Выбор автомата для электродвигателя: Выбор автомата защиты и контактора по мощности двигателя — КАРТРИДЖИ лазерные BROTHER, CANON, HP, KYOCERA MITA, PANASONIC, RICOH, SAMSUNG, XEROX

Содержание

Выбор автомата защиты и контактора по мощности двигателя

Используя информацию из таблицы ниже можно по мощности трехфазного двигателя (или его номинальному току) выбрать автомат защиты двигателя и подходящий контактор. Под таблицей даны ответы на вопросы. В таблице показано наличие изделий: зеленый — в наличии, голубой — ожидается, серый — под заказ.


Мощность двигателя 3~400В, кВт	Диапазон уставки, А ^{Imin – Iном}	Ток мгновенного расцепителя, А ^{(авт. выключателя)}	Ном. откл. способн., кА ^{(авт. выключателя)}	Автомат защиты двигателя	Модуль соединения	Контактор	Адаптер на DIN-рейку
—	0,10 – 0,16	2,1	100	M4-32T-0,16	M4 32 VK1	K1-09D10 230	—
0,06	0,16 – 0,25	3,3	100	M4-32T-0,25	M4 32 VK1	K1-09D10 230	—
0,09	0,25 – 0,4	5,2	100	M4-32T-0,4	M4 32 VK1	K1-09D10 230	—
0,18	0,4 – 0,63	8,2	100	M4-32T-0,63	M4 32 VK1	K1-09D10 230	—
0,25	0,63 – 1	13	100	M4-32T-1	M4 32 VK1	K1-09D10 230	—
0,55	1,0 – 1,6	20,8	100	M4-32T-1,6	M4 32 VK1	K1-09D10 230	—
0,75	1,6 – 2,5	32,5	100	M4-32T-2,5	M4 32 VK1	K1-09D10 230	—
1,5	2,5 – 4	52	100	M4-32T-4	M4 32 VK1	K1-09D10 230	—
2,2	4 – 6	78	100	M4-32T-6	M4 32 VK1	K1-09D10 230	—
3	5 – 8	104	100	M4-32T-8	M4 32 VK1	K1-09D10 230	—
4	6 – 10	130	50	M4-32T-10	M4 32 VK1	K1-09D10 230	—
5,5	9 – 13	169	50	M4-32T-13	M4 32 VK1	K1-12D10 230	—
7,5	11 – 17	221	20	M4-32T-17	M4 32 VK3	K3-18ND10 230	—
7,5	14 – 22	286	15	M4-32T-22	M4 32 VK3	K3-22ND10 230	—
11	18 – 26	338	15	M4-32T-26	M4 32 VK3	K3-22ND10 230	—
15	22 – 32	416	15	M4-32T-32	M4 32 VD	K3-32A00 230	M4 32 HU1

—	0,10 – 0,16	2,1	100	M4-32R-0,16	M4 32 VK3	K3-10ND10 230	—
0,06	0,16 – 0,25	3,3	100	M4-32R-0,25	M4 32 VK3	K3-10ND10 230	—
0,09	0,25 – 0,4	5,2	100	M4-32R-0,4	M4 32 VK3	K3-10ND10 230	—
0,18	0,4 – 0,63	8,2	100	M4-32R-0,63	M4 32 VK3	K3-10ND10 230	—
0,25	0,63 – 1	13	100	M4-32R-1	M4 32 VK3	K3-10ND10 230	—
0,55	1,0 – 1,6	20,8	100	M4-32R-1,6	M4 32 VK3	K3-10ND10 230	—
0,75	1,6 – 2,5	32,5	100	M4-32R-2,5	M4 32 VK3	K3-10ND10 230	—
1,5	2,5 – 4	52	100	M4-32R-4	M4 32 VK3	K3-10ND10 230	—
2,2	4 – 6	78	100	M4-32R-6	M4 32 VK3	K3-10ND10 230	—
3	5 – 8	104	100	M4-32R-8	M4 32 VK3	K3-10ND10 230	—
4	6 – 10	130	100	M4-32R-10	M4 32 VK3	K3-10ND10 230	—
5,5	9 – 13	169	100	M4-32R-13	M4 32 VK3	K3-14ND10 230	—
7,5	11 – 17	221	50	M4-32R-17	M4 32 VK3	K3-18ND10 230	—
7,5	14 – 22	286	50	M4-32R-22	M4 32 VK3	K3-22ND10 230	—
11	18 – 26	338	50	M4-32R-26	M4 32 VK3	K3-22ND10 230	—
15	22 – 32	416	50	M4-32R-32	M4 32 VD	K3-32A00 230	M4 32 HU1

12,5	18 – 26	338	50	M4-63R-26	M4 63 VD	K3-32A00 230	M4 63 HU1
15	22 – 32	416	50	M4-63R-32	M4 63 VD	K3-32A00 230	M4 63 HU1
18,5	28 – 40	520	50	M4-63R-40	M4 63 VD	K3-40A00 230	M4 63 HU1
22	34 – 50	650	50	M4-63R-50	M4 63 VD	K3-50A00 230	M4 63 HU1
30	45 – 63	819	50	M4-63R-63	M4 63 VD	K3-62A00 230	M4 63 HU1

30	45 – 63	819	50	M4-100R-63	M4 100 VD	K3-62A00 230	M4 100 HU1
37	55 – 75	975	50	M4-100R-75	M4 100 VD	K3-74A00 230	M4 100 HU1
45	70 – 90	1170	50	M4-100R-90	—	K3-90A00 230	—
—	80 – 100	1300	50	M4-100R-100	—	K3-115A00 230	—

Как осуществлять подбор автоматического выключателя для защиты электродвигателя:

1. Номинальный ток автоматического выключателя должен быть больше или равен номинальному току электродвигателя.

2. Пусковой ток электродвигателя обычно в 7 раз превышает номинальный (точная величина для конкретного двигателя указывается в паспорте). Т.к. автоматический выключатель не должен срабатывать при пуске двигателя, необходимо удостовериться, что величина в колонке «Ток мгновенного расцепления при к.з.» с некоторым запасом будет выше пускового тока.
Пусковой ток для этих вылей вычисляем по формуле Iном*KРАТН*КОЭФ, где Iном — номинальный ток электродвигателя, КРАТН — кратность пускового тока электродвигателя, КОЭФ — поправочный коэффициент, учитывающий отклонение пускового тока от номинального, колебания напряжения (принимаем равным 1,4).

3. Номинальный ток автоматического включателя должен быть меньше предельно допустимого тока кабеля, которым осуществляется подключение электродвигателя.

Пример: возьмем двигатель АИР90L4 мощностью 2. 2кВт, в паспорте указаны: номинальный ток Iн (треугольник/звезда) (220/380В) = 8,91А / 5,16А; кратность пускового тока Iп/Iн=6,8.
По номинальному току электродвигателя (5,16А) выбираем автомат защиты двигателя M4-32T-6 c номинальным током 6А.
Проверяем: пусковой ток 5,16*6,8*1,4=49,12А не превышает «Ток мгновенного расцепления при к.з.» равный 78А.
Т.О. автомат не будет срабатывать при пуске двигателя.

Следовательно данный автоматический выключатель подходит для защиты указанного электродвигателя.

Вопросы и ответы:

В: В каких случаях срабатывает автомат защиты двигателя?
О: Автоматические выключатели M4 снабжены: 1. биметаллическим тепловым размыкателем, который срабатывает в зависимости от уставки по номинальному току двигателя (уставка задается регулятором на лицевой панели), данный размыкатель инерционен и срабатывает тем быстрее, чем выше ток. 2. мгновенным электромагнитным размыкателем, срабатывающим в случае к. з., порог срабатывания в 13 раз выше номинала автоматического выключателя и поэтому позволяет исключить ложные срабатывания при запуске электродвигателя.

В: Чем отличаются автоматы защиты M4-32T.. от M4-32R..?
О: Автоматы защиты M4-32T имеют кнопочный механизм включения, в то время как M4-32R оборудованы поворотным переключателем.

В: Для каких условий эксплуатации предназначены автоматы защиты двигателя M4?
Автоматические выключатели M4 подходят для любого климата. Для исключения ложных срабатываний рекомендуется избегать обдува автоматов свежим или холодным воздухом (от системы кондиционирования). Автоматы защиты M4 предназначены для функционирования в закрытых помещениях при нормальных условиях (т.е. без пыли, приводящих к коррозии паров или вредных газов). В случае использования в помещениях с отличными от нормальных условиями эксплуатации, необходимо использовать защитный корпус IP65, например, M4 32R PFh5 (серый) или M4 32R PFHN4 (желто-красный).

В: Где найти информацию по аксессуарам для автоматов-защиты двигателей M4?
О: См. раздел АКСЕССУАРЫ ДЛЯ МОТОР-АВТОМАТОВ BENEDICT? (блоки доп. контактов, контакты сигнализации срабатывания, расцепитель минимального напряжения, независимый расцепитель, перемычки и т.д.)

В: На какое конкретно значение должна выставляться уставка автомата защиты двигателя?
О: Уставка автоматического выключателя должна выставляться на значение номинального рабочего тока электродвигателя, указанное на шильдике (в паспорте).

В: Возможно ли использование автоматов защиты двигателя M4 для однофазных электродвигателей?
О: Да, возможно. В этом случае подключение должно осуществляться, как показано на рисунке:

В: Какую защиту обеспечивают автоматические выключатели M4?

1. Защита при возникновении токов короткого замыкания. Мгновенный расцепитель при возникновении короткого замыкания в нагрузке, обеспечивает отключение нагрузки от сети питания, таким образом предотвращая возникновение дополнительного ущерба от действия больших токов. Автоматические выключатели M4 имеют отключающую способность 50кА и 100кА, что при напряжениях 380-400В AC является исчерпывающе надежной защитой, т.к. более высокие токи обычно не могут возникать в точке установки данного оборудования. В общем случае использование предохранителей не требуется, однако установка предохранителей дополнительно может производиться в тех случаях, когда ток короткого замкания в точке монтажа оборудования может превышать номинальную отключающую способность автоматического выключателя.

2. Защита двигателя. Характеристики срабатывания автоматических выключателей M4 специально разработаны для защиты трехфазных электродвигателей. Поэтому автоматические выключатели для защиты электродвигателей так же могут называться ручными пускателями двигателя. Номинальный ток защищаемого двигателя выбирается регулятором на лицевой панели устройства.

3. Защита сети. Автоматы защиты двигателя M4 так же обеспечивают защиту сети. Они соответствуют требованиям ГОСТ IEC 60947-3-2016 (Выключатели, разъединители, выключатели-разъединители и комбинации их с предохранителями) и ГОСТ IEC 60947-2-2014 (Аппаратура распределения и управления низковольтная). В соответствии с ГОСТ Р МЭК 60204-1-2007 данные автоматические выключатели могут быть использованы как основной или аварийной выключатель (следует учитывать, что в случае использования аксессуара для дверного сочленения не выполняются требования к изоляции).

Характеристики срабатывания автоматических выключателей M4 для защиты электродвигателя:

I — Кривая показывает средний рабочий ток при температуре 20°С, если устройство было полностью охлаждено перед началом работы.
II — Кривая показывает характеристику мгновенного электромагнитного расцепителя (расцепление при к.з.)

Информация по аксессуарам для автоматов защиты двигателя M4

Автомат защиты электродвигателя — как правильно подобрать?

При подборе автоматических выключателей, способных защитить электрические моторы от повреждения в результате КЗ или чрезмерно высоких нагрузок, необходимо учитывать большую величину пускового тока, нередко превышающую номинал в 5-7 раз. Наиболее мощным стартовым перегрузкам подвержены асинхронные силовые агрегаты, обладающие короткозамкнутым ротором. Поскольку это оборудование широко применяется для работы в производственных и бытовых условиях, то вопрос защиты как самого устройства, так и питающего кабеля очень актуален. В этой статье речь пойдет о том, как правильно рассчитать и выбрать автомат защиты электродвигателя.

