, или частоте в пределах 5 %, или комбинированном изменении напряжения и частоты не более 10 %.

17 электрических характеристик двигателя, которые вы должны знать (на фото: Delco Remanufactured Electric Motor 1.5 HP 1760 об / мин)

Оглавление:

Содержание:

  1. Напряжение
    1. Текущий (AMPS)
    2. Hertz / Частота
    3. лошадиных сил
    4. Изоляционный класс
    5. Коэффициент обслуживания
    6. Конденсаторы
    7. Encoders
    8. Тепловая защита (перегрузка)
    9. Устройства заземления вала
      1. Faraday Shield
      2. Кресть на заземлении
      3. 9001
      4. Кольцо для заземления
      5. Утепленные подшипники
    10. Характеристики крутящего момента

    1.Напряжение

    Обычные напряжения 60 Гц для однофазных двигателей: 115 вольт, 230 вольт и 115/230 вольт . Обычное напряжение 60 Гц для трехфазных двигателей: 230 вольт, 460 вольт и 230/460 вольт . Иногда встречаются двухсотвольтовые и 575-вольтовые двигатели.

    В предыдущих стандартах NEMA эти напряжения были указаны как 208 или 220/440 или 550 вольт .

    Двигатели с данными напряжениями на заводской табличке можно смело заменять двигателями, имеющими действующую стандартную маркировку 200 или 208, 230/460 или 575 вольт соответственно.

    Двигатели на 115/208-230 В и 208-230/460 В в большинстве случаев будут удовлетворительно работать при напряжении 208 В, , но крутящий момент будет на 20–25 % ниже . Для работы при напряжении ниже 208 вольт может потребоваться двигатель на 208 вольт (или 200 вольт) или использование следующего более мощного двигателя со стандартным напряжением.

    Паспортная табличка промышленного двигателя (фото предоставлено INYOPools.com)

    Вернуться к Электрическим характеристикам двигателя ↑


    2. Фаза

    Однофазные двигатели составляют до 80% двигателей, используемых в Соединенных Штатах, но используются в основном в домах и во вспомогательных промышленных устройствах с малой мощностью, таких как вентиляторы и фермы.

    Трехфазные двигатели обычно используются на более крупном коммерческом и промышленном оборудовании .

    Вернуться к разделу Электрические характеристики двигателя ↑


    3. Ток (А)

    При сравнении типов двигателей сила тока при полной нагрузке и/или коэффициент эксплуатации являются ключевыми параметрами для определения надлежащей нагрузки на двигатель . Например, никогда не заменяйте двигатель типа PSC (постоянный разделительный конденсатор) двигателем с экранированными полюсами, так как сила тока последнего обычно будет на 50–60 % выше.

    Сравните PSC с PSC, конденсаторный пуск с конденсаторным пуском и так далее.

    Вернуться к Электрическим характеристикам двигателя ↑


    4. Герц/частота

    В Северной Америке 60 Гц (циклов) является распространенным источником питания. Однако большая часть остального мира поставляется с мощностью 50 Гц .

    Вернуться к Электрическим характеристикам двигателя ↑


    5. Мощность в л.с.

    Ровно 746 ватт электроэнергии произведут 1 л.с.Двигатель мощностью 1 л.с., работающий с КПД 84%, будет иметь общее потребление 888 Вт. Это составляет 746 Вт полезной мощности и 142 Вт потерь из-за нагрева, трения и т. д. (888 × 0,84 = 746 = 1 л.с. ).

    Мощность в лошадиных силах также можно рассчитать, если известен крутящий момент, используя одну из следующих формул:

    Вернуться к Электрическим характеристикам двигателя ↑

    6. Скорости

    Приблизительное число оборотов в минуту при номинальной нагрузке для малых и средних двигателей При 60 Гц и 50 Гц в номинальных вольтах следующие:

    Гц 60 Гц 50HZ Синхронная скорость
    2 60139 2950 2850 3600
    4 полюсный двигатель +1725 1425 +1800
    6 полюсный двигатель 1140 950 1200
    8 полюсный двигатель 850 700 900

    Синхронная скорость (без нагрузки) может быть определена по следующей формуле: характеристики ↑


    7.Класс изоляции

    Системы изоляции классифицируются по стандартной классификации NEMA в соответствии с максимально допустимыми рабочими температурами . Они следующие:

    Класс Макс. Допустимая температура
    105 ° C (221 ° F)
    B 130 ° C (266 ° F)
    F 155 ° C (311 ° F)
    H 180°C (356°F)

    * Повышение температуры двигателя плюс максимальная температура окружающей средыЗамена на двигатель с более низким температурным диапазоном может привести к преждевременному выходу из строя двигателя. Каждое превышение этих значений на 10°C может сократить срок службы двигателя наполовину.

    Вернуться к разделу Электрические характеристики двигателя ↑


    8. Коэффициент эксплуатации

    Коэффициент эксплуатации (SF)  – это мера длительной перегрузочной способности, при которой двигатель может работать без перегрузок или повреждений, при условии соблюдения других конструктивных параметров, таких как так как номинальное напряжение, частота и температура окружающей среды находятся в пределах нормы.

    Пример: Двигатель 3/4 л.с. с 1,15 SF может работать с мощностью 0,86 л.с. (0,75 л.с. × 1,15 = 0,862 л.с. ) без перегрева или другого повреждения двигателя, если на двигатель подается номинальное напряжение и частота. ведет. Некоторые двигатели имеют коэффициент эксплуатации на выше, чем стандарт NEMA .

    Производитель оригинального оборудования (OEM) нередко нагружает двигатель до его максимальной грузоподъемности (эксплуатационный коэффициент). По этой причине не заменяет двигатель с той же паспортной мощностью в лошадиных силах, но с более низким эксплуатационным коэффициентом .

    Всегда следите за тем, чтобы максимальная номинальная мощность двигателя на замену (номинальная мощность x SF) была равна или выше, чем у заменяемого двигателя. Умножьте мощность на эксплуатационный коэффициент для получения максимальной потенциальной нагрузки.

    Для удобства в этой таблице приведены стандартные коэффициенты эксплуатации NEMA для двигателей различной мощности и скоростей вращения.

    Для капельного доказательства Моторные моторы
    Сервисный фактор синхронной скорости (об / мин)
    HP 3600 3600 1800 1200 900
    1/6, 1/4.1/3 1,35 1,35 1,35 1,35
    1/2 1,25 1,25 1,25 1,25
    3/4 1,25 1,25 1,15 1,15
    1 1,25 1,15 1,15 1,15
    1 1/2 до 1,15 1,15 1,15 1,15

    NEMA сервис Коэффициент для полностью закрытых двигателей равен 1.0. Однако многие производители изготавливают ТЭТЭ с сервис-фактором 1,15.

    Вернуться к разделу Электрические характеристики двигателя ↑


    9. Конденсаторы

    Конденсаторы используются во всех асинхронных двигателях с дробным полюсом, за исключением двигателей с расщепленными полюсами, двухфазных и многофазных. Пусковые конденсаторы рассчитаны на то, чтобы оставаться в цепи очень короткое время (3-5 секунд), в то время как рабочие конденсаторы находятся в цепи постоянно. Конденсаторы классифицируются по емкости и напряжению.

    Никогда не используйте конденсатор с напряжением ниже рекомендуемого при замене двигателя! Допустимо более высокое напряжение.

    Вернуться к Электрическим характеристикам двигателя ↑


    10. КПД

    КПД двигателя – это измерение полезной работы, производимой двигателем, по сравнению с потребляемой им тепловой энергией и энергией трения. Двигатель с КПД 84% и общей потребляемой мощностью 400 Вт производит 336 Вт полезной энергии (400 × 0,84 = 336 Вт ).

    Потерянные 64 Вт (400 – 336 = 64 Вт) превращаются в тепла .

    Вернуться к разделу Электрические характеристики двигателя ↑


    11.Энкодеры

    Энкодеры — это устройства, которые преобразуют сигнал , будь то движение в обратную связь по положению или скорости для системы управления движением. Возьмите конвейерную систему в качестве приложения. Вы хотите запустить конвейер со скоростью 100 футов в минуту. На валу двигателя, приводящего в действие этот конвейер, установлен энкодер.

    Выходной сигнал энкодера поступает в контроллер, и пока выходной сигнал сообщает контроллеру, что все в порядке – двигатель работает с правильной скоростью – , он продолжает работать с текущей скоростью .

    Если нагрузка на конвейер меняется, как будто он перегружается из-за дополнительного веса продукта добавленного на конвейер , контроллер должен заметить изменение импульсов от энкодера, ибо скорость конвейера замедляется от этого дополнительный вес, и контроллер посылает сигнал двигателю увеличить скорость, чтобы компенсировать это изменение нагрузки.

    Как только нагрузка вернется к стандартному ожидаемому значению, система управления снова получит сигнал от энкодера и замедлит двигатель до необходимой скорости.

    Существует два основных типа энкодеров: поворотный и линейный , и каждый тип может использовать различные технологии измерения. Среди них оптические, магнитные и индуктивные. Оптические поворотные энкодеры используются чаще всего.

    Вернуться к Электрическим характеристикам двигателя ↑


    двигатель от перегрева, что может привести к возгоранию или повреждению двигателя.Протекторы обычно чувствительны к току и температуре. Некоторые двигатели не имеют встроенной защиты, но для обеспечения безопасности они должны быть предусмотрены в конструкции всей системы.

    Никогда не обходить устройство защиты из-за ложного срабатывания ! Как правило, это указывает на какую-то другую проблему, например, на перегрузку или отсутствие надлежащей вентиляции .

    Никогда не заменяйте и не выбирайте двигатель с защитой от тепловой перегрузки с автоматическим возвратом в тех случаях, когда приводная нагрузка может привести к травмам в случае неожиданного перезапуска двигателя.В таких приложениях следует использовать только тепловые перегрузки с ручным сбросом.

    Основные типы устройств защиты от перегрузки включают:

    1. Автоматический сброс: После остывания двигателя это устройство защиты от перегрузки автоматически восстанавливает питание. Его не следует использовать, если неожиданный перезапуск может быть опасен.
    2. Ручной сброс: Это устройство отключения линии имеет внешнюю кнопку, которую необходимо нажать, чтобы восстановить питание двигателя. Используйте там, где неожиданный перезапуск может быть опасен, например, на пилах, конвейерах, компрессорах и другом оборудовании.
    3. Датчики сопротивления температуры: Прецизионно откалиброванные резисторы устанавливаются в двигатель и используются вместе с прибором, поставляемым заказчиком, для обнаружения высоких температур.

Вернуться к Моторным электрическим характеристикам ↑


13. Устройства заземления вала

Заземление вала рекомендуется (NEMA MG1 31.4.4.3) В качестве эффективного средства защиты от подшипников для моторов, эксплуатируемых из мощность инвертора.Напряжение на валу возникает в двигателях, питаемых от преобразователей частоты (ЧРП). Эти частотно-регулируемые приводы наводят напряжение на валу приводного двигателя из-за чрезвычайно высокой скорости переключения биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), которые обеспечивают широтно-импульсную модуляцию, используемую для управления двигателями переменного тока.

Одного заземляющего устройства достаточно для снижения напряжения на валу от инвертора, тем самым защищая оба подшипника для двигателей размером от 6085 типоразмера .