Задачи устройств для защиты электродвигателей

Бытовую электротехнику от пусковых токов большой величины в сетях обычно защищают с помощью трехфазных автоматических выключателей, срабатывающих через некоторое время после того, как величина тока превысит номинальную. Таким образом, вал мотора успевает раскрутиться до нужной скорости вращения, после чего сила потока электронов снижается. Но защитные устройства, используемые в быту, не имеют точной настройки. Поэтому выбор автоматического выключателя, позволяющего защитить асинхронный двигатель от перегрузок и сверхтоков короткого замыкания, более сложен.

Современные автоматы для защиты двигателя нередко устанавливаются в общем корпусе с пускателями (так называются коммутационные устройства запуска мотора). Они предназначены для выполнения следующих задач:

Защита устройства от сверхтока, возникшего внутри мотора или в цепи подачи электропитания.
Предохранение силового агрегата от обрыва фазного проводника, а также дисбаланса фаз.
Обеспечение временной выдержки, которая необходима для того, чтобы мотор, вынужденно остановившийся в результате перегрева, успел охладиться.

Управляющая и защитная автоматика для двигателя на видео:

Отключение установки, если нагрузка перестала подаваться на вал.
Защита силового агрегата от долгих перегрузок.
Защита электромотора от перегрева (для выполнения этой функции внутри установки или на ее корпусе монтируются дополнительные температурные датчики).
Индикация рабочих режимов, а также оповещение об аварийных состояниях.

Необходимо также учитывать, что автомат для защиты электродвигателя должен быть совместим с контрольными и управляющими механизмами.

Расчет автомата для электродвигателя

Еще недавно для защиты электрических моторов использовалась следующая схема: внутри пускателя устанавливался тепловой регулятор, подключенный последовательно с контактором. Этот механизм работал таким образом. Когда через реле в течение длительного времени проходил ток большой величины, происходил нагрев установленной в нем биметаллической пластины, которая, изгибаясь, прерывала контакторную цепь. Если превышение установленной нагрузки было кратковременным (как бывает при запуске двигателя), пластинка не успевала нагреться и вызвать срабатывание автомата.

Внутреннее устройство автомата защиты двигателя на видео:

Главным минусом такой схемы было то, что она не спасала агрегат от скачков напряжения, а также дисбаланса фаз. Сейчас защита электрических силовых установок обеспечивается более точными и современными устройствами, о которых мы поговорим чуть позже. А теперь перейдем к вопросу о том, как производится расчет автомата, который нужно установить в цепь электромотора.

Чтобы подобрать защитный автоматический выключатель для электроустановки, необходимо знать его времятоковую характеристику, а также категорию. Времятоковая характеристика от номинального тока, на который рассчитан АВ, не зависит.

Чтобы автоматический выключатель не срабатывал каждый раз при запуске мотора, величина пускового тока не должна быть больше той, которая вызывает моментальное срабатывание аппарата (отсечка). Соотношение тока запуска и номинала прописывается в паспорте оборудования, максимально допустимое – 7/1.

Производя расчет автомата практически, следует использовать коэффициент надежности, обозначаемый символом K_н.Если номинальный ток устройства не превышает 100А, то величина K_нсоставляет 1,4; для больших значений она равна 1,25. Исходя из этого, значение тока отсечки определяется по формуле I_отс ≥ K_н х I_пуск. Автоматический выключатель выбираем в соответствии с рассчитанными параметрами.

Еще одна величина, которую необходимо учитывать при подборе, когда автомат монтируется в электрощитке или специальном шкафу – температурный коэффициент (К_т). Это значение составляет 0,85, и номинальный ток защитного устройства при подборе следует умножать на него (I_n/К_т).

Современные устройства электрозащиты силовых агрегатов

Большой популярностью пользуются модульные мотор-автоматы, представляющие собой универсальные устройства, которые успешно справляются со всеми функциями, описанными выше.

Кроме этого, с их помощью можно производить регулировку параметров отключения с высокой точностью.

Современные мотор-автоматы представлены множеством разновидностей, отличающихся друг от друга по внешнему виду, характеристикам и способу управления. Как и при подборе обычного аппарата, нужно знать величину пускового, а также номинального тока. Кроме этого, надо определиться, какие функции должно выполнять защитное устройство. Произведя нужные расчеты, можно покупать мотор-автомат. Цена этих устройств напрямую зависит от их возможностей и мощности электрического мотора.

Особенности защиты электрических двигателей в производственных условиях

Нередко при включении устройств, мощность которых превышает 100 кВт, напряжение в общей сети падает ниже минимального. При этом отключения рабочих силовых агрегатов не происходит, но количество их оборотов снижается. Когда напряжение восстанавливается до нормального уровня, мотор начинает заново набирать обороты. При этом его работа происходит в режиме перегрузки. Это называется самозапуском.

Самозапуск иногда становится причиной ложного срабатывания АВ. Это может произойти, когда до временного падения напряжения установка в течение длительного времени работала в обычном режиме, и биметаллическая пластина успела прогреться. В этом случае тепловой расцепитель иногда срабатывает раньше, чем напряжение нормализуется. Пример падения напряжения в электросети автомобиля на следующем видео:

Чтобы предотвратить отключение мощных заводских электромоторов при самозапуске, используется релейная защита, при которой в общую сеть включаются токовые трансформаторы. К их вторичным обмоткам подключаются защитные реле. Эти системы подбираются методом сложных расчетов. Приводить здесь мы их не будем, поскольку на производстве эту задачу выполняют штатные энергетики.

Заключение

В этом материале мы подробно осветили тему защитных устройств для электрических двигателей, и разобрались с тем, как подобрать автомат для электромотора и какие параметры при этом должны быть учтены. Наши читатели могли убедиться, что расчеты, которые производятся при этом, совсем несложны, а значит, подобрать аппарат для сети, в которую включен не слишком мощный силовой агрегат, вполне можно самостоятельно.

Выбор автоматических выключателей для электродвигателей

Выбирая автоматические выключатели для защиты двигателей, мы должны учитывать, что при пуске электродвигателя, возникает пусковой ток, превышающий в 5 — 7 раз номинального значения.

Автоматические выключатели выбираются по условиям:

Uном. ≥ Uном.сети

где:

Uном. – номинальное напряжение, В;
Uном.сети – номинальное напряжение сети, В.

Iном.расц. ≥ Iном.дв.

где:

Iном.расц. – номинальный ток расцепителя выключателя, А;
Iном.дв. – номинальный ток электродвигателя, А.

Ток уставки электромагнитного и полупроводникового расцепителя выбирается по формуле [Л1,с. 106]:

Для приближенного расчета тока уставки электромагнитного и полупроводникового расцепителя, можно принять по таблице 6.1 [Л1,с. 107].

Таблица 6.1 – Значения коэффициентов для расчета тока срабатывания отсечки автоматических выключателей, устанавливаемых в цепях электродвигателей

Автоматический выключателиь	Расцепитель		kз	kа	kр	kн
А3700; А3790	Полупроводниковый	РП	1,1	1,0	1,3	1,5
ВА		БПР			1,3	1,5
«Электрон»		РМТ			1,35	1,6
«Электрон»		МТЗ-1		1,4	1,35	2,2
АВМ	Электромагнитный			1,4	1,1	1,8
А3110; АП-50; А3700; ВА; АЕ20					1,3	2,1
А3120; А3130; А3140					1,15	1,9

Надежность срабатывания автомата при двухфазном и однофазном коротком замыкании при КЗ на выводах электродвигателя определяется коэффициентом чувствительности и рассчитывается по формуле [Л1,с. 107]:

При отсутствии значений по коэффициенту разбросу kp, рекомендуется принимать коэффициент чувствительности в пределах 1,4-1,5.

В случае если чувствительности защиты от междуфазных КЗ недостаточно, следует принять следующие меры:

уточнить значение Iс.о с учетом влияния сопротивления внешней сети на пусковой ток электродвигателя;
выбрать другой тип АВ;
увеличить сечение кабеля на одну, две ступени, но не больше;
применить выносную релейную защиту.

При недостаточной чувствительности защиты от однофазных КЗ, следует принять следующие меры:

применить кабель другой конструкции с нулевой жилой, алюминиевой оболочкой;
проложить дополнительные зануляющие металлические связи;
применить АВ со встроенной защитой от однофазных КЗ;
применить выносную релейную защиту от однофазных КЗ, ток срабатывания данной защиты принимается 0,5-1*Iном.дв. Коэффициент чувствительности kч > 1,5, согласно ПУЭ 7-издание;

Выбор тока срабатывания для теплового и электромагнитного (комбинированного) расцепителя автоматического выключателя

Для того, чтобы защитить двигатель от перегрузки, то есть от повреждений, вызываемых длительным протеканием тока превышающего номинальный, нужно использовать тепловые и электромагнитные (комбинированные) расцепители. Номинальный ток теплового расцепителя определяется по формуле [Л1. с 109]:

Данные коэффициенты определяются для разных типов выключателя по таблице 6.2 [Л1. с 112].

Таблица 6.2 – Значения коэффициентов для расчета тока срабатывания защиты от перегрузки автоматических выключателей

Автоматический выключателиь	Расцепитель		kз	kр	kн = kз*kр	kв
А3700; АЕ20	Тепловой		—	—	1,15	1
А3110; АП50					1,25	1
ВА51; ВА52					1,2-1,35	1
АВМ	Электромагнитный		1,1	1,1	1,2	0,5-0,7
А3700	Полупроводни- ковый	РП	1,1	1,15-1,2	1,27-1,32	0,97-0,98
«Электрон»		МТЗ-1, РМТ	1,1	1,15-1,35	1,27-1,49	0,75
ВА		БПР	1,1	1,08-1,2	1,19-1,32	0,97-0,98

Общая формула по определению тока теплового расцепителя, имеет следующий вид:

Время срабатывания защиты от перегрузки выбирается из условия, что защита не будет срабатывать при пуске и самозапуске двигателя [Л1. с 112]:

Продолжительность пуска для двигателей с тяжёлыми условиями пуска, составляет более 5 – 10 сек, например для двигателей центрифуг, дробилок, шаровых мельниц и т.д и для двигателей с лёгкими условиями пуска равным 0,5 – 2 с, например для двигателей вентиляторов, насосов, главных приводов металлорежущих станков и механизмов с аналогичным режимом работы.

Проверка чувствительности при однофазных КЗ

Данную проверку нужно выполнять, если для отключения однофазных КЗ используется защита от перегрузки. В настоящее время ПУЭ 7-издание п. 1.7.79 предъявляет требования, чтобы время отключение выключателя тока однофазного КЗ не превышало 0,4 с.

Литература:

1. Беляев А.В. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сети 0,4 кВ. Учебное пособие. 2008 г.

Всего наилучшего! До новых встреч на сайте Raschet.info.

Поделиться в социальных сетях

Как подобрать автоматический выключатель для двигателя

Правильный подбор автоматического выключателя для защити электродвигателя имеет огромное значение для оборудования. Надежность работы, защита двигателя от аварийных режимов работы и проводки напрямую зависит от подбора автоматического выключателя.

В этой статье наведем условия выбора автоматического выключателя для защиты электродвигателя. Для того чтобы выбрать автоматический выключатель необходимо знать:

— номинальный ток двигателя;

— кратность пускового тока к номинальному;

— максимально допустимый ток электропроводки.

Номинальный ток двигателя – это ток который имеет электродвигатель во время работы при номинальной мощности. Он указывается на паспорте электродвигателе или берется с таблиц паспортных данных электродвигателей.

Кратность пускового тока к номинальному – это соотношение пускового ток который возникает в электродвигателе во время пуска к номинальному. Он тоже указывается на паспорте электродвигателя или в таблицах электродвигателей.

Максимально допустимый ток электропроводки – это допустимый ток, который может проходить по проводу, кабеля, что подключен к электродвигателю.

Условия для правильного выбора автоматического выключателя для защиты электродвигателя:

— номинальный ток автоматического выключателя должен бить больше или равен номинальному току электродвигателя. Например: ток электродвигателя АИР112М4У2 І_{н. дв.} =11,4А выбираем автоматический выключатель ВА51Г2534 на номинальный ток І_н.= 25А и ток расцепителя І_н..рас. = 12.5А.

После этого проверим автоматический выключатель на не срабатывания при пуске электродвигателя используя условие :

Iу.е.>kзап. · kр.у ·kр.п. ·Iн.дв ·kі

где Kзап . — коэффициент запаса, который учитывает колебания напряжения, Kзап . = 1,1 ;

kр.у — коэффициент, который учитывает неточность вставки по току срабатывания электромагнитного расцепителя автоматического выключателя , Kр.у = 1,2 ;

kр.п. — коэффициент, который учитывает возможное отклонение пускового тока от его номинального, kр.п. = 1,2 ;

K і — каталожная кратность пускового тока электродвигателя;

Iн. дв — номинальный ток двигателя , А.

Iу.е = 14 · I_н.рос= 14 · 12,5 = 175А

З таблицы электродвигателей находим K і = 7,0 для электродвигателя АИР112М4У2.

Подставляем в условие и определяем

175А > 1,1·1,2·1,2·7,0·11,4

175А > 126,4А

Условие выполнилось, следовательно, автоматический выключатель не сработает при запуске двигателя.

— номинальный ток автоматического выключателя должен быть меньше предельно допустимого тока кабеля которым питается электродвигатель. Например: подключение сделано кабелем АВРГ (3х2,5) который имеет допустимый ток I_доп =27А. Для водного автомата для защиты электродвигателя условие выполняется потому, что I_доп =27А > І_н.= 25А .

В этой статье вы узнали как правильно, используя условия выбора правильно подобрать автоматический выключатель для защиты электродвигателя.

Очень интересные публикации по этой теме:

Как правильно подобрать автомат защиты двигателя

Выбор автоматических выключателей для электродвигателей

Автоматические выключатели выбираются по условиям:

Uном. – номинальное напряжение, В;
Uном.сети – номинальное напряжение сети, В.

Iном.расц. – номинальный ток расцепителя выключателя, А;
Iном.дв. – номинальный ток электродвигателя, А.

Ток уставки электромагнитного и полупроводникового расцепителя выбирается по формуле [Л1,с. 106]:

Автоматический выключателиь	Расцепитель		kз	kа	kр	kн
А3700; А3790	Полупроводниковый	РП	1,1	1,0	1,3	1,5
ВА		БПР			1,3	1,5
«Электрон»		РМТ			1,35	1,6
«Электрон»		МТЗ-1		1,4	1,35	2,2
АВМ	Электромагнитный			1,4	1,1	1,8
А3110; АП-50; А3700; ВА; АЕ20					1,3	2,1
А3120; А3130; А3140					1,15	1,9

В случае если чувствительности защиты от междуфазных КЗ недостаточно, следует принять следующие меры:

уточнить значение Iс.о с учетом влияния сопротивления внешней сети на пусковой ток электродвигателя;
выбрать другой тип АВ;
увеличить сечение кабеля на одну, две ступени, но не больше;
применить выносную релейную защиту.

При недостаточной чувствительности защиты от однофазных КЗ, следует принять следующие меры:

применить кабель другой конструкции с нулевой жилой, алюминиевой оболочкой;
проложить дополнительные зануляющие металлические связи;
применить АВ со встроенной защитой от однофазных КЗ;
применить выносную релейную защиту от однофазных КЗ, ток срабатывания данной защиты принимается 0,5-1*Iном.дв. Коэффициент чувствительности kч > 1,5, согласно ПУЭ 7-издание;

Выбор тока срабатывания для теплового и электромагнитного (комбинированного) расцепителя автоматического выключателя

Данные коэффициенты определяются для разных типов выключателя по таблице 6.2 [Л1. с 112].

Автоматический выключателиь	Расцепитель		kз	kр	kн = kз*kр	kв
А3700; АЕ20	Тепловой		—	—	1,15	1
А3110; АП50					1,25	1
ВА51; ВА52					1,2-1,35	1
АВМ	Электромагнитный		1,1	1,1	1,2	0,5-0,7
А3700	Полупроводни- ковый	РП	1,1	1,15-1,2	1,27-1,32	0,97-0,98
«Электрон»		МТЗ-1, РМТ	1,1	1,15-1,35	1,27-1,49	0,75
ВА		БПР	1,1	1,08-1,2	1,19-1,32	0,97-0,98

Общая формула по определению тока теплового расцепителя, имеет следующий вид:

Проверка чувствительности при однофазных КЗ

1. Беляев А.В. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сети 0,4 кВ. Учебное пособие. 2008 г.

Источник

Способ №1.
Для того что бы определить номинал автомата, необходимо знать суммарную мощность приборов, которые будут через него подключаться. Т.е. примерно прикидываем. что мы будем включать, например, в розетки (электрочайник , холодильник , телевизор и т. д.) складываем мощность этих приборов и исходя из этого вычисляем рабочий ток розеточной группы, используя следующую формулу: при однофазной нагрузке на 1 кВт мощности приходится ток, равный 5А . При трехфазной нагрузке на 1 кВт приходится ток, равный 3А . Допустим, у нас получилось 3,6 кВт , умножаем на 5. Получается 18А — это рабочий ток. Номинальный то автомата должен быть больше рабочего — выбираем автомат на 25А. Таким же образом рассчитываем номинал автомата для подключения, например, трехфазного электродвигателя мощностью 4 кВт: 4 умножаем на 3 получаем 12А -рабочий ток, выбираем автомат на 16А . При выборе автоматов для защиты асинхронных трехфазных электродвигателей необходимо учитывать, что пусковой ток электродвигателя в 5-7 раз больше номинального. Поэтому выбирать автомат по номиналу нельзя , т.к. при запуске его будет постоянно выбивать. Для асинхронных электродвигателей с коротко-замкнутым ротором при небольшой частоте включения и легких условиях пуска (время пуска 5-10 секунд) номинальный ток автомата должен быть не менее 0,4 пускового тока электродвигателя. При тяжёлых условиях работы (частые запуски, продолжительность разбега до 40 секунд) соотношение рекомендуется увеличить с 0,4 до 0,6.

Способ №2.
Первое, что мы должны сделать, так это посмотреть паспорта электроприборов, включаемых в одну сеть и выяснить мощности каждого. К примеру, чайник 2 кВт, лампа 100 Вт, холодильник 600 Вт, стиральная машина 2,2 кВт. Подключать мы будем к одной фазе одним кабелем. То есть на конце 3 розетки и один выключатель. Значит, мощность на кабель ляжет суммарная 2 кВт + 100 Вт + 600 Вт + 2,2 кВт. Чтобы не путаться, давайте перейдем к ваттам. 2000 Вт + 100 Вт + 600 Вт + 2200 Вт (кВт — это киловатты, то есть тысячи ватт. Поэтому кВт умножаем на 1000). В итоге мы получаем 4900 Вт. Еще раз повторимся, это суммарная мощность всех приборов, приходящаяся на один кабель. Теперь нам надо просто узнать ток. Берем формулу и подставляем значения. W=U*I отсюда I=W/U I=4900/220 I=22,27A. А здесь вы меня остановите и скажите: «А ведь у стиральной машины и холодильника есть моторы. Как же с реактивным сопротивлением?» И будите правы, но при хорошем заземлении и хорошем нуле для однофазных моторов про реактивные сопротивления можно забыть. Вроде все хорошо, да не все. Опять моторы портят все. Если нагревательные приборы всегда потребляют ток один и тот же, то моторы имеют, так называемый пусковой ток. И он при старте очень большой. Для этих целей производители автоматов предусмотрели такую вещь, как уставка по току. Вот и все.

Что такое уставка по току? Спросите вы. А вот что. Все автоматы делятся на три группы. B C D. Эти группы делят так: B от 3 до 5, C от 5 до 10, D от 10 до 14. Что эти цифры означают. В автомате есть токовый расцепитель. Он срабатывает, когда ток превышает заданный предел. Так вот чтобы при старте мотора автомат не выбивал, существует уставка по току. Это то что держит автомат несколько секунд при старте мотора. А цифра означает всего-навсего коэффициент. То есть если ток при старте превысит номинальный в 4 раза, то автомат нам нужен группы В. А если в 10 раз, то D. Для стиральных машин и холодильников подойдет группа C. И для нашего примера нам нужен автомат на 25А и группа С. Маркировка будет такой С25

При подборе автоматической защиты для электродвигателя, необходимо так же учитывать сечение токопроводящего кабеля, чтобы избежать плавления или возгорания электрической проводки.
Здесь имеет значение материал провода, количество жил кабеля, и то, как он уложен, открыто, в стену и т.д.
Допустим, у нас двухжильный медный провод с сечением 4 мм.кв. уложенный в стену, смотрим по первой таблице максимально допустимую силу тока, она равна 32 А. Но при выборе автоматического выключателя эту силу тока нужно уменьшать до ближайшего нижнего значения, для того чтобы провод не работал на пределе. Получается, что нам нужен автомат на 25 А.

Так же нужно помнить, если нужен автомат на розеточную группу, то брать выше 16 А нет смысла, так как розетки больше 16 А выдержать не могут, они просто начинают гореть. На освещение самый оптимальный автомат на 10 А.

Допустимый длительный ток для проводов и кабелей с медными жилами

Источник

Автоматический выключатель для защиты электродвигателя — как правильно подобрать?

Задачи устройств для защиты электродвигателей

Защита устройства от сверхтока, возникшего внутри мотора или в цепи подачи электропитания.
Предохранение силового агрегата от обрыва фазного проводника, а также дисбаланса фаз.
Обеспечение временной выдержки, которая необходима для того, чтобы мотор, вынужденно остановившийся в результате перегрева, успел охладиться.

Управляющая и защитная автоматика для двигателя на видео:

Отключение установки, если нагрузка перестала подаваться на вал.
Защита силового агрегата от долгих перегрузок.
Защита электромотора от перегрева (для выполнения этой функции внутри установки или на ее корпусе монтируются дополнительные температурные датчики).
Индикация рабочих режимов, а также оповещение об аварийных состояниях.

Расчет автомата для электродвигателя

Внутреннее устройство автомата защиты двигателя на видео:

Производя расчет автомата практически, следует использовать коэффициент надежности, обозначаемый символом K_н. Если номинальный ток устройства не превышает 100А, то величина K_н составляет 1,4; для больших значений она равна 1,25. Исходя из этого, значение тока отсечки определяется по формуле I_отс ≥ K_н х I_пуск. Автоматический выключатель выбираем в соответствии с рассчитанными параметрами.

Современные устройства электрозащиты силовых агрегатов

Кроме этого, с их помощью можно производить регулировку параметров отключения с высокой точностью.

Особенности защиты электрических двигателей в производственных условиях

Заключение

Источник

Выбор автомата по мощности нагрузки и сечению провода

Содержание статьи

Выбор автомата по мощности нагрузки

Для выбора автомата по мощности нагрузки необходимо рассчитать ток нагрузки, и подобрать номинал автоматического выключателя больше или равному полученному значению. Значение тока, выраженное в амперах в однофазной сети 220 В., обычно превышает значение мощности нагрузки, выраженное в киловаттах в 5 раз, т.е. если мощность электроприемника (стиральной машины, лампочки, холодильника) равна 1,2 кВт., то ток, который будет протекать в проводе или кабеле равен 6,0 А(1,2 кВт*5=6,0 А). В расчете на 380 В., в трехфазных сетях, все аналогично, только величина тока превышает мощность нагрузки в 2 раза.

Можно посчитать точнее и посчитать ток по закону ома I=P/U — I=1200 Вт/220В =5,45А. Для трех фаз напряжение будет 380В.

Можно посчитать еще точнее и учесть cos φ — I=P/U*cos φ.