Существует четыре общепринятых метода , которые могут свести к минимуму или устранить повреждение подшипников , вызванное этими токами заземления:

  1. Экран Фарадея,
  2. Изолированные подшипники или керамические подшипники,
  3. Заземляющая щетка или
  4. Заземляющее кольцо
  5. 512 9 кабель или провод между двигателем и частотно-регулируемым приводом также может значительно уменьшить эти всплески.

    Вернуться к разделу Электрические характеристики двигателя ↑


    13.1 Экран Фарадея

    Электростатический экранированный асинхронный двигатель (ESIM) — это один из подходов к решению проблемы напряжения на валу, поскольку изоляция снижает уровни напряжения ниже уровня пробоя диэлектрика.

    Это эффективно останавливает разрушение подшипника и предлагает одно решение для ускоренного износа подшипника, вызванного рифлением, вызванным частотно-регулируемым приводом.

    Вернуться к разделу Электрические характеристики двигателя ↑


    13.2 Щетка для заземления

    Заземление вала путем установки заземляющего устройства обеспечивает альтернативный путь с низким импедансом от вала двигателя к корпусу двигателя. Это отводит ток от подшипников.

    Значительно снижает напряжение на валу и, следовательно, ток подшипника , не допуская накопления напряжения на роторе.

    Вернуться к Электрическим характеристикам двигателя ↑


    13.3 Кольцо заземления вала

    Кольцо заземления вала (SGR) похоже на заземляющую щетку, за исключением того, что в этой щетке используются проводящие микроволокна , создающие путь с низким импедансом от двигателя. 13.4 Изолированные подшипники

    Вернуться к разделу Электрические характеристики двигателя ↑


    14.Моментно-скоростные характеристики двигателей

    Величина крутящего момента, создаваемого двигателем, обычно зависит от скорости. Эта характеристика крутящий момент-скорость зависит от типа и конструкции двигателя и часто отображается на графике крутящий момент-скорость .

    Рисунок 2 – Типичный график зависимости крутящего момента от скорости

    Некоторые важные факторы, указанные на графике, включают: от состояния покоя до рабочей скорости

  6. Опрокидывающий крутящий момент — максимальный крутящий момент, который двигатель может создать перед остановкой

Вернуться к разделу Электрические характеристики двигателя ↑

продукты LEESON

ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ – Прикладное промышленное электричество

После введения компанией Edison в США системы распределения электроэнергии постоянного тока начался постепенный переход к более экономичной системе переменного тока.Освещение работало как на переменном токе, так и на постоянном. Передача электроэнергии на большие расстояния с меньшими потерями на переменном токе. Однако у двигателей была проблема с переменным током. Первоначально двигатели переменного тока были сконструированы как двигатели постоянного тока, но возникали многочисленные проблемы из-за изменяющихся магнитных полей.

Рисунок 5.1    Схема семейства электродвигателей переменного тока

   

Чарльз П. Стейнмец внес свой вклад в решение этих проблем, исследуя гистерезисные потери в железной арматуре.Никола Тесла представил себе совершенно новый тип двигателя, когда представил себе вращающуюся турбину, вращаемую не водой или паром, а вращающимся магнитным полем. Его новый тип двигателя, асинхронный двигатель переменного тока, по сей день является рабочей лошадкой в ​​отрасли. Его прочность и простота обеспечивают долгий срок службы, высокую надежность и низкие эксплуатационные расходы. Тем не менее, небольшие коллекторные двигатели переменного тока, подобные двигателям постоянного тока, сохраняются в небольших бытовых приборах вместе с небольшими асинхронными двигателями Тесла. Мощность выше одной лошадиной силы (750 Вт) безраздельно властвует двигатель Tesla.

Современные твердотельные электронные схемы управляют бесколлекторными двигателями постоянного тока с помощью сигналов переменного тока, генерируемых источником постоянного тока. Бесщеточный двигатель постоянного тока, фактически двигатель переменного тока, заменяет обычный щеточный двигатель постоянного тока во многих приложениях. А шаговый двигатель , цифровая версия двигателя, приводится в действие прямоугольными волнами переменного тока, опять же, генерируемыми полупроводниковой схемой. На рисунке выше показано генеалогическое древо двигателей переменного тока, описанных в этой главе.

Круизные лайнеры и другие крупные суда заменяют приводные валы с редуктором на большие генераторы и двигатели мощностью в несколько мегаватт.Так было с дизель-электрическими локомотивами меньшего масштаба в течение многих лет.

 

Рисунок 5.2 Диаграмма уровня системы двигателя

 

На системном уровне (рисунок выше) двигатель потребляет электрическую энергию в виде разности потенциалов и протекающего тока, преобразуя ее в механическую работу. К сожалению, электродвигатели не на 100% эффективны. Часть электрической энергии теряется в виде тепла, другого вида энергии, из-за потерь I2R (также называемых потерями в меди) в обмотках двигателя.Тепло является нежелательным побочным продуктом этого преобразования. Он должен быть удален с двигателя и может отрицательно сказаться на долговечности. Таким образом, одной из целей является максимальное повышение КПД двигателя за счет снижения тепловых потерь. У двигателей переменного тока также есть некоторые потери, отсутствующие у двигателей постоянного тока: гистерезис и вихревые токи.

Большинство двигателей переменного тока являются асинхронными. Асинхронные двигатели предпочтительнее из-за их прочности и простоты. Фактически, 90% промышленных двигателей являются асинхронными.

Никола Тесла разработал основные принципы многофазного асинхронного двигателя в 1883 году и к 1888 году имел модель мощностью в поллошадиной силы (400 Вт).Тесла продала права на производство Джорджу Вестингаузу за 65 000 долларов США. Самые большие (> 1 л.с. или 1 кВт) промышленные двигатели – это многофазные асинхронные двигатели . Под многофазностью мы подразумеваем, что статор содержит несколько отдельных обмоток на полюс двигателя, приводимых в действие соответствующими сдвинутыми во времени синусоидами. На практике это две-три фазы. Большие 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, подобно трансформатору, в отличие от щеточного коллекторного двигателя постоянного тока.

Конструкция асинхронного двигателя переменного тока

Асинхронный двигатель состоит из ротора, известного как якорь, и статора с обмотками, подключенными к многофазному источнику энергии, как показано на рисунке ниже. Простой двухфазный асинхронный двигатель, показанный ниже, аналогичен двигателю мощностью 1/2 лошадиной силы, который Никола Тесла представил в 1888 году.

Рисунок 5.3 Многофазный асинхронный двигатель Тесла

Статор на рисунке выше намотан парами катушек, соответствующих фазам доступной электрической энергии. Статор двухфазного асинхронного двигателя 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 до тех пор, 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 выступающие , очевидные выступающие полюса, которые использовались в раннем асинхронном двигателе Теслы. Эта конструкция по сей день используется для двигателей малой мощности (<50 Вт). Однако для более крупных двигателей меньшая пульсация крутящего момента и более высокий КПД получаются, если катушки встроены в пазы, вырезанные в листах статора (рисунок ниже).

 

Рисунок 5.4 Рама статора с прорезями для обмоток

 

Пластины статора представляют собой тонкие изолированные кольца с прорезями, выбитыми из листов электротехнической стали. Их стопка закреплена концевыми винтами, которые также могут удерживать концевые корпуса.

 

Рисунок 5.5     Статор с (a) 2-φ и (b) 3-φ обмотками

   

На рисунке выше обмотки двухфазного и трехфазного двигателей установлены в пазах статора.Катушки наматываются на внешнее приспособление, а затем вставляются в пазы. Изоляция, зажатая между периферией катушки и пазом, защищает от истирания. Реальные обмотки статора более сложны, чем отдельные обмотки на полюс на рисунке выше. Сравнивая двигатель 2-φ с двигателем Теслы 2-φ с явно выраженными полюсами, количество катушек такое же. В реальных больших двигателях полюсная обмотка разделена на одинаковые катушки, вставленные во множество меньших пазов, чем указано выше. Эта группа называется фазовый ремень (см. рисунок ниже).Распределенные катушки фазового пояса подавляют некоторые нечетные гармоники, создавая более синусоидальное распределение магнитного поля поперек полюса. Это показано в разделе синхронного двигателя. Прорези на краю стержня могут иметь меньше витков, чем другие прорези. Краевые пазы могут содержать обмотки от двух фаз. То есть фазовые пояса перекрываются.

 

Рисунок 5.6 Фазовые ремни перекрываются

 

Ключом к популярности асинхронного двигателя переменного тока является его простота, о чем свидетельствует простой ротор (рисунок ниже).Ротор состоит из вала, многослойного стального ротора и встроенной медной или алюминиевой короткозамкнутой клетки , показанной на (b), снятой с ротора. По сравнению с якорем двигателя постоянного тока коллектор отсутствует. Это устраняет щетки, искрение, искрообразование, графитовую пыль, регулировку и замену щеток, а также повторную обработку коллектора.

 

Рисунок 5.7 Многослойный ротор с (а) встроенной короткозамкнутой клеткой, (б) токопроводящей клеткой, снятой с ротора

 

Провода с короткозамкнутым ротором могут быть перекошены, перекручены по отношению к валу.Несоосность с пазами 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-за низких гистерезисных потерь.

Теория работы асинхронных двигателей

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

Рисунок 5.8 Вращающееся магнитное поле создает крутящий момент в проводящем диске

Вращающееся магнитное поле создает крутящий момент в проводящем диске

Крутящий момент, развиваемый диском, пропорционален количеству линий потока, пересекающих диск, и скорости, с которой он режет диск. Если бы диск вращался с той же скоростью, что и постоянный магнит, не было бы ни потока, разрезающего диск, ни протекания индуцированного тока, ни электромагнитного поля, ни крутящего момента.Таким образом, скорость диска всегда будет отставать от скорости вращения постоянного магнита, так что линии потока, пересекающие 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 потока пересекает диск. Крутящий момент пропорционален проскальзыванию , степени, в которой диск отстает от вращающегося магнита. Большее скольжение соответствует большему потоку, разрезающему проводящий диск, развивая больший крутящий момент.Аналоговый автомобильный вихретоковый спидометр основан на принципе, показанном 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, приводимыми в движение токами, сдвинутыми по фазе на 90°. Это не должно вызывать удивления, если вы знакомы с паттернами Лиссажу на осциллографе.

 

Рис. 5.9 В противофазе (90°) синусоидальные волны создают круговую диаграмму Лиссажу

 

Несовпадающие по фазе (90°) синусоидальные волны создают круговую диаграмму Лиссажу На приведенном выше рисунке круговая кривая Лиссажу создается путем возбуждения горизонтальных и вертикальных входных сигналов осциллографа с синусоидальными волнами, сдвинутыми по фазе на 90°.Начиная с (а) с максимальным «X» и минимальным «Y» отклонением, трасса движется вверх и влево к (b). Между (a) и (b) два сигнала равны 0,707 Впик при 45°. Эта точка (0,707, 0,707) попадает на радиус окружности между (a) и (b). Трассировка движется к (b) с минимальным «X» и максимальным «Y» отклонением. При максимальном отрицательном «X» и минимальном отклонении «Y» трасса перемещается в (c). Затем с минимальным «X» и максимальным отрицательным «Y» он перемещается в (d) и обратно в (a), завершая один цикл.