Коэффициент мощности
это безразмерная физическая величина, характеризующая потребителя переменного электрического тока с точки зрения наличия в нагрузке реактивной составляющей. Коэффициент мощности показывает, насколько сдвигается по фазе переменный ток, протекающий через нагрузку, относительно приложенного к ней напряжения.
Численно коэффициент мощности равен косинусу этого фазового сдвига или cos φ

Косинус фи возьмем из таблицы 6.12 нормативного документа СП 31-110-2003 «Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий»

Таблица 1. Значение Cos φ в зависимости от типа электроприемника

Тип электроприемника	cos φ
Холодильное оборудование предприятий торговли и общественного питания, насосов, вентиляторов и кондиционеров воздуха при мощности электродвигателей, кВт:
до 1	0,65
от 1 до 4	0,75
свыше 4	0,85
Лифты и другое подъемное оборудование	0,65
Вычислительные машины (без технологического кондиционирования воздуха)	0,65
Коэффициенты мощности для расчета сетей освещения следует принимать с лампами:
люминесцентными	0,92
накаливания	1,0
ДРЛ и ДРИ с компенсированными ПРА	0,85
то же, с некомпенсированными ПРА	0,3-0,5
газосветных рекламных установок	0,35-0,4

Примем наш электроприемник мощностью 1,2 кВт. как бытовой однофазный холодильник на 220В, cos φ примем из таблицы 0,75 как двигатель от 1 до 4 кВт.
Рассчитаем ток I=1200 Вт / 220В * 0,75 = 4,09 А.

Теперь самый правильный способ определения тока электроприемника — взять величину тока с шильдика, паспорта или инструкции по эксплуатации. Шильдик с характеристиками есть почти на всех электроприборах.

Автоматические выключатели EKF

Общий ток в линии(к примеру розеточной сети) определяется суммированием тока всех электроприемников. По рассчитанному току выбираем ближайший номинал автоматического автомата в большую сторону. В нашем примере для тока 4,09А это будет автомат на 6А.

ВАЖНО!
Очень важно отметить, что выбирать автоматический выключатель только по мощности нагрузки является грубым нарушением требований пожарной безопасности и может привести к возгоранию изоляции кабеля или провода и как следствие к возникновению пожара. Необходимо при выборе учитывать еще и сечение провода или кабеля.

По мощности нагрузки более правильно выбирать сечение проводника. Требования по выбору изложены в основном нормативном документе для электриков под названием ПУЭ (Правила Устройства Электроустановок), а точнее в главе 1.3. В нашем случае, для домашней электросети, достаточно рассчитать ток нагрузки, как указано выше, и в таблице ниже выбрать сечение проводника, при условии что полученное значение ниже длительно допустимого тока соответствующего его сечению.

Выбор автомата по сечению кабеля

Рассмотрим проблему выбора автоматических выключателей для домашней электропроводки более подробно с учетом требований пожарной безопасности.Необходимые требования изложены главе 3.1 «Защита электрических сетей до 1 кВ.», так как напряжение сети в частных домах, квартирах, дачах равно 220 или 380В.

Расчет сечения жил кабеля и провода

Напряжение 220В.
– однофазная сеть используется в основном для розеток и освещения.
380В. – это в основном сети распределительные – линии электропередач проходящие по улицам, от которых ответвлением подключаются дома.

Согласно требованиям вышеуказанной главы, внутренние сети жилых и общественных зданий должны быть защищены от токов КЗ и перегрузки. Для выполнения этих требований и были изобретены аппараты защиты под названием автоматические выключатели(автоматы).

Автоматический выключатель «автомат»
это механический коммутационный аппарат, способный включать, проводить токи при нормальном состоянии цепи, а также включать, проводить в течение заданного времени и автоматически отключать токи в указанном аномальном состоянии цепи, таких, как токи короткого замыкания и перегрузки.

Короткое замыкание (КЗ)
э- лектрическое соединение двух точек электрической цепи с различными значениями потенциала, не предусмотренное конструкцией устройства и нарушающее его нормальную работу. Короткое замыкание может возникать в результате нарушения изоляции токоведущих элементов или механического соприкосновения неизолированных элементов. Также, коротким замыканием называют состояние, когда сопротивление нагрузки меньше внутреннего сопротивления источника питания.

Ток перегрузки
– превышающий нормированное значение длительно допустимого тока и вызывающий перегрев проводника.Защита от токов КЗ и перегрева необходима для пожарной безопасности, для предотвращения возгорания проводов и кабелей, и как следствие пожара в доме.

Длительно допустимый ток кабеля или провода
– величина тока, постоянно протекающего по проводнику, и не вызывающего чрезмерного нагрева.

Кабели ВВГнг с медными жилами

Величина длительно допустимого тока для проводников разного сечения и материала представлена ниже.Таблица представляет собой совмещенный и упрощенный вариант применимый для бытовых сетей электроснабжения, таблиц № 1.3.6 и 1.3.7 ПУЭ.

Сечение токо- проводящей жилы, мм	Длительно допустимый ток, А, для проводов и кабелей с медными жилами.	Длительно допустимый ток, А, для проводов и кабелей с алюминиевыми жилами.
1,5	19	—
2,5	25	19
4	35	27
6	42	32
10	55	42
16	75	60
25	95	75
35	120	90
50	145	110

Выбор автомата по току короткого замыкания КЗ

Выбор автоматического выключателя для защиты от КЗ (короткого замыкания) осуществляется на основании расчетного значения тока КЗ в конце линии. Расчет относительно сложен, величина зависит от мощности трансформаторной подстанции, сечении проводника и длинны проводника и т.п.

Из опыта проведения расчетов и проектирования электрических сетей, наиболее влияющим параметром является длинна линии, в нашем случае длинна кабеля от щитка до розетки или люстры.

Т.к. в квартирах и частных домах эта длинна минимальна, то такими расчетами обычно пренебрегают и выбирают автоматические выключатели с характеристикой «C», можно конечно использовать «В», но только для освещения внутри квартиры или дома, т.к. такие маломощные светильники не вызывают высокого значения пускового тока, а уже в сети для кухонной техники имеющей электродвигатели, использование автоматов с характеристикой В не рекомендуется, т.к. возможно срабатывание автомата при включении холодильника или блендера из-за скача пускового тока.

Выбор автомата по длительно допустимому току(ДДТ) проводника

Выбор автоматического выключателя для защиты от перегрузки или от перегрева проводника осуществляется на основании величины ДДТ для защищаемого участка провода или кабеля. Номинал автомата должен быть меньше или равен величине ДДТ проводника, указанного в таблице выше. Этим обеспечивается автоматическое отключение автомата при превышении ДДТ в сети, т.е. часть проводки от автомата до последнего электроприемника защищена от перегрева, и как следствие от возникновения пожара.

Провода ПУГНП и ШВВП

Пример выбора автоматического выключателя

Имеем группу от щитка к которой планируется подключить посудомоечную машину -1,6 кВт, кофеварку – 0,6 кВт и электрочайник – 2,0 кВт.

Считаем общую нагрузку и вычисляем ток.

Нагрузка = 0,6+1,6+2,0=4,2 кВт. Ток = 4,2*5=21А.

Смотрим таблицу выше, под рассчитанный нами ток подходят все сечения проводников кроме 1,5мм2 для меди и 1,5 и 2,5 по алюминию.

Выбираем медный кабель с жилами сечением 2,5мм2, т.к. покупать кабель большего сечения по меди не имеет смысла, а алюминиевые проводники не рекомендуются к применению, а может и уже запрещены.

Смотрим шкалу номиналов выпускаемых автоматов — 0.5; 1.6; 2.5; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 13; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63.

Автоматический выключатель для нашей сети подойдет на 25А, так как на 16А не подходит потому что рассчитанный ток (21А.) превышает номинал автомата 16А, что вызовет его срабатывание, при включении всех трех электроприемников сразу. Автомат на 32А не подойдет потому что превышает ДДТ выбранного нами кабеля 25А., что может вызвать, перегрев проводника и как следствие пожар.

Сводная таблица для выбора автоматического выключателя для однофазной сети 220 В.

Номинальный ток автоматического выключателя, А.	Мощность, кВт.	Ток,1 фаза, 220В.	Сечение жил кабеля, мм2.
16	0-2,8	0-15,0	1,5
25	2,9-4,5	15,5-24,1	2,5
32	4,6-5,8	24,6-31,0	4
40	5,9-7,3	31,6-39,0	6
50	7,4-9,1	39,6-48,7	10
63	9,2-11,4	49,2-61,0	16
80	11,5-14,6	61,5-78,1	25
100	14,7-18,0	78,6-96,3	35
125	18,1-22,5	96,8-120,3	50
160	22,6-28,5	120,9-152,4	70
200	28,6-35,1	152,9-187,7	95
250	36,1-45,1	193,0-241,2	120
315	46,1-55,1	246,5-294,7	185

Сводная таблица для выбора автоматического выключателя для трехфазной сети 380 В.

Номинальный ток автоматического выключателя, А.	Мощность, кВт.	Ток, 1 фаза 220В.	Сечение жил кабеля, мм2.
16	0-7,9	0-15	1,5
25	8,3-12,7	15,8-24,1	2,5
32	13,1-16,3	24,9-31,0	4
40	16,7-20,3	31,8-38,6	6
50	20,7-25,5	39,4-48,5	10
63	25,9-32,3	49,2-61,4	16
80	32,7-40,3	62,2-76,6	25
100	40,7-50,3	77,4-95,6	35
125	50,7-64,7	96,4-123,0	50
160	65,1-81,1	123,8-124,2	70
200	81,5-102,7	155,0-195,3	95
250	103,1-127,9	196,0-243,2	120
315	128,3-163,1	244,0-310,1	185
400	163,5-207,1	310,9-393,8	2х95*
500	207,5-259,1	394,5-492,7	2х120*
630	260,1-327,1	494,6-622,0	2х185*
800	328,1-416,1	623,9-791,2	3х150*

* — сдвоенный кабель, два кабеля соединенных паралельно, к примеру 2 кабеля ВВГнг 5х120

Итоги

При выборе автомата необходимо учитывать не только мощность нагрузки, но и сечение и материал проводника.

Для сетей с небольшими защищаемыми участками от токов КЗ, можно применять автоматические выключатели с характеристикой «С»

Номинал автомата должен быть меньше или равен длительно допустимому току проводника.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Понравилась статья?

Поделиться с друзьями:

Подпишитесь на новые

Как выбрать автоматический выключатель

Выбор автоматических выключателей

Автоматический выключатель (автомат) предназначен для защиты электропроводки от токов короткого замыкания (КЗ) и перегрузок электросети. Учитывая описанные ниже критерии, а также данные, приведенные в таблице, Вы сможете самостоятельно осуществить выбор автоматических выключателей. Но, напоминаем, что электромонтажные работы лучше доверить профессионалам!

Основные параметры выбора автоматических выключателей.

Ток КЗ. Автоматические выключатели могут иметь номиналы 3; 4.5; 6 и 10 кА. Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) автоматы с наибольшей отключающей способностью менее 6 кА запрещаются. Если Ваш дом размещен рядом с трансформаторной подстанцией, то необходимо выбрать автомат номиналом 10 кА. В остальных случаях достаточно 6 кА.
Номинальный ток (рабочий). При превышении значения номинального тока произойдет разъединение цепи, следовательно, защита электропроводки от перегрузок. Выбор подходящего значения осуществляется в зависимости от мощности потребителей электроэнергии и сечения кабеля.
Ток срабатывания. При включении мощных электроприборов пусковой ток может быть значительно выше номинального (до 12 раз). Чтобы автоматический выключатель не сработал, приняв запуск двигателя за КЗ, необходимо правильно выбрать его класс — В, С или D. При отсутствии мощных потребителей достаточно будет устройства класса В. Если установлена электроплита или электрокотел, подходящим выбором будет автомат класса С. Но если задействованы мощные электродвигатели, то необходимо устанавливать автоматические выключатели класса D.
Селективность. То есть отключение только аварийного участка электросети. Для обеспечения селективности монтаж начинается с вводного автомата, номинал которого не должен превышать максимально допустимую нагрузку на электропроводку, исходя из сечения провода. Номинальный ток автомата на вводе должен превышать значение рабочего тока всех нижестоящих автоматических выключателей в щитке.
Количество полюсов. Для однофазной сети 220В используются однополюсные и двухполюсные автоматы (как правило, для подключения систем освещения), а также дифференциальные выключатели (для подключения розеток, переносных электроприемников, а также оборудования и устройств, где возможно прикосновение человека к металлическим и токоведущим частям). Для трехфазной электросети 380В используются трех- и четырехполюсные автоматические выключатели (на вводе) и дифференциальные автоматы (на стационарных или переносных электроприемниках, где возможно прикосновение человека к металлическим и токоведущим частям).
Производитель. Приятно отметить, что автоматические выключатели отечественных производителей (например, EKF или IEK) не уступают в качестве зарубежным аналогам ведущих мировых брендов.

Номинал автомата, А	Тип подключения
Номинал автомата, А	Однофазное, 220В	Однофазное (вводное), 220В	Трехфазное (треугольник), 380В	Трехфазное (звезда), 220В
1	0.2 кВт	0.2 кВт	1.1 кВт	0.7 кВт
2	0.4 кВт	0.4 кВт	2.3 кВт	1.3 кВт
3	0.7 кВт	0.7 кВт	3.4 кВт	2.0 кВт
6	1.3 кВт	1.3 кВт	6.8 кВт	4.0 кВт
10	2.2 кВт	2.2 кВт	11.4 кВт	6.6 кВт
16	3.5 кВт	3.5 кВт	18.2 кВт	10.6 кВт
20	4.4 кВт	4.4 кВт	22.8 кВт	13.2 кВт
25	5.5 кВт	5.5 кВт	28.5 кВт	16.5 кВт
32	7.0 кВт	7.0 кВт	36.5 кВт	21.1 кВт
40	8.8 кВт	8.8 кВт	45.6 кВт	26.4 кВт
50	11 кВт	11 кВт	57.0 кВт	33.0 кВт
63	13.9 кВт	13.9 кВт	71.8 кВт	41.6 кВт

Заказать обратный звонок

Правильный гид при выборе электродвигателя

За последние несколько лет электромоторы стали свидетелями нескольких технологических достижений, благодаря которым спрос на них растет. Электродвигатели широко используются в таких приложениях, как бытовые приборы, промышленные машины, автомобили и приборы HVAC. Основными факторами, способствующими росту электромоторов в прогнозируемый период, являются рост промышленной активности, а также растущий спрос на электромобили во всем мире.Последовательные, шунтирующие, постоянные магниты и другие — это разные типы двигателей постоянного тока, в то время как реактивные двигатели, синхронные машины и другие — это разные типы двигателей переменного тока. Электродвигатели обычно используются в OEM-продуктах, компрессорах, промышленном оборудовании, конвейерных системах, насосах и вентиляторах.

В 2017 году объем мирового рынка электродвигателей составлял 96 967,9 млн долларов США и, по прогнозам, к 2025 году достигнет 136 496,1 млн долларов США, при этом среднегодовой темп роста составит 4,5%.

Двигатели переменного и постоянного тока могут быть разработаны путем интеграции электронного оборудования и датчиков, что обеспечивает профилактическое обслуживание и сокращает время простоя во время технического обслуживания.Такие факторы, как скорость, ускорение, угловые перемещения, управление и требования к крутящему моменту, делают двигатели переменного тока идеальным выбором для производителей робототехнических систем. Благодаря высокому КПД синхронных двигателей переменного тока рост спроса на превосходное управление машинами в автомобильной промышленности способствует росту рынка электродвигателей. Рост рынка энергоэффективных электродвигателей во всем мире обусловлен такими нормативными актами, как Стандарты минимальных энергетических характеристик (MEPS). Более того, из-за рассеивания тепла ожидается, что использование двигателей в диапазоне от 21 до 60 В в двигателях HVAC вызовет высокий спрос на эти двигатели в ближайшие годы.

Критерии выбора электродвигателя

Выбор двигателя часто является сложным процессом, поскольку для сортировки и оценки предложений требуется много работы с разными поставщиками и время. Выбор двигателя начинается с оценки области применения и проверки того, что выбранный двигатель будет правильно соответствовать потребностям области применения. Важно отметить, что каждое приложение будет иметь уникальные требования к производительности, которые необходимо оценить с помощью контрольного списка.

A) Источник входного питания

Разработчикам следует обратить внимание на максимально допустимый ток на ранних этапах процесса выбора, так как это соображение часто остается незамеченным. Например, в таком приложении, как медицинский подъемник для пациентов, использующий стандартную электрическую розетку, обычно необходимо снизить ток до 15 ампер, чтобы избежать перегрузки электрической цепи. Входная мощность будет известной величиной, и ее легко указать в форме тока, напряжения и частоты.В некоторых приложениях будет максимально допустимый ток, за которым необходимо внимательно следить. Выбор двигателя имеет решающее значение для приложений, чувствительных к ситуациям с высоким потреблением тока. Выбор двигателя, который работает с максимальной эффективностью в точке нагрузки приложения, позволяет разработчику оптимизировать производительность, чтобы уменьшить потребление тока. Использование управления с возможностью ограничения тока также может использоваться для минимизации проблемы, если одна только оптимизация двигателя не работает.

B) Окружающая среда

Большинство двигателей для полок рассчитаны на чистую, сухую и комнатную температуру.Проектировщик должен рассмотреть двигатель, сконструированный для экологически чувствительных приложений, если требования проекта подвергают двигатель воздействию таких элементов, как пыль или загрязнение воды. При выборе двигателя также важным фактором является температура окружающей среды. Большинство обмоток двигателя испытываются с учетом того, что температура окружающей среды будет оставаться в пределах от 20 ° C до 40 ° C. Двигатель должен работать с пониженной нагрузкой, чтобы поддерживать целостность системы изоляции в течение всего срока службы продукта, если приложение требует, чтобы двигатель работал при температурах выше 40 ° C.

C) Характеристики двигателя

При рассмотрении новых проектов одним из первых соображений является конструкция корпуса двигателя. Разработчик должен понимать ограничения по весу и размеру продукта, чтобы соответствовать требованиям приложения. Для одного приложения может потребоваться длинный тонкий мотор, тогда как в следующем приложении может использоваться короткий толстый мотор. Если приложение представляет собой портативный продукт, может быть установлен максимально допустимый вес, связанный с конструкцией, что влияет на тип двигателя, который следует выбрать.

Еще одним ключевым моментом в процессе выбора являются требования к жизненному циклу приложения. Требуется ли приложению 10 000 часов работы без обслуживания или двигатель проработает только 200 часов в следующие 20 часов? Основными компонентами, которые могут повлиять на срок службы двигателя, являются щетки, коммутатор и подшипники. В двигателях щеточного типа щетки и коллектор создают электрическое соединение, поскольку при работе двигателя эти компоненты имеют тенденцию изнашиваться. Как правило, электродвигатель щеточного типа будет экономичным выбором в условиях ограниченного использования.Чтобы увеличить срок службы более экономичного двигателя щеточного типа, доступно множество конструкций со сменными щетками. Лучше всего выбирать конструкцию двигателя, не требующую щеток для более длительного срока службы. Следовательно, единственным фактором, ограничивающим срок службы двигателя, являются подшипники. При выборе двигателя и проектировании системы шум также является важным фактором, который следует учитывать для многих инженеров-проектировщиков. Несмотря на то, что результат теста на шум показывает, что оба двигателя имеют одинаковый уровень дБ, один двигатель может звучать громче, чем другой.За последние несколько лет звуку стало уделяться больше внимания, и многие производители двигателей вложили средства в звуковое оборудование и тихие помещения, чтобы лучше определять количество звуков и связывать их с ответственным компонентом.

D) Характеристики двигателя

До сих пор основное внимание уделялось характеристикам приложения, которые могут ограничивать выбор типа двигателя, но теперь необходимо обратить внимание на характеристики двигателя. Какую роль должен выполнять мотор в приложении? Итак, характеристики двигателя были разбиты на три основных параметра — скорость и крутящий момент, пусковой момент / крутящий момент при остановке и рабочий цикл или профиль нагрузки.Выходная мощность, которая потребуется для питания приложения, будет представлена скоростью и крутящим моментом и будет влиять на размер двигателя. Как только начальные ограничения определены, номинальная скорость и крутящий момент являются отправной точкой при выборе двигателя. На размер также могут влиять минимальные требования к крутящему моменту при остановке или пуску и продолжительности включения. Двигатель, который работает постоянно, должен быть больше, чем двигатель, работающий с той же нагрузкой и рабочим циклом 10%.

Как выбрать между двигателем переменного и постоянного тока?

Функция обоих A.Двигатели постоянного и переменного тока могут быть такими же, как преобразование электрической энергии в механическую, но они сконструированы, запитаны и управляются по-разному. Источник питания — это самое основное отличие. Двигатели переменного тока работают от переменного тока (A.C), а двигатели постоянного тока работают от постоянного тока (D.C), например от батарей, источников питания постоянного тока или преобразователя мощности переменного тока в постоянный. Электродвигатели постоянного тока с фазовой обмоткой построены с щетками и коммутатором, которые добавляют к техническому обслуживанию и обычно сокращают срок службы щеточных двигателей D.C и ограничивают скорость, в то время как асинхронные двигатели переменного тока не используют щетку, они очень прочные и имеют длительный срок службы. Еще одно важное отличие — контроль скорости. В двигателях переменного и постоянного тока используется один и тот же принцип использования обмотки якоря и магнитного поля, за исключением двигателей постоянного тока, где якорь вращается, а магнитное поле не вращается. Якорь не вращается, а магнитное поле постоянно вращается в двигателях переменного тока. Сегодня в некоторых приложениях электродвигатели постоянного тока заменяются объединением электродвигателя переменного тока с электронным регулятором скорости, известным как частотно-регулируемые приводы, поскольку это более экономичное и менее дорогое решение.Двигатели переменного тока могут быть однофазными или трехфазными, тогда как все двигатели постоянного тока однофазные. В промышленных приложениях щеточные электродвигатели постоянного тока используются все реже и реже, в то время как для более низкой мощности вместо них используются электродвигатели переменного тока, поскольку они требуют минимального обслуживания для эквивалентного использования. А поскольку детали двигателей постоянного тока слишком дороги для замены, немногие производители выбирают двигатели переменного тока, в которых они сочетают электрический контроллер. Комбинация двигателя переменного тока и преобразователя частоты стала экономичным решением для большинства приложений, требующих изменения скорости.

Двигатели постоянного тока предпочтительны для бумагоделательных машин и прокатного оборудования сталеплавильных заводов, тогда как двигатели переменного тока предпочтительнее для компрессоров кондиционирования воздуха, гидравлических и ирригационных насосов, а также силовых приводов компрессоров.

Классификация двигателей постоянного и переменного тока

При поиске электродвигателей вы найдете различные варианты, на которые стоит обратить внимание.

1) Двигатели постоянного тока

В зависимости от способа подключения катушек индуктивности эти двигатели классифицируются на —

Двигатель с независимым возбуждением
Двигатель с последовательным заводом
Двигатель с параллельной обмоткой
Составной двигатель

2) Двигатели переменного тока

Двигатели переменного тока классифицируются в зависимости от скорости вращения, количества входных фаз и типа ротора —

По частоте вращения —

По количеству фаз ввода —

Однофазный
трехфазный и
Двухфазный

По типу ротора —

Электродвигатели с контактным кольцом
Коллекторные двигатели
Двигатели с короткозамкнутым ротором

Преимущества двигателей переменного тока

Более длительный срок службы и меньшая вероятность отказа
Обычно более эффективный
Без конвертера, можно подключить прямо к домашней или офисной розетке
Вырабатывает меньше тепла
Лучше для применения с большой мощностью (машины, холодильники, стиральные машины)

Недостатки электродвигателей переменного тока

Непрактично для портативного применения
Немного громоздко
Высокий пусковой ток

Преимущества двигателей постоянного тока

Лучшее управление скоростью
Меньше электромагнитных помех (отлично подходит для чувствительных электронных устройств)
Изделие может работать от аккумулятора
Устойчивость для печатных плат и чувствительной электроники

Недостатки электродвигателей переменного тока

Менее эффективен
Обычно дороже
Более высокая вероятность отказа (матовый тип)

Какой двигатель выбрать: бесщеточный или щеточный?