 

Рисунок 5.10 Окружность синуса по оси X и косинуса по оси Y

 

На рисунке показаны две синусоидальные волны со сдвигом по фазе на 90°, воздействующие на отклоняющие пластины осциллографа, расположенные под прямым углом в пространстве. Комбинация синусоиды с фазой 90° и отклонения под прямым углом приводит к двумерному рисунку – кругу. Этот круг описывается 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 скорость двигателя. Хотя ротор асинхронного двигателя никогда не достигает этой скорости, это, безусловно, верхний предел.Если мы удвоим количество полюсов двигателя, синхронная скорость уменьшится вдвое, потому что магнитное поле поворачивается на 180° в пространстве на 360° электрической синусоиды.

 

Рис. 5.11 Удвоение полюсов статора вдвое снижает синхронную скорость

 

Синхронная скорость определяется как:

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

 

Где:

N s = Скорость магнитного поля (об/мин)

f = частота подаваемой мощности (Гц)

P = общее количество полюсов на фазу, кратное 2

Приведенный выше рисунок «половина скорости» имеет четыре полюса на фазу (3 фазы).Синхронная скорость для мощности 50 Гц: S = 120·50/4 = 1500 об/мин

Краткое объяснение асинхронного двигателя состоит в том, что вращающееся магнитное поле, создаваемое статором, тащит за собой ротор. Более длинное и более правильное объяснение состоит в том, что магнитное поле статора индуцирует переменный ток в проводниках короткозамкнутого ротора, который представляет собой 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 вращающимся полем статора. Результатом является вращение короткозамкнутого ротора. Если бы не было механической нагрузки крутящего момента двигателя, подшипников, аэродинамических или других потерь, ротор вращался бы с синхронной скоростью. Однако проскальзывание между ротором и синхронным полем статора создает крутящий момент. Именно магнитный поток, разрезающий проводники ротора при его проскальзывании, создает крутящий момент. Таким образом, нагруженный двигатель будет проскальзывать пропорционально механической нагрузке.Если бы ротор вращался с синхронной скоростью, не было бы ни потока статора, разрезающего ротор, ни тока, индуцируемого в роторе, ни крутящего момента.

Крутящий момент в асинхронных двигателях

Когда на двигатель впервые подается питание, ротор находится в состоянии покоя, а магнитное поле статора вращается с синхронной скоростью N с . Поле статора режет ротор с синхронной скоростью N s . Ток, наведенный в короткозамкнутых витках ротора, максимален, как и частота тока, частота сети.По мере того, как ротор ускоряется, скорость, с которой поток статора пересекает ротор, представляет собой разницу между синхронной скоростью N с и фактической скоростью ротора N, или (N с  – N). Отношение фактического потока, обрезающего ротор, к синхронной скорости определяется как скольжение :

.

 

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

Где:

N с = синхронная скорость

Н = скорость ротора

 

Частота тока, индуцированного в проводниках ротора, равна частоте сети при пуске двигателя и уменьшается по мере приближения ротора к синхронной скорости. Частота ротора определяется как:

[латекс]f_r = с \cdot f[/латекс]

Где:

с = скольжение,

f = частота питающей сети статора

 

Проскальзывание при 100 % крутящего момента обычно составляет 5 % или менее 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 так мало? Магнитное поле статора вращается с частотой 50 Гц.Скорость ротора меньше на 5%. Вращающееся магнитное поле режет ротор только на частоте 2,5 Гц. 2,5 Гц — это разница между синхронной скоростью и фактической скоростью вращения ротора. Если ротор будет вращаться немного быстрее, на синхронной скорости, никакой поток вообще не перережет ротор, f r  = 0,

 

Рисунок 5.12. Крутящий момент и скорость в зависимости от % скольжения.

 

На приведенном выше графике показано, что пусковой крутящий момент, известный как крутящий момент с заблокированным ротором (T LR ), превышает 100% крутящего момента при полной нагрузке (T FL ), безопасного постоянного крутящего момента.Крутящий момент заблокированного ротора составляет около 175 % от T FL для приведенного выше примера двигателя. Пусковой ток, известный как ток блокировки ротора (I LR ), составляет 500% от тока полной нагрузки (I FL ), безопасного рабочего тока. Ток высокий, потому что это аналогично закороченной вторичной обмотке трансформатора. Когда ротор начинает вращаться, крутящий момент может немного уменьшиться для определенных классов двигателей до значения, известного как подтягивающий 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 при полной нагрузке. Этот разрывной крутящий момент (T BD ) возникает из-за большего, чем обычно, проскальзывания на 20%. Ток уменьшился лишь незначительно в этой точке, но будет быстро уменьшаться после этой точки. Когда ротор разгоняется до нескольких процентов от синхронной скорости, крутящий момент и ток существенно уменьшаются. Проскальзывание будет составлять всего несколько процентов при нормальной работе. Для работающего двигателя любая часть кривой крутящего момента ниже 100 % номинального крутящего момента является нормальной.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, непрерывная работа при превышении 100 % может привести к повреждению двигателя. Любая нагрузка по крутящему моменту двигателя выше предельного крутящего момента приведет к остановке двигателя. Крутящий момент, скольжение и ток будут приближаться к нулю для состояния нагрузки «отсутствие механического крутящего момента». Это состояние аналогично открытому вторичному трансформатору. Существует несколько основных конструкций асинхронных двигателей, демонстрирующих значительные отклонения от приведенной выше кривой крутящего момента.Различные конструкции оптимизированы для запуска и работы с различными типами нагрузок. Крутящий момент заблокированного ротора (T LR ) для двигателей различных конструкций и размеров находится в диапазоне от 60% до 350% крутящего момента при полной нагрузке (T FL ). Пусковой ток или ток блокировки ротора (I LR ) может составлять от 500% до 1400% тока полной нагрузки (I FL ). Это потребление тока может представлять проблему для запуска больших асинхронных двигателей.

Классы двигателей NEMA и IEC

Различные стандартные классы (или конструкции) для 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 соответствия этим требованиям привода. Аналогичные классы N и H Международной электротехнической комиссии (МЭК) соответствуют конструкциям NEMA B и C соответственно.

Рисунок 5.13 Характеристики конструкций NEMA

 

Характеристики конструкций NEMA

Все двигатели, кроме класса D, работают с проскальзыванием 5% или менее при полной нагрузке.

  • Класс B (МЭК Класс N)  двигатели по умолчанию используются в большинстве приложений.При пусковом моменте LRT = от 150% до 170% 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 крутящий момент такой же, как у класса B. Отпускной крутящий момент и пусковой ток (LRT) выше. Этот двигатель справляется с кратковременными перегрузками, которые встречаются в машинах для литья под давлением.
  • Класс C (IEC Класс H)  имеет более высокий пусковой крутящий момент, чем классы A и B, при LRT = 200 % от FLT.Этот двигатель применяется для нагрузок с жестким пуском, которые должны приводиться в движение с постоянной скоростью, таких как конвейеры, дробилки, поршневые насосы и компрессоры.
  • Двигатели класса D имеют самый высокий пусковой момент (LRT) в сочетании с низким пусковым током из-за высокого скольжения (от 5% до 13% при FLT). Большое скольжение приводит к снижению скорости. Регулировка скорости плохая. Тем не менее, двигатель отлично справляется с нагрузками с высокой переменной скоростью, такими как те, для которых требуется маховик с накоплением энергии. Области применения включают штамповочные прессы, ножницы и элеваторы.
  • Электродвигатели класса E представляют собой более эффективную версию класса B.
  • Двигатели класса F  имеют гораздо более низкие LRC, LRT и пусковой момент, чем класс B. Они управляют постоянными, легко запускаемыми нагрузками.

Коэффициент мощности асинхронных двигателей

Асинхронные двигатели имеют отстающий (индуктивный) коэффициент мощности по отношению к линии электропередачи. Коэффициент мощности в больших полностью нагруженных высокоскоростных двигателях может достигать 90 % для больших высокоскоростных двигателей. При 3/4 полной нагрузки максимальный коэффициент мощности высокоскоростного двигателя может составлять 92%.Коэффициент мощности для небольших тихоходных двигателей может составлять всего 50 %. При пуске коэффициент мощности может находиться в диапазоне от 10% до 25%, повышаясь по мере того, как ротор достигает 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 (ротор) к первичной обмотке (статор). Таким образом, линия электропередач испытывает реактивную нагрузку всего 10% PF. Когда ротор нагружается, увеличивающаяся резистивная составляющая отражается от ротора к статору, увеличивая коэффициент мощности.

 

Рисунок 5.14 Коэффициент мощности и КПД асинхронного двигателя

КПД асинхронных двигателей

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%. КПД слабонагруженного или ненагруженного асинхронного двигателя низкий, поскольку большая часть тока приходится на поддержание намагничивающего потока. По мере увеличения нагрузки по крутящему моменту для создания крутящего момента потребляется больше тока, в то время как ток, связанный с намагничиванием, остается постоянным.Эффективность при 75% FLT может быть немного выше, чем при 100% FLT. Эффективность снижается на несколько процентов при 50% FLT и еще на несколько процентов при 25% FLT. Эффективность становится плохой только ниже 25% FLT. Изменение КПД в зависимости от нагрузки показано на рисунке выше. Асинхронные двигатели обычно имеют увеличенный размер, чтобы гарантировать, что их механическая нагрузка может запускаться и приводиться в действие при любых условиях эксплуатации. Если многофазный двигатель нагружается при крутящем моменте менее 75 % от номинального, когда КПД достигает пика, эффективность снижается лишь незначительно до 25 % FLT.

Nola Корректор коэффициента мощности

Фрэнк Нола из НАСА в конце 1970-х годов предложил корректор коэффициента мощности (PFC) в качестве энергосберегающего устройства для однофазных асинхронных двигателей. 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, в двигателях с частичной нагрузкой, в частности, в двигателях 1-φ, необходимо экономить энергию. Энергия, потребляемая для поддержания магнитного поля статора, относительно постоянна по отношению к изменениям нагрузки.В то время как в полностью нагруженном двигателе нечего экономить, напряжение на частично нагруженном двигателе может быть уменьшено, чтобы уменьшить энергию, необходимую для поддержания магнитного поля. Это повысит коэффициент мощности и КПД. Это была хорошая концепция для общеизвестно неэффективных однофазных двигателей, для которых она предназначалась. Эта концепция не очень применима к большим трехфазным двигателям. Из-за их высокой эффективности (90%+) экономия энергии невелика. Более того, двигатель с КПД 95 % по-прежнему имеет КПД 94 % при 50 % крутящего момента при полной нагрузке (FLT) и КПД 90 % при 25 % FLT.Потенциальная экономия энергии при переходе от 100 % FLT к 25 % FLT представляет собой 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 работает на холостом ходу (ниже 25% FLT), например, к штамповочному прессу. Срок окупаемости дорогого электронного контроллера оценивается как непривлекательный для большинства приложений. Тем не менее, это может быть экономично 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 процентам «отрицательного» скольжения, скажем, -1%. Это означает, что, поскольку мы вращаем двигатель быстрее, чем синхронная скорость, ротор движется на 1% быстрее, чем магнитное поле статора. Обычно он отстает на 1% в двигателе.Поскольку ротор пересекает магнитное поле статора в противоположном направлении (вперед), ротор индуцирует напряжение в статоре, возвращая электрическую энергию обратно в линию электропередачи.

 

Рисунок 5.15    Отрицательный крутящий момент превращает асинхронный двигатель в генератор

   

Такой индукционный генератор должен возбуждаться от «живого» источника мощностью 50 или 60 Гц. Энергия не может быть произведена в случае сбоя питания энергетической компании. Этот тип генератора переменного тока не подходит в качестве резервного источника питания.В качестве генератора ветряной турбины вспомогательной мощности он имеет то преимущество, что не требует автоматического выключателя отключения питания для защиты ремонтных бригад. Это отказоустойчиво.