Энергия, используемая двигателем постоянного тока, поступает от батарей или другого источника энергии, обеспечивающего постоянное напряжение.Двигатели постоянного тока обычно состоят из нескольких частей, наиболее известными из которых являются валы, подшипники и редуктор или шестерни. По сравнению с двигателями переменного тока, двигатели постоянного тока обеспечивают лучшее изменение скорости и управление, а также обеспечивают больший крутящий момент.

К двум типам двигателей постоянного тока относятся: щеточные и бесщеточные двигатели. Принцип работы и конструкция определяют различия между этими электродвигателями. Щеточные двигатели являются одними из самых старых типов двигателей и представляют собой электродвигатели с внутренней коммутацией, работающие от постоянного тока.Они содержат ротор, щетки, ось и заряд полярности щеток, управляющих направлением и скоростью двигателя. Тогда как в последние годы бесщеточные двигатели на долгие годы приобрели популярность во многом благодаря своей эффективности. Конструкция такая же, как и у щеточных двигателей, за исключением щеток. В отличие от щеточных двигателей, они также включают специализированную схему для управления скоростью и направлением. Магниты установлены вокруг ротора, что повышает эффективность.

Различия между щеточным и бесщеточным двигателями?

Поскольку бесщеточный двигатель не имеет щеток, срок службы бесщеточного двигателя выше. Отсутствует трение, вызывающее шум или износ, и не требуется постоянное обслуживание. С другой стороны, срок службы щеточных двигателей ниже. У них повышенное трение при изменении полярности, они генерируют искры и тепло, поэтому щетки изнашиваются и их необходимо заменять, что требует значительного технического обслуживания и связанных с этим затрат.Стоимость щеточного двигателя может быть дешевле, чем у бесщеточных двигателей, и для его работы не требуется электронный контроллер, в котором используются дорогие и сложные схемы. Тем не менее, в результате тепловых потерь, создаваемых щеточным двигателем, возникают более высокие потери энергии, что влияет на его эффективность. Напротив, это не относится к бесщеточным двигателям, которые намного эффективнее. Бесщеточный двигатель предлагает лучшее соотношение между выходной мощностью и размером и, следовательно, имеет более высокую производительность.Это отношение у щеточных двигателей ниже, что означает более низкую производительность. Кроме того, в бесщеточных двигателях также существует хорошее соотношение между скоростью и крутящим моментом, в отличие от щеточных двигателей, которое является умеренным, поскольку щетки вызывают трение и, следовательно, крутящий момент уменьшается. Щеточные двигатели постоянного тока используются во многих бытовых приборах, автомобилях и игрушках.

Почему выбирают шаговый двигатель?

Прежде чем мы разберемся с процессом выбора шагового двигателя, давайте сначала узнаем, что такое шаговый двигатель.Это электромеханическое устройство, которое преобразует электрические импульсы в отдельные механические движения. Когда электрические командные импульсы подаются на вал или шпиндель шагового двигателя, он вращается с дискретными шагами. Направление вращения вала двигателя напрямую связано с последовательностью подаваемых импульсов. Более того, скорость вращения валов двигателя напрямую связана с частотой входных импульсов, а длина вращения напрямую связана с количеством приложенных входных импульсов.

Преимущества и недостатки шагового двигателя

Преимущества:

1) В состоянии покоя двигатель имеет полный крутящий момент (если обмотки находятся под напряжением).
2) Отличная реакция на запуск, остановку и движение задним ходом.
3) Угол поворота двигателя пропорционален входным импульсам.
4) Чрезвычайно надежный, поскольку в двигателе нет контактных щеток, поэтому срок службы двигателя в основном зависит от срока службы подшипников.
5) Можно добиться очень низкоскоростного синхронного вращения с нагрузкой, непосредственно связанной с валом.
6) Реакция двигателя на цифровые входные импульсы обеспечивает управление без обратной связи, что делает систему более простой и, следовательно, более рентабельной.
7) Может быть реализован широкий диапазон скоростей вращения, поскольку скорость пропорциональна частоте входных импульсов.
8) Поскольку большинство шаговых двигателей имеют точность 3-5% шага, существует точное позиционирование и повторяемость движения, и эта ошибка не накапливается от шага к шагу.

Недостатки:

1) При неправильном управлении могут возникать резонансы
2) На очень высоких скоростях, 3000+ об / мин, двигателем нелегко управлять.

Выбор шагового двигателя

Шаговый двигатель — хороший выбор везде, где требуется контролируемое движение. Его можно использовать в приложениях, где вам нужно контролировать скорость, угол поворота, скорость, синхронизм и положение. Они нашли свое место во многих различных приложениях.Некоторые из них включают плоттеры, лазерные резаки, принтеры, столы X-Y, устройства для захвата, гравировальные станки и т. Д. При выборе шагового двигателя для вашего приложения необходимо учитывать несколько факторов.

Какой крутящий момент требуется для перемещения груза?
Как двигатель будет связан с нагрузкой?
Какая степень точности требуется при позиционировании груза?
Как быстро груз должен ускоряться или двигаться?

Каковы стандарты энергоэффективности электродвигателей?

Классы энергоэффективности электродвигателей (низковольтные трехфазные электродвигатели) в течение многих лет определялись только на основе добровольных обязательств со стороны производителя электродвигателей.Растущий во всем мире спрос на энергоэффективные, оптимизированные с точки зрения эксплуатации приводы привел к появлению ряда различных правил, определяющих эффективность. В 2008 году международный стандарт IEC 60034-30 во всем мире регламентировал классы эффективности и законодательные требования, предъявляемые к энергоэффективности низковольтных трехфазных двигателей, единообразно.

IE1 Стандартный КПД
IE2 Высокая эффективность
IE3 Повышенная эффективность
IE4 Эффективность высшего качества

МЭК 60034-2-1: 2014 также внедрил МЭК для испытаний электродвигателей.Некоторые страны также используют национальные стандарты испытаний, а также ссылаются на международный стандарт IEC 60034-2-1.

В Европе

В ЕС уже принято несколько директив, направленных на снижение энергопотребления двигателей, включая обязательство производителей размещать на рынке энергоэффективные двигатели.

С 2011 года класс IE2 является обязательным для всех двигателей
С января 2015 года класс IE3 является обязательным для двигателей мощностью 7.От 5 до 375 кВт (или IE2, если эти двигатели оснащены преобразователем частоты)
С января 2017 года класс IE3 является обязательным для двигателей мощностью от 0,75 до 375 кВт (или IE2, если эти двигатели имеют преобразователь частоты).

В США

Стандарты, определенные американской ассоциацией NEMA (Национальная ассоциация производителей электрооборудования), действуют в США. В IE2 минимальный требуемый уровень установлен с 2007 года. Такая же классификация применяется к Австралии и Новой Зеландии.

Азия

С 2002 года корейские стандарты MEPS применяются к трехфазным асинхронным двигателям малого и среднего размера в Китае. При переходе от IE1 к IE2, а теперь и к IE3, стандарты MEPS были гармонизированы со стандартами IEC в 2012 году.

В 2014 году Япония привела свои национальные нормы в соответствие с классами эффективности IEC и включила электродвигатели IE2 и IE3 в свою программу Top Runner, которая была введена в 1999 году. Программа вынуждает японских производителей постоянно предлагать на рынке новые модели, которые потребляют больше энергии. — эффективнее, чем предыдущие поколения, что способствует инновациям и эмуляции в области энергетики.

С 2009 года Индия имеет знак сравнительной эффективности и национальный стандарт на уровне IE2 с 2012 года.

Двигатели переменного и постоянного тока: различия и преимущества

Электродвигатели играют важную роль почти во всех отраслях промышленности. Использование двигателя правильного типа с высококачественными деталями и регулярным обслуживанием обеспечивает бесперебойную работу вашего предприятия и предотвращает повреждение оконечного оборудования из-за износа или скачков напряжения.

Gainesville Industrial Electric может помочь вашей компании выбрать правильные промышленные электродвигатели и детали для ваших приложений.

Праймер по электродвигателям

Электродвигатели — это машины, которые преобразуют электрическую энергию — из накопленной мощности или прямого электрического соединения — в механическую энергию за счет создания вращательной силы. Двумя основными типами электродвигателей являются:

Двигатели переменного тока , которые питаются от переменного тока
Двигатели постоянного тока , которые питаются постоянным током

Как работают электродвигатели

И переменного тока, и Электродвигатели постоянного тока используют электрический ток для создания вращающихся магнитных полей, которые, в свою очередь, создают вращательную механическую силу в якоре, расположенном на роторе или статоре, вокруг вала.В различных конструкциях двигателей используется одна и та же базовая концепция для преобразования электрической энергии в мощные всплески силы и обеспечения динамических уровней скорости или мощности.

Компоненты главного двигателя

Хотя электродвигатели могут отличаться от одной конструкции или типа к другому, многие из них содержат следующие деталей и узлов (расположены от центра, направленного наружу):

Центральный вал двигателя
Обмотки
Подшипники (для уменьшения трения и износа)
Якорь (расположен на роторе, вращающейся части или статоре, неподвижной части)
Щетки (в двигателях постоянного тока)
Клеммы
Рама и концевые щитки

Типы электродвигателей: AC vs.Двигатели постоянного тока

Двигатели переменного и постоянного тока — это широкие категории двигателей, которые включают меньшие подтипы. Например, асинхронные двигатели, линейные двигатели и синхронные двигатели — это все типы двигателей переменного тока. Двигатели переменного тока также могут включать в себя частотно-регулируемые приводы для управления скоростью и крутящим моментом двигателя, тогда как двигатели постоянного тока доступны в моделях с самовозбуждением и с раздельным возбуждением.

Привод с регулируемой скоростью переменного тока

Двигатель переменного тока по сравнению с двигателем постоянного тока Преимущества

Каждый тип двигателя имеет различные преимущества, которые делают их наиболее подходящими для различных коммерческих и промышленных применений.Например, электродвигатели переменного тока отличаются гибкостью и простотой управления. Некоторые из их других преимуществ включают:

Низкие требования к мощности при запуске, которые также защищают компоненты на принимающей стороне
Контролируемые уровни пускового тока и ускорение использовать
Высокая прочность и более длительный срок службы
Возможности для многофазных конфигураций

Двигатели постоянного тока также обладают собственными преимуществами , такими как:

Более простая установка и обслуживание
Высокая пусковая мощность и крутящий момент
Быстрое время отклика на пуск, остановку и ускорение
Доступность для нескольких стандартных напряжений

Какой двигатель более мощный: переменного или постоянного тока?

Двигатели переменного тока обычно считаются более мощными, чем двигатели постоянного тока, поскольку они могут создавать более высокий крутящий момент за счет использования более мощного тока.Однако двигатели постоянного тока обычно более эффективны и лучше используют входную энергию. Двигатели переменного и постоянного тока бывают разных размеров и мощностей, которые могут удовлетворить любые отраслевые требования к питанию.

Применение двигателей переменного и постоянного тока

Двигатели переменного и постоянного тока находят применение в технологических процессах и объектах практически во всех отраслях промышленности. Некоторые из наиболее распространенных промышленных применений для двигателей переменного тока включают:

Приборы
Приводы и системы компрессоров
Компьютеры
Конвейерные системы
Вентиляторы и кондиционеры
Гидравлические и ирригационные насосы
Транспортное оборудование

Типичные промышленные применения двигателей постоянного тока включают:

Производство и производственные единицы
Оборудование, требующее постоянной мощности, такое как пылесосы, лифты и швейные машины
Складское сортировочное оборудование

Выбор правильного электрического Электродвигатель для вашего промышленного применения

Установка и обслуживание правильных электродвигателей на предприятиях и оборудовании вашей компании является важным шагом к обеспечению бесперебойной работы и производства.

Gainesville Industrial Electric продает и обслуживает двигатели переменного и постоянного тока, запчасти и многое другое. Мы также являемся авторизованным заводским гарантийным центром. Чтобы получить помощь в выборе подходящего электродвигателя или промышленной сборки для вашего применения, свяжитесь с нами или запросите дополнительную информацию сегодня, чтобы получить ценовое предложение.

Связанное содержимое:

Управление | Как выбрать двигатель для промышленного применения

При выборе промышленного двигателя необходимо учитывать множество аспектов, таких как область применения, эксплуатационные, механические и экологические проблемы.Вообще говоря, выбор — двигатель переменного тока, двигатель постоянного тока или серво / шаговый двигатель. Знание того, какой из них использовать, зависит от промышленного применения и от того, требуются ли какие-либо особые потребности.

Для промышленного двигателя потребуются постоянный или переменный крутящий момент и мощность в лошадиных силах, в зависимости от типа нагрузки, которую он ведет. Размер нагрузки, требуемая скорость и ускорение / замедление, особенно если оно быстрое и / или частое, будут определять требуемый крутящий момент и мощность в лошадиных силах.Также необходимо учитывать требования к управлению скоростью и положением двигателя.

Типы нагрузки промышленного двигателя

Существует четыре типа нагрузок для двигателей промышленной автоматизации:

Регулируемая мощность и постоянный крутящий момент
Регулируемый крутящий момент и постоянная мощность
Регулируемая мощность и крутящий момент
Позиционное управление или управление крутящим моментом.

Применения с переменной мощностью и постоянным крутящим моментом включают конвейеры, краны и шестеренчатые насосы.В этих приложениях крутящий момент постоянный, потому что нагрузка не изменяется. Требуемая мощность может варьироваться в зависимости от области применения, что делает двигатели постоянного и переменного тока постоянной скоростью хорошим выбором.

Примером применения переменного крутящего момента и постоянной мощности является машина для перемотки бумаги. Скорость материала остается постоянной, а это означает, что мощность в лошадиных силах не меняется. Однако нагрузка меняется с увеличением диаметра рулона. В небольших системах это хорошее приложение для двигателей постоянного тока или серводвигателя.Регенеративная мощность также является проблемой, и ее следует учитывать при определении размеров промышленного двигателя или выборе метода управления энергией. Двигатели переменного тока с энкодерами, управлением с обратной связью и полноквадрантными приводами могут быть полезны для более крупных систем.

Вентиляторы, центробежные насосы и мешалки требуют переменной мощности и крутящего момента. По мере увеличения скорости промышленного двигателя выходная нагрузка также увеличивается вместе с требуемой мощностью и крутящим моментом. Эти типы нагрузок — это то место, где большая часть обсуждения эффективности двигателей начинается с двигателей переменного тока с инверторным режимом, использующих приводы с регулируемой скоростью (VSD).

Такие приложения, как линейные приводы, которые должны точно перемещаться в несколько положений, требуют точного позиционного управления или контроля крутящего момента и часто требуют обратной связи для проверки правильного положения двигателя. Сервоприводы или шаговые двигатели являются лучшим вариантом для этих применений, но двигатель постоянного тока с обратной связью или двигатель переменного тока с инверторным режимом работы с энкодером часто используется для точного управления крутящим моментом на стальных или бумажных линиях, а также в аналогичных приложениях.

Различные типы промышленных двигателей

Несмотря на то, что существует две основные классификации двигателей — переменного и постоянного тока, в промышленности используется более трех десятков типов двигателей.

Несмотря на то, что существует множество типов двигателей, в промышленных приложениях существует много совпадений, и рынок настаивает на упрощении выбора двигателей. Это сузило практический выбор двигателей для большинства приложений. Шесть наиболее распространенных типов двигателей, которые подходят для подавляющего большинства приложений, — это бесщеточные и щеточные двигатели постоянного тока, двигатели переменного тока с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором, а также серводвигатели и шаговые двигатели. Эти типы двигателей подходят для подавляющего большинства приложений, тогда как другие типы двигателей используются только в специальных приложениях.

Три основных типа применения промышленных двигателей

Три основных применения промышленных двигателей — это постоянная скорость, переменная скорость и управление положением (или крутящим моментом). Для разных ситуаций промышленной автоматизации требуются разные приложения и вопросы, а также собственный набор вопросов.

Например, коробка передач может потребоваться, если максимальная скорость меньше базовой скорости двигателя. Это также может позволить меньшему двигателю работать с более эффективной скоростью.Хотя в Интернете есть много информации о том, как определить размер двигателя, пользователи должны учитывать множество факторов, потому что необходимо учитывать множество деталей. Для расчета инерции нагрузки, крутящего момента и скорости пользователь должен знать такие параметры, как общая масса и размер (радиус) нагрузки, а также трение, потери в редукторе и рабочий цикл. Также необходимо учитывать изменения нагрузки, скорости ускорения или замедления и рабочего цикла приложения, иначе промышленный двигатель может перегреться.

После выбора типа и размера двигателя пользователям также необходимо учитывать факторы окружающей среды и типы корпуса двигателя, такие как открытая рама и корпус из нержавеющей стали для промывки.

Выбор промышленного двигателя: 3 вопроса

Даже после того, как все эти решения были приняты, пользователь должен ответить на эти три вопроса, прежде чем принимать окончательное решение.

1. Это приложение с постоянной скоростью?

В приложении с постоянной скоростью двигатель часто работает с приблизительной скоростью, практически не заботясь о линейных ускорениях и замедлениях.Этот тип приложения обычно запускается с использованием сквозного управления включением / выключением. Цепи управления часто состоят из ответвленной цепи, соединенной предохранителем с контактором, промышленным пускателем двигателя с перегрузкой и ручным контроллером двигателя или устройством плавного пуска.

Двигатели переменного и постоянного тока подходят для применения с постоянной скоростью. Двигатели постоянного тока обеспечивают полный крутящий момент при нулевой скорости и имеют большую установленную базу. Двигатели переменного тока также являются хорошим выбором, поскольку они имеют высокий коэффициент мощности и не требуют значительного обслуживания.Для сравнения, высокие рабочие характеристики сервопривода или шагового двигателя будут считаться излишними для простого применения.

2. Это приложение с регулируемой скоростью?

Приложения с регулируемой скоростью обычно требуют резких изменений скорости и скорости, а также определенных рамп ускорения и замедления. Снижение скорости промышленного двигателя в приложениях, таких как вентиляторы и центробежные насосы, часто повышает эффективность за счет согласования потребляемой мощности с нагрузкой вместо работы на полной скорости и дросселирования или демпфирования выходной мощности.Это очень важные соображения при транспортировке, например, на линиях розлива.

Двигатели переменного и постоянного тока с соответствующими приводами хорошо работают в системах с регулируемой скоростью. Конфигурация двигателя постоянного тока и привода была единственным вариантом двигателя с регулируемой скоростью в течение долгого времени, и компоненты были разработаны и испытаны. Даже сейчас двигатели постоянного тока популярны в приложениях с регулируемой скоростью и малой мощностью в лошадиных силах и полезны в низкоскоростных приложениях, поскольку они могут обеспечивать полный крутящий момент на низкой скорости и постоянный крутящий момент в широком диапазоне скоростей промышленных двигателей.

Однако обслуживание двигателей постоянного тока может быть проблемой, поскольку для многих из них требуются щетки для коммутации, и они изнашиваются из-за контакта с движущимися частями. Бесщеточные двигатели постоянного тока устраняют эту проблему, но они дороже по первоначальным затратам, а диапазон доступных промышленных двигателей меньше.

Износ щеток не является проблемой для асинхронных двигателей переменного тока, а частотно-регулируемый привод (VFD) создает полезный выбор для приложений мощностью более 1 л.с., таких как вентиляторы и насосные устройства, что приводит к повышению эффективности.Тип привода, выбранный для запуска промышленного двигателя, может добавить некоторую информацию о положении. К двигателю можно добавить энкодер, если это требуется для приложения, и можно указать привод, который будет использовать обратную связь энкодера. В результате такая установка может обеспечить скорость сервопривода.

3. Требуется ли регулирование положения для данного приложения?

Жесткое управление положением достигается путем непрерывной проверки положения двигателя во время его движения. В таких приложениях, как позиционирование линейного привода, можно использовать шаговый двигатель с обратной связью или без нее или серводвигатель с собственной обратной связью.

Шаговый двигатель предназначен для точного перехода в позицию с умеренной скоростью и последующего удержания позиции. Шаговая система с разомкнутым контуром обеспечивает надежный позиционный контроль при правильном размере. Пока нет обратной связи, шаговый двигатель будет перемещать точное количество шагов, если он не столкнется с нарушением нагрузки, превышающей его возможности. По мере увеличения скорости и динамики приложения шаговое управление с разомкнутым контуром может не соответствовать системным требованиям, что требует обновления до шагового с обратной связью или до системы серводвигателя.

Система с обратной связью обеспечивает точные профили высокоскоростного движения и точное управление положением. Сервосистема будет обеспечивать более высокий крутящий момент на высоких скоростях по сравнению с шаговым двигателем, а также они лучше работают в приложениях с высокими динамическими нагрузками или сложными движениями.

Для высокопроизводительного движения с перерегулированием в нижнем положении инерция отраженной нагрузки должна быть согласована с инерцией серводвигателя как можно точнее. Несоответствие до 10: 1 будет адекватно работать в некоторых приложениях, но совпадение 1: 1 является оптимальным.Редукторное понижение скорости — отличный способ решить проблемы несоответствия инерции, поскольку инерция отраженной нагрузки падает в квадрате передаточного числа, но инерция коробки передач должна быть включена в расчеты.

Применение, знание промышленных двигателей

Производители предлагают широкий выбор двигателей для промышленного применения. Шаговые, сервомоторы, двигатели переменного и постоянного тока могут удовлетворить большинство требований промышленной автоматизации, но идеальный двигатель зависит от области применения. Будь то приложение с постоянной скоростью, переменной скоростью или управлением положением, пользователи должны работать в тесном контакте с двигателем и побуждать поставщика выбрать правильный двигатель для приложения.

Брайан Сислер , менеджер по продукту, AutomationDirect. Отредактировал Крис Вавра, производственный редактор, Control Engineering , CFE Media, [email protected].

ПОДРОБНЕЕ

Ключевые концепции

Выбор промышленного двигателя зависит от многих аспектов, включая применение, эксплуатационные, механические и экологические проблемы.

Пользователи должны определить , является ли приложение постоянной или переменной скоростью или требуется ли регулирование положения.

Рассмотрим это

Какие еще факторы следует учитывать при выборе двигателя?

электромобилей | Университет Теннесси в Чаттануге

Преимущества электромобилей (включая электрические автобусы)
Система привода
Сравнение электродвигателя
Характеристики двигателя
Системы управления
Аккумуляторные системы
Как работает Сотовая работа?
Производительность аккумуляторных систем автомобиля
Память аккумулятора
Типы зарядки
Расположение зарядного устройства / варианты подключения
Методы зарядки
Уровни заряда
Управление аккумулятором
окна Аксессуары (Электроэнергия, окна обогрев, воздушный, гидроусилитель руля и т. д.)

Использование электромобилей дает множество преимуществ. Во-первых, отсутствует запах топлива, поскольку автомобили работают от батарей, а не от бензина, дизельного топлива или какого-либо другого горючего топлива. Электромобили тихие … езда практически бесшумна. Правильно используя рекуперативное торможение, электромобили увеличивают срок службы тормозов, а также вырабатывают энергию за счет кинетической энергии. Благодаря использованию высокотехнологичной композитной технологии электромобили могут быть намного легче, чем их аналоги с ДВС, что также помогает снизить износ тормозов наряду с износом дороги.

Электромобили намного более энергоэффективны. Электродвигатели преобразуют практически всю свою топливную энергию в полезную мощность. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) имеет КПД менее 20%.

Стоимость технического обслуживания, включая стоимость топлива, у электромобиля намного ниже. Нет необходимости в настройке или замене масла. Если исключить из контрольного списка технического обслуживания автомобиля все, что относится к ДВС, он становится довольно коротким. А за счет зарядки в ночное время «топливо» для электромобилей сокращается до четверти стоимости бензина или дизельного топлива.