Небольшие удаленные (от электросети) установки можно сделать самовозбуждающимися путем размещения конденсаторов параллельно фазам статора. Если нагрузка удалена, остаточный магнетизм может генерировать небольшой ток. Этот ток может протекать через конденсаторы без рассеивания мощности. Когда генератор разгоняется до полной скорости, ток увеличивается, чтобы обеспечить ток намагничивания статора.В этот момент можно приложить нагрузку. Регулировка напряжения плохая. Асинхронный двигатель можно преобразовать в генератор с самовозбуждением путем добавления конденсаторов.

Процедура запуска заключается в разгоне ветряной турбины до скорости в моторном режиме путем подачи на статор нормального сетевого напряжения. Любая скорость турбины, вызванная ветром, превышающая синхронную скорость, будет развивать отрицательный крутящий момент, возвращая мощность обратно в линию электропередачи, изменяя нормальное направление электрического счетчика киловатт-часов.В то время как асинхронный двигатель имеет отстающий коэффициент мощности от линии электропередачи, асинхронный генератор переменного тока имеет опережающий коэффициент мощности. Асинхронные генераторы не нашли широкого применения в обычных электростанциях. Скорость привода паровой турбины постоянна и регулируется в соответствии с требованиями синхронных генераторов переменного тока. Синхронные генераторы также более эффективны.

Скорость ветряной турбины трудно контролировать, и она зависит от порывов ветра. Индукционный генератор лучше справляется с этими изменениями из-за присущего ему проскальзывания.Это нагружает зубчатую передачу и механические компоненты меньше, чем синхронный генератор. Однако это допустимое изменение скорости составляет всего около 1%. Таким образом, асинхронный генератор с прямым подключением к сети считается ветровой турбиной с фиксированной скоростью (см. «Асинхронный генератор с двойным питанием» для истинного генератора переменного тока с переменной 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

Асинхронные двигатели могут содержать несколько обмоток возбуждения, например, 4-полюсную и 8-полюсную обмотки, соответствующие синхронным скоростям 1800 и 900 об/мин.Активация того или иного поля менее сложна, чем перемонтаж катушек статора.

 

Рисунок 5.16 Несколько полей позволяют изменить скорость

 

Если поле сегментировано с выведенными выводами, его можно перемонтировать (или переключить) с 4-полюсного на 2-полюсное, как показано выше для 2-фазного двигателя. Сегменты 22,5° можно переключать на сегменты 45°. Для ясности выше показано подключение только одной фазы. Таким образом, наш асинхронный двигатель может работать на нескольких скоростях. При переключении вышеупомянутого двигателя частотой 60 Гц с 4 полюсов на 2 полюса синхронная скорость увеличивается с 1800 об/мин до 3600 об/мин.

 

В:  Если двигатель работает на частоте 50 Гц, каковы будут соответствующие 4-полюсные и 2-полюсные синхронные скорости?

А:

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

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

 

Асинхронные двигатели с регулируемым напряжением

Скорость небольших асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором для таких приложений, как привод вентиляторов, может быть изменена путем снижения сетевого напряжения.Это уменьшает крутящий момент, доступный для нагрузки, что снижает скорость (см. рисунок ниже).

Рисунок 5.17 Переменное напряжение управляет скоростью асинхронного двигателя

Электронное управление скоростью в асинхронных двигателях

Современная полупроводниковая электроника расширяет возможности управления скоростью. Изменяя частоту сети 50 или 60 Гц на более высокие или более низкие значения, можно изменить синхронную скорость двигателя. Однако уменьшение частоты тока, подаваемого на двигатель, также уменьшает 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 снижении частоты.

 

Рисунок 5.18 Электронный преобразователь частоты

 

И наоборот, частота привода может быть увеличена для увеличения синхронной скорости двигателя. Однако напряжение необходимо увеличить, чтобы преодолеть увеличивающееся реактивное сопротивление, чтобы поддерживать ток на нормальном уровне и поддерживать крутящий момент. Инвертор приближает синусоидальные волны к двигателю с выходами широтно-импульсной модуляции.Это обрезанная форма волны, которая либо включена, либо выключена, имеет высокий или низкий уровень, процент времени «включения» соответствует мгновенному напряжению синусоидальной волны.

После применения электроники для управления асинхронным двигателем становится доступным множество методов управления, от простых до сложных:

  • Скалярное управление:  Описанный выше недорогой метод управления только напряжением и частотой без обратной связи.
  • Векторное управление:  Также известно как векторное фазовое управление.Компоненты тока статора, создающие поток и крутящий момент, измеряются или оцениваются в режиме реального времени, чтобы улучшить кривую скорости вращения двигателя. Это требует интенсивных вычислений.
  • Прямое управление крутящим моментом:  Продуманная адаптивная модель двигателя обеспечивает более прямое управление потоком и крутящим моментом без обратной связи. Этот метод быстро реагирует на изменение 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, как следствие, магнитное поле в роторе. Крутящий момент ротора развивается, когда ротор немного проскальзывает за вращающимся полем статора.
  • В отличие от однофазных двигателей, многофазные асинхронные двигатели запускаются автоматически.
  • Пускатели двигателей минимизируют нагрузку на линию электропередачи, обеспечивая при этом больший пусковой момент, чем требуется во время работы.Редукторы линейного тока Пускатели  требуются только для больших двигателей.
  • Трехфазные двигатели будут работать на одной фазе, если они запущены.
  • Статический преобразователь фазы  – это трехфазный двигатель, работающий от одной фазы без нагрузки на валу и обеспечивающий трехфазный выходной сигнал.
  • Несколько обмоток возбуждения  можно перемонтировать для нескольких дискретных скоростей двигателя путем изменения количества полюсов.

 

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

Рисунок 5.19  3-φ двигатель работает от 1-φ мощности, но не запускается

Одна катушка однофазного двигателя

Одиночная катушка однофазного асинхронного двигателя создает не вращающееся магнитное поле, а пульсирующее поле, достигающее максимальной интенсивности при 0° и 180° электрического поля.

Рисунок 5.20 Однофазный статор создает невращающееся пульсирующее магнитное поле

 

Другая точка зрения состоит в том, что одиночная катушка, возбуждаемая однофазным током, создает два вектора магнитного поля, вращающиеся в противоположных направлениях, дважды совпадающие за оборот при 0° (рис. выше-а) и 180° (рис. д). Когда вектора поворачиваются на 90° и -90°, они компенсируются на рисунке c. При углах 45° и -45° (рисунок b) они частично складываются по оси +x и компенсируются по оси y. Аналогичная ситуация существует на рисунке d.Сумма этих двух векторов представляет собой вектор, стационарный в пространстве, но меняющий полярность во времени. Таким образом, пусковой момент не развивается.

Однако, если ротор вращается вперед со скоростью, немного меньшей синхронной скорости, он будет развивать максимальный крутящий момент при 10% скольжении по отношению к вектору прямого вращения. Меньший крутящий момент будет развиваться выше или ниже 10% скольжения. Ротор будет иметь проскальзывание 200–10 % относительно вектора магнитного поля, вращающегося в противоположных направлениях. Небольшой крутящий момент (см. кривую крутящего момента в зависимости от скольжения), кроме двухчастотной пульсации, возникает из-за вращения вектора в противоположных направлениях.Таким образом, однофазная катушка будет развивать крутящий момент после запуска ротора. Если ротор запустить в обратном направлении, он будет развивать такой же большой крутящий момент, когда он приближается к скорости обратного вращения вектора.

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

Электродвигатель с постоянным разделением конденсаторов

Один из способов решить проблему с одной фазой — построить двухфазный двигатель, получающий двухфазное питание от однофазного.Для этого требуется двигатель с двумя обмотками, разнесенными на 90 ° электрических, питаемых двумя фазами тока, смещенными во времени на 90 ° . Это называется двигателем с постоянно разделенным конденсатором.

Рисунок 5.21 Асинхронный двигатель с постоянным конденсатором

Асинхронный двигатель с постоянным конденсатором

Этот тип двигателя имеет повышенную величину тока и сдвиг времени назад, когда двигатель достигает скорости, с пульсациями крутящего момента на полной скорости. Решение состоит в том, чтобы конденсатор (сопротивление) был небольшим, чтобы минимизировать потери.Потери меньше, чем для двигателя с расщепленными 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.

Рисунок 5.22. Однофазный асинхронный двигатель со встроенными катушками статора

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

Асинхронный двигатель с пусковым конденсатором

На приведенном ниже рисунке для запуска однофазного асинхронного двигателя через вспомогательную обмотку можно использовать конденсатор большей емкости, если он отключается центробежным выключателем, как только двигатель набирает скорость. Кроме того, вспомогательная обмотка может состоять из гораздо большего количества витков более толстого провода, чем используется в двигателе с расщепленной фазой сопротивления, чтобы смягчить чрезмерное повышение температуры.В результате для тяжелых нагрузок, таких как компрессоры кондиционера, доступен больший пусковой крутящий момент. Эта конфигурация двигателя работает настолько хорошо, что доступна в размерах с несколькими лошадиными силами (несколько киловатт).

Рисунок 5.23 Асинхронный двигатель с пусковым конденсатором

 

Асинхронный двигатель с конденсаторным двигателем

Вариант двигателя с конденсаторным пуском (рисунок ниже) заключается в запуске двигателя с относительно большим конденсатором для высокого пускового крутящего момента, но с сохранением конденсатора меньшей емкости после пуска для улучшения рабочих характеристик без чрезмерного потребления тока.Дополнительная сложность двигателя с конденсаторным приводом оправдана для двигателей большего размера.

Рисунок 5.24 Асинхронный двигатель с конденсаторным двигателем

 

Пусковой конденсатор двигателя может быть двуханодным неполярным электролитическим конденсатором, который может представлять собой два последовательно соединенных полярных электролитических конденсатора + к + (или – к -). Такие электролитические конденсаторы, рассчитанные на переменный ток, имеют настолько высокие потери, что их можно использовать только в повторно-кратковременном режиме (1 секунда включена, 60 секунд выключена), например при запуске двигателя. Конденсатор для работы двигателя должен быть не электролитического, а полимерного типа с меньшими потерями.

Асинхронный двигатель с расщепленной фазой сопротивления

Если во вспомогательной обмотке намного меньше витков, меньший провод расположен на 90 ° электрического тока 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. Можно получить около 30 ° разности фаз. Эта катушка создает умеренный пусковой момент, который отключается центробежным выключателем на 3/4 синхронной скорости.Эта простая схема (без конденсатора) хорошо подходит для двигателей мощностью до 1/3 лошадиных сил (250 Вт), приводящих в движение легко запускаемые нагрузки.

Рисунок 5.25 Асинхронный двигатель с расщепленной фазой сопротивления

 

Этот двигатель имеет больший пусковой момент, чем двигатель с расщепленными полюсами (следующий раздел), но не такой большой, как двухфазный двигатель, собранный из тех же деталей. Плотность тока во вспомогательной обмотке во время пуска настолько высока, что последующее быстрое повышение температуры исключает частые повторные пуски или медленные пусковые нагрузки.

Nola Корректор коэффициента мощности

Фрэнк Нола из НАСА в середине 1970-х годов предложил корректор коэффициента мощности для повышения эффективности асинхронных двигателей переменного тока. Он основан на предположении, что асинхронные двигатели неэффективны при меньшей нагрузке, чем полная. Эта неэффективность коррелирует с низким коэффициентом мощности. Коэффициент мощности меньше единицы из-за тока намагничивания, необходимого статору. Этот фиксированный ток составляет большую долю от общего тока двигателя по мере уменьшения нагрузки двигателя.При малой нагрузке полный ток намагничивания не требуется. Его можно уменьшить, уменьшив приложенное 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, для двигателей 1-φ существует потенциальная экономия энергии. Для полностью нагруженного двигателя нет экономии, поскольку требуется весь ток намагничивания статора.Напряжение не может быть снижено. 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 до 104 В переменного тока. Это означает, что он не полностью загружен при работе от напряжения выше 104 В переменного тока, например, холодильник на 117 В переменного тока. Для регулятора коэффициента мощности безопасно снизить напряжение сети до 104–110 В переменного тока. Чем выше начальное линейное напряжение, тем больше возможная экономия. Конечно, если энергетическая компания поставляет напряжение ближе к 110 В переменного тока, двигатель будет работать более эффективно без каких-либо дополнительных устройств.

Любой однофазный асинхронный двигатель, практически не работающий, с 25% FLC или менее, является кандидатом на PFC. Тем не менее, он должен работать большое количество часов в год. И чем больше времени он простаивает, как в лесопильном станке, пробивном прессе или конвейере, тем больше вероятность того, что контроллер окупится за несколько лет эксплуатации. Платить за него должно быть втрое легче, чем за более эффективный 3-φ-двигатель. Стоимость PFC не может быть возмещена для двигателя, работающего всего несколько часов в день.

Краткое описание: Однофазные асинхронные двигатели

  • Однофазные асинхронные двигатели не запускаются самостоятельно без вспомогательной обмотки статора, приводимой в действие противофазным током около 90 ° . После запуска вспомогательная обмотка не является обязательной.
  • Вспомогательная обмотка двигателя с постоянным разъемом  конденсатора  имеет последовательно включенный конденсатор во время пуска и работы.
  • Асинхронный двигатель с конденсаторным пуском имеет только конденсатор, включенный последовательно с вспомогательной обмоткой во время пуска.
  • Двигатель с конденсаторным приводом обычно имеет большой неполяризованный электролитический конденсатор, включенный последовательно со вспомогательной обмоткой для запуска, а затем меньший неэлектролитический конденсатор во время работы.
  • Вспомогательная обмотка двигателя с расщепленной фазой сопротивления создает разность фаз по сравнению с основной обмоткой во время пуска из-за разности сопротивлений.

Характеристики двигателей постоянного тока | Electriceasy.com

Как правило, для двигателей постоянного тока важными считаются три характеристические кривые: (i) крутящий момент в зависимости от крутящего момента.ток якоря, (ii) скорость в зависимости от тока якоря и (iii) скорость в зависимости от крутящего момента. Они объясняются ниже для каждого типа двигателя постоянного тока. Эти характеристики определяются с учетом следующих двух соотношений.
T a ∝ ɸ.I a и N ∝ E b
Эти вышеприведенные уравнения могут быть изучены при уравнении ЭДС и крутящего момента машины постоянного тока. Для двигателя постоянного тока величина противо-ЭДС определяется тем же уравнением ЭДС генератора постоянного тока, т.е.E b = PɸNZ/60A. Для машины P, Z и A постоянны, поэтому N ∝ E b

Характеристики двигателей постоянного тока серии

Крутящий момент в зависимости от тока якоря (T
a -I a ) Эта характеристика также известна как электрическая характеристика . Мы знаем, что крутящий момент прямо пропорционален произведению тока якоря на магнитный поток, T a ∝ ɸ.I a . В двигателях постоянного тока обмотка возбуждения включена последовательно с якорем, т.е.е. I a = I f . Поэтому до магнитного насыщения поля поток ɸ прямо пропорционален Ia. Следовательно, до магнитного насыщения Ta α Ia 2 . Следовательно, кривая Ta-Ia является параболой для меньших значений Ia.
После магнитного насыщения полюсов поля поток ɸ не зависит от тока якоря Ia. Следовательно, крутящий момент изменяется пропорционально только Ia, T ∝ Ia. Поэтому после магнитного насыщения кривая Ta-Ia становится прямой линией.
Крутящий момент на валу (Тш) меньше момента якоря (Та) из-за потерь на блуждание.Следовательно, кривая Tsh vs Ia лежит несколько ниже.

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

Скорость в зависимости от тока якоря (N-Ia)
Мы знаем соотношение N ∝ E b / ɸ

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

Но при больших нагрузках ток якоря Ia велик. И, следовательно, скорость низкая, что приводит к уменьшению обратной ЭДС Eb. Из-за уменьшения Eb допускается больший ток якоря.
Скорость в зависимости от крутящего момента (N-Ta)
Эта характеристика также называется механической характеристикой .Из приведенных выше двух характеристик двигателя постоянного тока серии можно обнаружить, что при высокой скорости крутящий момент низкий, и наоборот.

Характеристики параллельных двигателей постоянного тока

Крутящий момент в зависимости от тока якоря (Ta-Ia)
В случае шунтирующих двигателей постоянного тока можно считать, что поток поля ɸ является постоянным. Хотя при больших нагрузках ɸ несколько уменьшается из-за повышенной реакции якоря. Поскольку мы пренебрегаем изменением потока ɸ, мы можем сказать, что крутящий момент пропорционален току якоря.Следовательно, характеристика Ta-Ia для шунтового двигателя постоянного тока будет прямой линией, проходящей через начало координат.
Так как большая пусковая нагрузка требует большого пускового тока, шунтирующий двигатель никогда не следует запускать при большой нагрузке .
Скорость в зависимости от тока якоря (N-Ia)
Поскольку поток ɸ считается постоянным, мы можем сказать, что N ∝ Eb. Но, поскольку противо-ЭДС также почти постоянна, скорость должна оставаться постоянной. Но на практике ɸ, как и Eb, уменьшается с увеличением нагрузки. Противоэдс Eb уменьшается несколько больше, чем ɸ, следовательно, скорость уменьшается незначительно.Как правило, скорость снижается только на 5–15% от скорости полной нагрузки. Следовательно, шунтирующий двигатель можно принять за двигатель с постоянной скоростью . В зависимости скорости от тока якоря на следующем рисунке прямая горизонтальная линия представляет идеальную характеристику, а фактическая характеристика показана пунктирной линией.

Характеристики составного двигателя постоянного тока

Составные двигатели постоянного тока имеют как последовательную, так и шунтирующую обмотку. В составном двигателе, если последовательная и шунтирующая обмотки соединены так, что последовательный поток имеет направление, соответствующее направлению шунтирующего потока, то двигатель называется кумулятивно составным.А если последовательный поток противоположен направлению шунтирующего потока, то говорят, что двигатель имеет дифференциальную составляющую. Характеристики обоих составных двигателей поясняются ниже.
(a) Накопительный составной двигатель
Накопительные составные двигатели используются там, где требуются последовательные характеристики, но есть вероятность, что нагрузка будет полностью снята. Последовательная обмотка обеспечивает большую нагрузку, в то время как шунтирующая обмотка предотвращает работу двигателя на опасно высоких скоростях при внезапном отключении нагрузки.В этих двигателях обычно используется маховик, к которому применяются внезапные и временные нагрузки, как в прокатных станах.
(b) Двигатель с дифференциалом
Поскольку в двигателях с дифференциальным возбуждением последовательный поток противодействует шунтирующему потоку, общий поток уменьшается с увеличением нагрузки. За счет этого скорость остается почти постоянной или даже может незначительно возрастать с увеличением нагрузки (N ∝ E b /ɸ). Дифференциальные составные двигатели обычно не используются, но они находят ограниченное применение в экспериментальных и исследовательских работах.

Характеристики электродвигателей | Электротехника

Для выбора надежного и экономичного двигателя необходимо хорошо знать условия эксплуатации.

Недостаточно просто указать выходную мощность в кВт и скорость, необходимо также знать следующие дополнительные сведения:

(i) Крутящий момент на валу во время работы, пуска и при различных нагрузках.

(ii) Ускоряющий момент и тормозной момент.

(iii) Частота переключения.

(iv) КПД двигателя при различных нагрузках.

(v) Прочие рабочие требования.

При изучении поведения двигателя, выбранного для конкретного приводимого агрегата, одной из первых задач является определение того, соответствует ли характеристика скорости и момента двигателя требованиям, предъявляемым характеристикой скорости и момента приводимого устройства. Поведение привода в течение переходного периода пуска, торможения или переключения скорости также зависит от того, как характеристики скорости-момента двигателя и приводимого агрегата изменяются в зависимости от скорости.

Поэтому необходимо изучить эти характеристики, чтобы иметь возможность правильно выбрать двигатель и получить экономичный привод.

1. Скоростно-моментные характеристики машин или механизмов:

Скоростно-моментная характеристика машины или механизма, определяемая соотношением ω = f(T L ), определяется как отношение между скоростью, с которой он работает, и развиваемым им моментом сопротивления или нагрузки.

Разные виды механизмов и машин имеют разные скоростно-моментные характеристики.Однако можно сделать несколько общих выводов, если использовать следующее эмпирическое уравнение для скоростно-моментной характеристики некоторого ведомого узла промышленного оборудования:

T L =T 0 + (T rn -T 0 ) (ω/ω n ) x …(1,3)

где Т L — момент полной нагрузки (или сопротивления), развиваемый агрегатом при частоте вращения ω, к, Т 0 — момент сопротивления, развиваемый агрегатом за счет трения в его движущихся частях, Т rn — момент сопротивления момент сопротивления, развиваемый агрегатом при движении с номинальной номинальной частотой вращения ω n , а x – экспоненциальный коэффициент, характеризующий изменение момента покоя при изменении скорости.

Приведенное выше уравнение (1.3) позволяет условно разделить скоростно-моментные характеристики различных видов машин и механизмов на следующие категории:

я. Нагрузки, требующие постоянного крутящего момента на всех скоростях:

Такая нагрузка создает для двигателя пассивный крутящий момент, практически не зависящий от скорости. Он также характеризуется требованием дополнительного крутящего момента при скорости, близкой к нулевой. Для этой характеристики x = 0 и момент нагрузки T L не зависит от скорости.Скоростно-моментная характеристика для таких нагрузок показана вертикальной линией на рис. 1.4. Такими нагрузками являются сухое трение, краны при подъеме, лебедки, механизм подачи станков, поршневые насосы, работающие против постоянного напора, конвейеры, перекачивающие материал с постоянной массой в единицу времени. В силовых приложениях его обычно называют пусковым моментом, а в системах управления — трением (от трения прилипания).

Поскольку он меняет знак при изменении направления вращения, характеристика момента сухого трения является прерывистой, как показано на рис.1.4.

ii. Нагрузки с линейно-возрастающей характеристикой:

Такие скоростно-моментные характеристики, показанные прямой линией II на рис. 1.4, имеют каландровые машины, вихретоковые тормоза, генераторы постоянного тока с независимым возбуждением, обеспечивающие нагрузки с фиксированным омическим сопротивлением и жидкостное или вязкое трение. В этом случае x = 1 и момент нагрузки T L возрастает прямо пропорционально скорости.

iii. Нагрузки с нелинейно-возрастающей (параболической) характеристикой:

Для такой характеристики x = 2 и момент нагрузки T L пропорционален квадрату скорости.Такую характеристику иллюстрирует кривая III на рис. 1.4. Нагрузка со значительной силой ветра, предельным примером которой является вентилятор, имеет крутящий момент, который изменяется почти пропорционально квадрату скорости. Воздуходувки, центробежные насосы, гребные винты на кораблях или самолетах, водяные колеса, трение в трубах, напор насосов и т. д. также имеют тот же тип скоростно-крутящих характеристик.

iv. Нагрузки с нелинейной падающей (гиперболической) характеристикой (или нагрузкой постоянной мощности):

Для такой характеристики x = – 1 и момент нагрузки T L обратно пропорционален скорости, а мощность, необходимая для привода данного агрегата, остается неизменной.Такую характеристику иллюстрирует кривая IV на рис. 1.4. К этой категории нагрузок относятся отдельные виды токарных, расточных, фрезерных и других видов металлорежущих станков, сталепрокатных моталок.

Перечисленные выше категории нагрузок не охватывают все случаи, с которыми можно столкнуться на практике, но дают хорошее представление о характеристиках, типичных для очень многих видов промышленного оборудования. На практике встречаются нагрузки, представляющие собой комбинацию этих основных видов нагрузок.

2. Характеристики момент-время нагрузки:

Возможно, изменение момента нагрузки во времени имеет такое же или большее значение при выборе двигателя. Это изменение в некоторых приложениях может быть периодическим и повторяющимся, один цикл изменения называется рабочим циклом.

Различные типы нагрузок с точки зрения характеристик момента нагрузки можно классифицировать следующим образом:

(i) Непрерывные, постоянные нагрузки, такие как бумагоделательные машины, центробежные насосы или вентиляторы, работающие в течение длительного времени в одних и тех же условиях.

(ii) Постоянные переменные нагрузки, такие как подъемные лебедки, металлорежущие станки, конвейеры и т. д.

(iii) Пульсирующие нагрузки, такие как поршневые насосы и текстильные ткацкие станки и вообще все машины с коленчатым валом.

(iv) Ударная нагрузка, такая как прокатные станы, стригальные станки, прессы, кузнечные молоты и т. д. При таких нагрузках возникают кажущиеся, регулярные и повторяющиеся пики нагрузки или импульсы.

(v) Кратковременные нагрузки, такие как мотор-генераторы для зарядки аккумуляторов; серводвигатели, используемые для дистанционного управления зажимными штангами бурильных машин.

(vi) Кратковременные периодические нагрузки, такие как краны и подъемные механизмы, экскаваторы, роликовые поезда и т. д.

Некоторые машины (такие как шаровые мельницы) строго не относятся ни к одной из упомянутых выше категорий. Если бы такие нагрузки (шаровые мельницы, каменные дробилки и др.) характеризовались частыми ударами сравнительно небольших пиков, то правильнее было бы отнести их к разряду непрерывно-переменных нагрузок, а не к ударным нагрузкам. Иногда довольно сложно провести различие между пульсирующими нагрузками и ударными нагрузками, поскольку обе они носят периодический характер.

Один и тот же привод может быть представлен моментом нагрузки, изменяющимся либо со скоростью, либо со временем. Наиболее подходящим примером является нагрузка вентилятора, крутящий момент нагрузки которой T L пропорционален квадрату скорости, также представляет собой непрерывную постоянную нагрузку.

3. Моменты нагрузки зависят от угла смещения вала:

Во всех машинах с коленчатым валом, таких как поршневые насосы и компрессоры, рамные пилы и т. д., момент нагрузки зависит от углового смещения вала или ротора двигателя.Для всех таких машин момент нагрузки T L можно разложить на две составляющие: одну постоянной величины T av , а другую переменную T L ‘, которая периодически изменяется по величине в зависимости от углового положения вала. . Такие характеристики момента нагрузки можно для простоты представить рядом Фурье как сумму колебаний основной и гармонической частот, т. е.

Где θ = ωt, ω — угловая скорость вала двигателя, приводящего в движение компрессор.

При изменении скорости происходят лишь небольшие отклонения от фиксированного значения скорости ω a , поэтому перемещение можно представить как θ = (ω a + Δω)t. Таким образом, переменная часть крутящего момента нагрузки может быть представлена ​​как

.

Член r∆ωt, являющийся очень малым по величине, можно пренебречь. Таким образом, ограничиваясь малыми отклонениями по углу от положения равновесия, момент нагрузки, изменяющийся при угловом перемещении вала, может быть преобразован в периодически изменяющийся w.р.т. время.

4. Моменты нагрузки в зависимости от траектории или положения груза во время движения:

В статье 1.9.1. учитывались изменяющиеся со скоростью моменты нагрузки. Однако как в подъемных механизмах, так и в транспортных системах существуют моменты нагрузки, зависящие не только от скорости, но и от характера пути, проходимого грузом при его движении. Например, сопротивление движению поезда, движущегося вверх по уклону или совершающего поворот, зависит от величины уклона или радиуса кривизны пути соответственно.

Сила из-за градиента дается как-

F г = 1000 Вт sin θ кг. …(1,6)

Где W — вес поезда в тоннах.

Но в железнодорожных работах уклон выражается как подъем в метрах на пути 100 м и обозначается как «уклон в процентах» (G%)

т. е. G = Sin θ x 100

или sin θ = G/100

Подставив sin θ = G/100 в уравнение (1.6), имеем-

F г = 1000 Вт × G/100 = 10 WG кг.…(1,7)

Сила тяги, необходимая для преодоления сопротивления искривлению, определяется эмпирической формулой, приведенной ниже:

F c = 700 000 Вт/Р кг …(1,8)

Где R — радиус кривизны в метрах.

В грузоподъемных механизмах, в которых не используются хвостовые канаты или уравновешивающие канаты (рис. 1.7), момент нагрузки создается не только весом ненагруженной или загруженной клети, но и грузоподъемными канатами или тросами, которые зависит от положения двух клеток.Когда клетка 1 находится в крайнем нижнем положении и должна быть поднята вверх, весь вес веревки также должен быть перемещен вверх.

Когда обе клетки находятся на одной высоте, вес поднимаемой веревки становится равным нулю, так как вес веревок с обеих сторон уравновешивает друг друга, имея одинаковую длину. Когда клетка 1 находится выше клетки 2, часть веса веревки действует таким образом, чтобы способствовать движению клетки 1 вверх. В конечном счете, когда клетка 1 достигает самого верхнего положения, весь вес веревка помогает движению вверх.

Сила сопротивления движению груза вверх, F r из-за изменения веса каната в зависимости от положения груза определяется как-

Где, W r — общий вес веревки в кг, h — желаемая максимальная высота, на которую следует поднять клетку вверх, в метрах, а x — высота клетки в любом произвольном положении от дна наибольшая позиция в метрах.

При больших значениях h сила F r в значительной степени влияет на работу привода, используемого в грузоподъемных механизмах, поскольку в такой ситуации вес каната может быть значительно больше, чем вес поднимаемого груза снизу вверх.Если мы используем хвостовые канаты, как показано пунктирными линиями на рис. 1.7, вес соединительного каната может быть уравновешен, и движение клеток может быть почти плавным.

5. Скоростные характеристики электродвигателя:

Моментно-скоростная характеристика двигателя определяется как отношение между скоростью, с которой он работает, и развиваемым им крутящим моментом, т. е. ω = f(T).

Практически все электродвигатели — с параллельным возбуждением, с последовательным возбуждением, составные двигатели постоянного тока, асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и контактными кольцами, а также коллекторные двигатели переменного тока имеют падающую характеристику скорости и момента, т.е.е., их скорость падает по мере увеличения момента нагрузки. Однако степень изменения скорости с изменением момента у различных типов двигателей различна, что характеризуется так называемой жесткостью их скоростно-моментной характеристики.

Скоростно-крутящие характеристики электродвигателя можно разделить на три основные группы:

1. Абсолютно жесткая (плоская) характеристика скорости и крутящего момента:

Характеристика, не демонстрирующая изменения скорости при изменении момента нагрузки.С такой характеристикой работают синхронные двигатели (горизонтальная прямая I на рис. 1.8).

2. Жесткая характеристика скорости и крутящего момента:

Характеристика, показывающая скорость, которая незначительно падает с увеличением крутящего момента. Жесткую характеристику имеет двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением, а также асинхронные двигатели в рабочей области скоростно-моментной характеристики (кривая II на рис. 1.8).

Характеристика скорости и момента асинхронного двигателя имеет «жесткость», которая различается в зависимости от того, какая точка характеристики принимается во внимание (рис.1.9). Между точками максимального крутящего момента в режиме двигателя T max M и максимального крутящего момента в режиме генератора T max G асинхронная машина будет демонстрировать довольно жесткую характеристику.

3. Мягкая характеристика скорости:

Характеристика, показывающая значительное падение скорости при увеличении крутящего момента. Такой характеристикой обладает двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением, особенно на маломоментном участке характеристики (кривая III на рис.1.8). У таких двигателей степень жесткости характеристики меняется на всем протяжении кривой.

Двигатели постоянного тока с составной обмоткой, в зависимости от степени жесткости их скоростно-моментных характеристик, могут рассматриваться как двигатели с жесткими или мягкими характеристиками.

6. Совместная скоростно-моментная характеристика электродвигателя:

Совместная работа электродвигателя и приводимого им агрегата, когда скорость имеет установившееся значение, соответствует условию баланса между приводным моментом двигателя и моментом сопротивления, развиваемым приводимым агрегатом при заданной скорости.Когда сопротивление или момент нагрузки, развиваемый на валу двигателя приводным агрегатом, претерпевает некоторое изменение, скорость и крутящий момент, развиваемые двигателем, изменяются автоматически, чтобы восстановить стабильную работу при новом значении скорости и момента нагрузки.

В случае неэлектрических первичных двигателей (водяная турбина, паровая турбина или дизельный/бензиновый двигатель) баланс между моментом сопротивления и крутящим моментом достигается за счет использования регулятора соответствующего типа для управления притоком энергии к первичному двигателю путем увеличение или уменьшение расхода воды, пара или топлива.В электродвигателях роль автоматического регулятора выполняет ЭДС двигателя. Эта способность электродвигателей поддерживать равновесие системы привода при изменении момента сопротивления (нагрузки), развиваемого ведомым агрегатом, чрезвычайно ценна, поскольку этот момент очень часто в той или иной степени нестабилен.

Это можно проиллюстрировать с помощью рис. 1.10, на котором показана характеристика скорости и момента (кривая III) параллельного двигателя постоянного тока и две характеристики I и II производственной единицы, приводимой в движение двигателем (например, конвейера). .

Характеристика I соответствует холостому состоянию конвейерной установки, а характеристика II соответствует более высокому уровню крутящего момента, развиваемого конвейером при обработке требуемого потока материала. Первоначально, в момент, когда конвейер работает без нагрузки, момент двигателя T = T, и двигатель работает со скоростью ω 1 . Как только конвейер начинает поддерживать поток материала, увеличение нагрузки на двигатель приводит к торможению двигателя и снижению его скорости.Это заставляет двигатель развивать меньшую ЭДС.

Следовательно, ток якоря увеличивается, и двигатель начинает развивать больший вращающий момент. Крутящий момент двигателя растет до тех пор, пока не будет достигнута точка равновесия, при которой развиваемый двигателем момент равен моменту сопротивления приводимого агрегата, т. е. T = T 2 (где скорость равна ω 2 ). Эта новая точка также является общей как для скоростной характеристики II конвейера, так и для скоростной характеристики III двигателя.

При изучении работы двигателя и агрегата, который он приводит, иногда бывает удобно использовать так называемую совместную скоростную характеристику электропривода, представляющую собой кривую, представляющую собой алгебраическую сумму скоростно-моментной характеристики ведомого агрегата и приводного двигателя.

Скоростно-моментные характеристики вентилятора и приводного двигателя и совместная скоростно-моментная характеристика мотор-вентиляторного агрегата представлены кривыми I, II и III соответственно на рис.1.11.

Когда агрегат достигает установившейся скорости ω с , двигатель работает с крутящим моментом T = крутящий момент нагрузки, T L . В этом случае крутящий момент, указанный в характеристике соединения, будет равен нулю. Работа агрегата на установившейся скорости ω s в этом случае будет считаться устойчивой, так как любое увеличение скорости приводит к отрицательному изменению (падению) момента, а любое падение скорости – к положительному изменению (росту) в крутящем моменте.

Таким образом, кривая III

является примером совместной характеристики скорости и момента привода, который сможет работать стабильно.Если бы характеристика соединения имела вид кривой IV, работа не была бы устойчивой, так как небольшое увеличение скорости приводит к ускорению, так как момент двигателя превышает момент нагрузки. С другой стороны, небольшое снижение скорости приводит к замедлению, поскольку крутящий момент двигателя становится меньше крутящего момента нагрузки.

Рассмотренные выше условия работы привода в установившемся режиме представляют собой условия, необходимые для статической устойчивости привода, и применимы только при медленном изменении скорости и крутящего момента.В периоды переходных (быстрых) изменений, связанных с динамической устойчивостью, условия устойчивости привода будут иными.

Обычно, когда электропривод проектируется под конкретный привод, заранее известна его скоростно-моментная характеристика. Таким образом, проблема достижения стабильной работы в установившемся режиме при известных скоростях и моментах нагрузки ведомого агрегата состоит в выборе двигателя, характеристика скорости и момента которого будет совместима с характеристикой ведомого агрегата.

Этого можно добиться, сначала выбрав подходящий тип двигателя, а затем соответствующим образом изменив электрические параметры его цепей. Иногда для обеспечения требуемых скоростно-моментных характеристик становится необходимым создание специальных силовых и управляющих цепей для запутанной коммутации приводного двигателя и аппаратуры управления.

7. Динамика комбинации двигатель-нагрузка:

При поступательном движении активная или движущая сила F d уравновешивается силой сопротивления F r , развиваемой ведомой машиной, и силой инерции m dv/dt, возникающей из-за изменения скорости.Когда участвующее тело имеет массу m, выраженную в кг, и скорость v, выраженную в м/с, сила инерции, как и другие силы, будет выражаться в ньютонах (кг-м/с 2 ).

Уравнение равновесия сил при поступательном движении тела можно соответственно записать в следующем виде:

Уравнение равновесия крутящего момента при поступательном движении тела можно, соответственно, записать в следующем виде:

Приведенное выше уравнение (1.11) показывает, что крутящий момент T M , развиваемый двигателем, уравновешивается противодействующим или нагрузочным моментом T L , действующим на его вал, и инерционным или динамическим моментом J (dω/dt). В приведенных выше уравнениях. В уравнениях (1.10) и (1.11) предполагается, что масса m участвующих тел и полярный момент инерции J привода остаются постоянными, что справедливо для большого числа промышленных машин и механизмов. В некоторых приводах возникает необходимость иметь дело с переменным полярным моментом инерции, как в случае кривошипно-шатунных приводов.

Из анализа уравнения. (1.11) можно определить различные состояния, в которых может оставаться электропривод, вызывающий вращательный двигатель:

1. Когда T M > T L , dω/dt > 0, т. е. привод будет разгоняться, в частности, набирая скорость для достижения номинальной скорости.

2. При T M < T L , dω/dt < 0, т.е. привод будет тормозиться и, в частности, останавливаться.Торможение, очевидно, будет происходить и при отрицательных значениях момента двигателя. Двигатель развивает отрицательный крутящий момент, когда он переходит в режим торможения.

3. Когда T M = T L , dω/dt = 0, т. е. привод будет работать с установившейся скоростью.

Приведенные выше утверждения, а именно, что когда T M > T L привод ускоряется, а когда T M < T L привод замедляется, действительны только тогда, когда возникает нагрузка или сдерживающий момент T L быть пассивным крутящим моментом.Обратное может произойти при активных нагрузках крутящего момента. Например, при включении двигателя для подъема лебедки при ее опускании под собственным весом до изменения направления вращения происходит торможение привода при T M > T L . В случае, если T M < T L в описанной выше ситуации, когда двигатель был включен для подъема лебедки, нагрузка будет продолжать снижаться, и двигатель будет ускоряться, а не замедляться.

Инерция или динамический момент J (dω/dt) появляются только в переходных режимах, т. е. при изменении скорости привода. При разгоне привода момент инерции противодействует движению привода, а при торможении поддерживает движение привода. Момент инерции как по величине, так и по знаку определяется как алгебраическая сумма момента двигателя и моментов сопротивления и нагрузки.

Ввиду вышеизложенного знаки для T M и T L в уравнении.(1.11), соответствующие двигательному режиму ведущей машины и пассивному моменту нагрузки (или активному тормозному моменту) соответственно. В общем виде уравнение крутящего момента можно записать как

Выбор знака, который будет помещен перед каждым из крутящих моментов в приведенном выше уравнении. (1.12) зависит от условий эксплуатации и характера сопротивления или момента нагрузки. Уравнение движения привода позволяет определить зависимость момента, тока, скорости и пути от времени работы в переходных режимах.Все крутящие моменты в уравнении движения должны быть отнесены к некоторому заданному элементу системы. Чаще всего к валу двигателя относят как момент нагрузки, так и динамический момент.

Пример:

Двигатель соединен с нагрузкой, имеющей следующие характеристики:

я. Двигатель: T м = 15 – 0,5ω м

ii. Нагрузка: T l = 0,5ω 2 м

Найдите стабильную рабочую точку для этой комбинации.

Решение:

Стабильная работа будет достигнута, когда-

Т м = Т л

или 15 – 0,5ω м = 0,5ω м 2

или ω м 2 + ω м – 30 = 0

или ω м = 5 или -6

Отбрасывая минус, имеем-

ω м = 5 и T = 12,5

Таким образом, стабильная рабочая точка (12.5, 5) Ответ.

Приведенные моменты нагрузки и моменты инерции:

Двигатель обычно приводит в движение промышленную машину через некоторую систему трансмиссии, отдельные части которой работают с разными скоростями. При проведении практических расчетов возникает необходимость отнесения моментов и масс отдельных деталей к какому-либо удобному элементу, например к определенному валу.

Моменты нагрузки могут передаваться от одного вала к другому на основе баланса мощности системы.При этом учитывают потери мощности в промежуточных звеньях передачи путем введения соответствующих значений КПД.

Пусть скорость вала двигателя ω M , а скорость вала данной промышленной машины ω L .

На основании равенства потоков мощности имеем-

или момент нагрузки относительно вала двигателя,

, где T L — крутящий момент нагрузки, η T — КПД трансмиссии, а i — передаточное число, равное ω M L .

При наличии нескольких ступеней передачи между приводным двигателем и ведомой машиной, как схематично показано на рис. 1.12, с передаточными числами i 1 , i 2 ,…, i n и соответствующими коэффициентами полезного действия трансмиссии η T1 , η T2 …, η Tn , крутящий момент нагрузки относительно вала двигателя определяется как-

Моменты инерции относятся к данному валу на том основании, что общее количество кинетической энергии, запасенной в движущихся частях и относящейся к данному валу, остается неизменным.С вращающимися частями, имеющими полярные моменты инерции J M , J 1 , J 2 , …, J n и угловые скорости ω M , ω 2 1 , 6 ω … ω n (рис. 1.12), их динамическое действие можно заменить действием одного полярного момента инерции, отнесенного, скажем, к валу двигателя, и мы можем написать следующие уравнения:

Пример:

Двигатель приводит вращательную нагрузку через редуктор с передаточным числом а = 0.1 и КПД 90%. Нагрузка имеет момент инерции 10 кг·м 2 и крутящий момент 50 Н·м. Двигатель имеет инерцию 0,4 кг·м 2 и работает с постоянной скоростью 1400 об/мин. Определите эквивалентную инерцию двигателя и комбинации нагрузки относительно стороны двигателя и мощности, развиваемой двигателем.

Характеристики и характеристики электродвигателей

Характеристика

На первом декартовом циферблате показаны Крутящий момент, в [Нм] (ось X), скорость вращения, в [об/мин] (ось Y1), потребляемый ток в [А] (ось Y2) , эффективность (ось Y3).

— Для полноты картины только на этом графике также представлена ​​кривая выходной мощности в [Вт] (ось Y4). В технических паспортах кривая выходной мощности отсутствует.

Ниже перечислены эталонные параметры и объяснено, как читать характеристическую кривую.

Зона непрерывного действия С 1  
Номинальное натяжение В n [В] Напряжение питания
Скорость без нагрузки n 0 [об/мин] Скорость двигателя без нагрузки
Ток холостого хода I 0 [А] Ток, потребляемый двигателем без нагрузки
Номинальная скорость η Н [об/мин] Минимальная скорость, до которой двигатель может работать непрерывно
Номинальный крутящий момент М Н
[Нм]
Максимальный крутящий момент, до которого двигатель может работать непрерывно
Номинальный ток I н [А] Максимальный ток, при котором двигатель может работать непрерывно
Опрокидывающий момент М с [Нм] Крутящий момент при заблокированном роторе
Ток остановки I с [А] Ток с заблокированным ротором
Максимальная мощность P макс.(-1)]/ [В*A].

Как читать характеристическую кривую

Каждому значению Torque соответствует значение тока и скорости. Каждая точка, соответствующая определенной нагрузке, располагается на идеальной вертикальной линии, начинающейся от значения крутящего момента по оси «х».

Затем на диаграмме определяется область, называемая «непрерывной рабочей областью», которая охватывает все рабочие условия до линии, определяющей номинальные значения.

Номинальная рабочая нагрузка является последней в порядке возрастания приложенной нагрузки, при которой двигатель может работать непрерывно без повреждений.

Номинальные значения, указанные в листах технических данных, являются ориентировочными значениями, и для омологации продукта необходимо провести испытание на долговечность.

О сроке службы двигателя постоянного тока или мотор-редуктора постоянного тока нет параметра, позволяющего точно определить, как долго может работать двигатель при определенной нагрузке и с определенным рабочим циклом.

Каждое применение на самом деле имеет свои особенности, такие как механическое трение, пики, особые условия окружающей среды, которые также могут сильно влиять на срок службы щеток.

Допуски кривых характеристик

Если не указано иное, его следует рассматривать как допуск скорости, область между двумя линиями, параллельными линии скорости, проведенной из значений +/- 10% скорости без нагрузки.

Для тока следует учитывать допуск +/- 10% от каждого значения тока.

Эти допуски применяются, когда двигатель «холодный» (20°C).

Характеристики двигателя постоянного тока — руководство по электрике

О производительности двигателя постоянного тока можно судить по его характеристикам, и можно легко выбрать двигатель для любого конкретного применения.В этой статье подробно обсуждаются характеристики двигателя постоянного тока .

Характеристики производительности двигателя постоянного тока :
  • Крутящий момент в зависимости от тока якоря (T v/s I a )
  • Скорость в зависимости от тока якоря (N v/s I a )
  • Крутящий момент в зависимости от скорости (T v/s N)


крутящий момент — Текущие характеристики (T V / S I A )

)


)

для мотора серии,

крутящий момент α Тока якоря X 60050 T α I A Φ

до насыщения, φ α I I A
I
I A 2

после магнитного насыщения сердечника, потоки (φ) не зависят от I и i.е. поток не увеличивается с увеличением тока якоря.
 
Следовательно, после насыщения, T α I a
 
Следовательно, при малых нагрузках крутящий момент, создаваемый последовательным двигателем, пропорционален квадрату тока якоря, поэтому кривая между крутящим моментом и током якоря рисуется вверх магнитного насыщения представляет собой параболу. Но после магнитного насыщения поток φ не зависит от тока возбуждения, поэтому момент пропорционален I a и, следовательно, характеристики становятся прямой линией.

Скорость — текущие характеристики (N V / S I A )

Мы знаем, что
E B = (pφnz) / 60a
или n = (60ae b ) / pφz

выше уравнения, все величины постоянны, кроме E b и φ.
N α E B / Φ
также E B = V — I A R A

, N α (V — I A R A ) / φ
 
В двигателе постоянного тока сначала поток возбуждения φ возрастает пропорционально току, но после насыщения он не зависит от тока якоря.Следовательно, скорость N примерно пропорциональна току. Скорость может стать опасно высокой, если нагрузка уменьшится до небольшого значения.
 
Следовательно, двигатель постоянного тока не должен работать на холостом ходу. Двигатели серии постоянного тока всегда подключаются к нагрузке с помощью шестерен, поэтому всегда поддерживается минимальная нагрузка, чтобы поддерживать скорость в безопасных пределах.

 

 
Скорость – крутящий момент (N v/s T)
 
гипербола. Высокий пусковой момент позволяет даже малосерийному двигателю запускать большую нагрузку.
 
Применение двигателей постоянного тока
 
Двигатели постоянного тока используются там, где требуется высокий пусковой момент, например, в подъемниках, кранах, электровозах, лифтах и ​​т. д.
 

 
Крутящий момент – характеристики тока (T v/s I a )
 
Мы знаем, что
T α I a φ 0 постоянного потока двигателя 9005.
 
Следовательно, T α I a
 
Следовательно, моментно-токовая характеристика шунтового двигателя представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат. Хотя ток возбуждения остается практически постоянным, все же поток поля становится немного слабее при больших нагрузках из-за реакции якоря, поэтому кривая слегка изгибается при больших нагрузках.



скорость тока. = (PφNZ)/60A
 
Поскольку P, N, Z и A постоянны
 
Следовательно, E b α Nφ
или V – I a

R a

или N α (V – I а R а )/φ …….(1)
 
Полевой поток шунтирующего двигателя почти постоянен. Следовательно, числитель RHS уравнения (1) уменьшается с увеличением нагрузки (или I a ).
 
Таким образом, скорость немного падает с увеличением нагрузки, поэтому кривая слегка изгибается по мере увеличения нагрузки из-за увеличения падения напряжения.
 

 
Характеристики скорости – крутящего момента (Н v/s T)
 
Характеристики скорости момента аналогичны характеристикам скорости тока.
 
Применение шунтирующего двигателя постоянного тока
 
Эти двигатели используются там, где требуется постоянная скорость и низкий пусковой момент, например, центробежные насосы, вентиляторы, воздуходувки, конвейеры и т. д.
 

 
Крутящий момент – Характеристики тока
 
В случае составного накопительного двигателя при увеличении тока якоря последовательный поток увеличивается, поэтому увеличивается поток на полюс.
 
Но Т α I a φ
 
Следовательно, крутящий момент также увеличивается; однако это увеличение крутящего момента больше, чем у параллельного двигателя.
 
Принимая во внимание, что в случае составного дифференциального двигателя последовательное поле противостоит шунтирующему полю, поэтому общий поток такого двигателя уменьшается с увеличением тока (т. е. нагрузки). Следовательно, в дифференциальном составном двигателе крутящий момент увеличивается с увеличением тока.
 
Характеристики скорости – тока
 
В кумулятивных составных двигателях последовательное поле помогает шунтирующему полю, поэтому поток на полюс увеличивается по мере увеличения тока якоря и, следовательно, уменьшения скорости.
 
В то время как в составном дифференциальном двигателе последовательное поле противодействует шунтирующему полю, поэтому поток на полюс уменьшается по мере увеличения тока якоря и, следовательно, увеличения скорости.
 

 
Характеристики скорости – крутящего момента
 
В составном кумулятивном двигателе последовательное возбуждение помогает параллельному возбуждению, поэтому скорость уменьшается с увеличением крутящего момента, тогда как крутящий момент увеличивается очень незначительно с увеличением скорости.
 
Применение комбинированного двигателя постоянного тока
 
Накопительный составной двигатель имеет довольно постоянную скорость и хороший пусковой момент. Такие двигатели используются там, где требуются последовательные характеристики и возможно полное снятие нагрузки. Эти двигатели используются в приводных машинах, которые подвергаются внезапным приложениям больших нагрузок; они используются в прокатных станах, пробивных и ножничных машинах, шахтных подъемниках и т. д.
 
В дифференциальном составном двигателе скорость двигателя увеличивается с увеличением нагрузки, что приводит к нестабильной работе. Поэтому составной дифференциальный двигатель редко используется для какого-либо практического применения.
 
Спасибо, что прочитали о характеристиках двигателя постоянного тока.
 

Двигатели постоянного тока | Все сообщения

 

© https://yourelectricalguide.com/характеристики двигателя постоянного тока.

Характеристики двигателя постоянного тока

Производительность и поведение двигателя постоянного тока определяются его характеристиками. Он выражает отношение между двумя или более величинами. Важными характеристиками двигателя постоянного тока являются:

  1. Крутящий момент — характеристики тока якоря (T/Ia) — также называемые электрическими характеристиками. Он дает зависимость между моментом, развиваемым в якоре, и током, протекающим через якорь.
  2. Скорость — характеристика тока якоря (N/Ia) — также называется характеристикой скорости, которая дает соотношение между током якоря и скоростью вращения двигателя.
  3. Крутящий момент – характеристики скорости (N/T) – определяет соотношение между крутящим моментом и скоростью двигателя, поэтому называется механическими характеристиками.

Характеристики двигателя постоянного тока

Крутящий момент – характеристики тока якоря

Поскольку обмотка возбуждения соединена последовательно с обмоткой якоря ( φ α I a ), увеличение потока возбуждения приведет к увеличению тока якоря .

Уравнение крутящего момента для двигателя постоянного тока имеет вид T α φI a

При небольшой нагрузке ток якоря будет меньше, поэтому создаваемый поток будет пропорционален току якоря ( φ α I и ). Следовательно, крутящий момент увеличивается пропорционально квадрату тока ( T α I a2 ). Это соотношение дает параболическую кривую до точки насыщения.

После насыщения магнитный поток не зависит от тока якоря.С этого момента момент времени будет пропорционален току якоря ( T α I a ). Теперь полученная кривая будет прямой линией. Это показано на рисунке ниже.

Крутящий момент вала или полезный крутящий момент (красная пунктирная линия) будет меньше, чем крутящий момент якоря. Это происходит из-за потерь из-за железа, потерь на трение и ветра.

Из характеристик видно, что крутящий момент двигателя пропорционален квадрату тока до насыщения.Это означает, что двигатель серии постоянного тока имеет высокий пусковой ток.

Следовательно, серийный двигатель используется там, где требуется высокий пусковой момент, например, в подъемниках, электротяге, тележках и т. п. /φ ), ясно, что скорость пропорциональна противо-ЭДС и обратно пропорциональна потоку.

С увеличением тока якоря увеличивается падение напряжения из-за сопротивления якоря и последовательного поля ( E b = V – I a (R a + R se )).Следовательно, противо-ЭДС уменьшается. Так как падение очень мало, им можно пренебречь. Таким образом, скорость обратно пропорциональна потоку.

Когда на двигатель воздействует большая нагрузка, ток якоря будет высоким, что увеличит магнитный поток. Это приведет к уменьшению скорости двигателя. Когда нагрузка уменьшается или нагрузка не подается, поток будет меньше, но скорость будет опасно высокой.

Следовательно, серийный двигатель нельзя запускать без механической нагрузки. Если двигатель запускается без нагрузки, двигатель выходит из строя из-за высокой центробежной силы, создаваемой при скорости вращения.

Крутящий момент – характеристика скорости

Находится между крутящим моментом и скоростью вращения двигателя постоянного тока. Полученная кривая ясно показывает, что скорость падает при увеличении момента нагрузки. При более высоких нагрузках скорость падает линейно.

Следовательно, серийные двигатели используются в приложениях, где двигатель напрямую подключен к нагрузке.

Характеристики шунтового двигателя постоянного тока

Крутящий момент – характеристики тока якоря

Уравнение крутящего момента шунтового двигателя постоянного тока имеет вид T α φI a .Поскольку в случае шунтового двигателя постоянного тока поток на полюс считается постоянным. Следовательно, крутящий момент пропорционален току якоря.

С увеличением тока нагрузки якоря увеличивается крутящий момент, что дает линейную зависимость. Полученная характеристика представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат O.

Характеристики скорости и тока якоря

Для параллельного двигателя поток считается постоянным. Следовательно, уравнение скорости принимает вид N α E b .Практически E b постоянна, поэтому скорость также постоянна.

Однако, когда ток нагрузки увеличивается, противо-ЭДС и поток на полюс уменьшаются. Для сравнения, обратная ЭДС уменьшается больше, чем поток, и, следовательно, будет небольшое падение скорости, как показано ниже.

Обычно шунтирующий двигатель называется двигателем с постоянной скоростью, так как нет заметного изменения скорости двигателя от холостого хода до полной нагрузки.

Благодаря своим характеристикам шунтирующий двигатель постоянного тока используется в таких устройствах, как обрабатывающие инструменты, токарные станки, деревообрабатывающие станки и т. д..

Характеристики крутящего момента – скорости

Характеристики крутящего момента и скорости параллельного двигателя постоянного тока взяты из двух приведенных выше характеристик.

Характеристики составного двигателя постоянного тока

Составные двигатели имеют как последовательную обмотку возбуждения, так и шунтирующую обмотку возбуждения. По возбуждению они бывают двух типов: кумулятивно-составные и дифференциально-составные двигатели.

Составные накопительные двигатели

Если поток последовательного поля помогает потоку шунтирующего поля, то это двигатель с накопительным составом.Такие машины имеют характеристики как серийного двигателя, так и параллельного двигателя.

Они используются в приложениях, где предполагается полное снятие нагрузки. За счет шунтирующих обмоток возбуждения скорость не станет чрезмерно высокой. В то же время последовательные обмотки возбуждения смогут воспринимать большие нагрузки.

Накопительные составные двигатели используются для приложений с высоким пусковым моментом, таких как краны, лифты и т. д. Также используются для приложений, где важно внезапное приложение и снятие нагрузки.

Дифференциальные составные двигатели

В этой машине поток, создаваемый последовательной обмоткой возбуждения, противодействует потоку, создаваемому параллельной обмоткой возбуждения, и уменьшает его. Следовательно, чистый поток уменьшается с увеличением нагрузки.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.