Электромобили, особенно электрические автобусы, приносят большую пользу связям с общественностью. Общественность и СМИ любят ездить на автомобиле и говорить об электромобилях с нулевым уровнем выбросов.

Однако у электрических и гибридно-электрических транспортных средств есть два основных преимущества. Электрические и гибридно-электрические транспортные средства могут помочь сократить использование нашей страной иностранной нефти и уменьшить загрязнение окружающей среды, которое отрицательно сказывается на здоровье и благополучии.

Электромобиль — это транспортное средство, такое как автомобиль, грузовик или автобус, в котором в качестве топлива используется аккумуляторная батарея, заменяющая бензин, дизельное топливо или другие виды горючего топлива.Исчезли двигатель внутреннего сгорания и трансмиссия. В электромобиле используется электродвигатель или, в некоторых случаях, более одного двигателя для приведения в движение транспортного средства.

Электромобили во многом схожи с транспортными средствами с двигателями внутреннего сгорания. Шасси или кузов многих электромобилей, используемых сегодня на дорогах, представляют собой автомобили, которые когда-то были оснащены двигателем внутреннего сгорания (ДВС). В большинстве электромобилей даже интерьер автомобиля не изменился, и почти все электромобили содержат те же аксессуары, что и их собратья внутреннего сгорания.

Энергия, хранящаяся в аккумуляторной батарее электромобиля, обеспечивает питание контроллера мотора. Контроллер мотора — это устройство, которое регулирует мощность, подаваемую на электродвигатель (-ы) электропривода, в зависимости от положения педали акселератора. Электроэнергия, подаваемая на электродвигатель (электродвигатели), используется для создания электродвижущей силы, которая вращает вал электродвигателя (электродвигателей). Этот вал соединен с колесами транспортного средства и вызывает движение вперед или назад, в зависимости от направления вращения вала.

Заправка электромобиля заключается в подключении автомобильного зарядного устройства к розетке, специально предназначенной для зарядки электромобиля. Время зарядки зависит от типа батареи, емкости и выходного напряжения / тока зарядного устройства. Большинство электромобилей можно зарядить примерно за 6 часов.

Основная цель электромобилей — уменьшить количество вредных газов, которые выбрасываются в воздух из-за процесса сгорания двигателя внутреннего сгорания.Электромобиль производит нулевые выбросы. Некоторые критики индустрии электромобилей будут утверждать, что сокращение выбросов загрязняющих газов не произошло из-за выбросов, которые образуются при производстве электроэнергии на электростанциях. Хотя это правда, что электростанции действительно производят некоторые загрязнители, правительство имеет очень строгие правила в отношении выбросов электростанций. А поскольку электростанции производят избыток энергии в ночное время, когда спрос невелик, владельцы электромобилей могут использовать эту избыточную мощность, заряжаясь ночью.Это делает электростанции более эффективными.

Кроме того, электромобили намного более энергоэффективны, чем автомобили с ДВС. Мало того, что сама двигательная установка намного более эффективна, но и потери энергии через трансмиссию, и холостой ход просто не существуют. Поскольку трансмиссии нет, ускорение происходит «плавно»; без рывков и шума …. просто красиво и плавно.

Вернуться к началу

Преимущества электромобилей (включая электробусы)

Электромобиль имеет много преимуществ перед транспортными средствами, в которых используется двигатель внутреннего сгорания.Электромобиль очень чистый. Нет газообразных выбросов. Также устранены другие проблемные загрязнители, такие как масло, трансмиссионная жидкость и жидкость для радиаторов. В некоторых электромобилях единственным используемым углеводородным веществом является консистентная смазка для подшипников.

Электромобили очень упрощены. Двигательная установка в автомобиле с ДВС состоит из сотен движущихся частей. В силовой установке электромобиля есть только один: электродвигатель. Помимо снижения затрат на техническое обслуживание и экономии смазочных материалов и масел, снижение потерь на трение способствует повышению энергоэффективности электромобилей.

Электромобили очень энергоэффективны. На каждые 100 единиц топлива, расходуемых автомобилем с ДВС, только 16 фактически приводят к движению. Однако электромобиль будет использовать почти 85 единиц из 100 для управления транспортным средством.

У электромобилей есть еще одно существенное преимущество перед автомобилями с ДВС: рекуперативное торможение. Когда электромобиль замедляется, двигатель становится генератором и обеспечивает энергией батареи. Дополнительным преимуществом этого процесса является тормозящее воздействие двигателя на транспортное средство, что снижает износ тормозов.

Электромобиль очень тихий. Проблема для инженеров, разрабатывающих эти автомобили, заключается не в том, чтобы заглушить двигатель, а в том, чтобы попытаться заглушить шум других систем, таких как кондиционер, гидроусилитель руля или воздушные компрессоры.

В большинстве электромобилей трансмиссия не используется. Двигатели обычно односкоростные, а ускорение плавное, без толчков или толчков, как у трансмиссий современных автомобилей.

Электромобиль можно подзарядить дома, сэкономив на остановке на заправке.Единственным недостатком этого является время, необходимое для полной зарядки «разряженной» батареи. В некоторых случаях это может длиться до 6 часов. Технология зарядных устройств стремительно совершенствуется, и в настоящее время можно зарядить «пустую» батарею до 80% всего за 20 минут.

Основным препятствием, с которым сегодня сталкиваются электромобили, является способность аккумуляторов аккумулировать энергию. Емкость аккумулятора ограничивает дальность поездки автомобиля. Много разных типов аккумуляторов проходят испытания для использования в электромобилях.К ним относятся свинцово-кислотные, никель-кадмиевые, никель-железные, никель-цинковые, никель-металлогидридные, натрий-никелевый хлорид, бром цинка, сера натрия, литий, воздушный цинк и воздух алюминия. Эти усовершенствованные батареи, хотя и намного более дорогие, со временем позволят электромобилю достичь того же запаса хода, что и современные автомобили, работающие на ископаемом топливе.

Вернуться к началу

Приводная система

Система привода электромобиля выполняет те же функции, что и система привода автомобиля с двигателем внутреннего сгорания.Система привода — это та часть электромобиля, которая передает механическую энергию на ведущие колеса, заставляя электромобиль двигаться. Компоненты, используемые в электромобиле, сильно отличаются от стандартного автомобиля. В электромобиле передача не требуется. Трансмиссия в стандартном транспортном средстве используется для придания транспортному средству определенного крутящего момента или мощности на определенных скоростях путем изменения передаточного отношения входной / выходной передачи в трансмиссии. Изменение передаточного числа зависит от скорости вращения (об / мин) силовой установки или двигателя транспортного средства.Поскольку происходит механическое переключение с одной передачи на другую, пассажиры обычно ощущают толчок при увеличении или уменьшении скорости и переключении трансмиссии на большую или меньшую передачу.

В
электромобилях используется электродвигатель для поворота колес транспортных средств. Сегодня используется несколько различных конструкций приводных систем. К ним относятся автомобили с одним большим электродвигателем, соединенным с задними колесами через корпус дифференциала. В других конструкциях используются два двигателя меньшего размера для приведения в действие каждого колеса отдельно через независимые приводные валы.
В самой эффективной на сегодняшний день конструкции используются двигатели, которые прикреплены непосредственно к колесу. Их называют «колесными двигателями». За счет исключения приводных валов и дифференциалов механические потери между двигателем и колесами сведены к минимуму. Система питания электромобиля включает в себя как систему привода, так и систему управления. Контроллер подает питание на двигатель от аккумуляторов. Двигатель, в свою очередь, передает мощность для перемещения транспортного средства на ведущие колеса через коробку передач..
Электродвигатели преобразуют электрическую энергию в механическую. В электромобилях используются два типа электродвигателей для обеспечения привода колес. Двигатель постоянного тока (DC) и двигатель переменного тока (AC). Двигатели постоянного тока состоят из трех основных компонентов:
Набор катушек возбуждения по периметру двигателя, создающих магнитные силы, обеспечивающие крутящий момент.
Ротор или якорь, установленные на подшипниках, которые вращаются внутри магнитного поля, создаваемого катушками возбуждения.
Коммутационное устройство, которое меняет магнитные силы на противоположное и заставляет якорь вращаться, создавая механическую силу, используемую для поворота ведущих колес.
Двигатель переменного тока похож на двигатель постоянного тока в том, что он также имеет набор катушек возбуждения и ротор или якорь, однако, поскольку существует непрерывное реверсирование тока (переменный ток), коммутирующее устройство не требуется. На данном этапе развития ни один двигатель не может считаться лучше другого. У них обоих есть преимущества и недостатки, перечисленные ниже.
Вернуться к началу
Сравнение электродвигателей
Двигатель переменного тока Двигатель постоянного тока
Коробка передач односкоростная Многоскоростная коробка передач
Легкий Тяжелее при эквивалентной мощности
Дешевле Дороже
95% КПД при полной нагрузке 85-95% КПД при полной нагрузке
Контроллер дороже Простой контроллер
Мотор / контроллер / инвертор дороже Мотор / контроллер дешевле
Как показано в сравнении, двигатель переменного тока дешевле, чем двигатель постоянного тока, система переменного тока дороже из-за стоимости сложной электроники, связанной с инвертором переменного тока и контроллером двигателя.Электродвигатели переменного тока — наиболее часто используемые электродвигатели в бытовых приборах и станках. Эти двигатели очень надежны, и поскольку они содержат единственную движущуюся часть, они должны прослужить весь срок службы автомобиля при минимальном техническом обслуживании или вообще без него. Типичные характеристики двигателя перечислены в таблице ниже.
Характеристики двигателя
л.с.
Тип щетки постоянного тока Бесщеточный постоянный магнит постоянного тока Индукция переменного тока
Пиковая эффективность
85-89
95-97
94-95
КПД при нагрузке 10%
80-87
73-82
93-94
Макс.Обороты
4,000-6,000
4 000–10 000
9000-15000
Стоимость вала
100–150 долларов США
100–130 долл. США
50–75 долларов США
Относительная стоимость контроллера и щеток постоянного тока
1
3-5
6-8
1 л.с. = 746 Вт
Контроллер электромобиля — это устройство, которое работает между батареями и двигателем для управления скоростью и ускорением.Контроллер преобразует постоянный ток батареи в переменный ток для двигателей переменного тока или просто регулирует ток для двигателей постоянного тока. Контроллер также может реверсировать обмотки возбуждения двигателя, так что в режиме торможения двигатель становится генератором, а энергия возвращается в батареи. Это называется рекуперативным торможением, и в течение одной зарядки может возвращаться до 10% или более энергии, потребляемой системой привода, в батареи.
Вернуться к началу
Одним из широко разрекламированных преимуществ электромобиля является рекуперативное торможение.Регенерирующее торможение сейчас распространено почти на всех автомобилях, но мало кто понимает, что происходит. Следующий абзац представляет собой попытку объяснить, как это работает.
В схеме, показанной выше, изображена выходная пара полевых МОП-транзисторов (металл-оксид-полупроводниковые полевые транзисторы) с приводным двигателем. Выходной сигнал контроллера — чистый постоянный ток. Напряжение. Двигатель будет генерировать противоэдс. который пропорционален его скорости вращения. При нулевой нагрузке или отсутствии разгона это назад эл.м.ф. поднимется до уровня выходного сигнала контроллера.
MOSFET — это двунаправленный переключатель, который резистивно проводит (когда он включен) для обоих направлений тока. Итак, рассмотрим ситуацию, когда ток равен нулю, а мощность контроллера теперь уменьшена. Мотор задний э.д.с. теперь выше, чем выходное напряжение контроллера, поэтому двигатель будет пытаться подавать ток обратно в контроллер. Если это удастся, мотор затормозится — у нас будет рекуперативное торможение.
Этот тип цепи (где верхняя сторона включена, когда нижняя сторона выключена) может обеспечивать ток или понижать его. Это работает следующим образом: обратный ток двигателя теперь является прямым током к полевому МОП-транзистору маховика, поэтому, когда он включен, он замыкает двигатель, чей тормозной ток возрастает в течение этого периода (стрелка B, перевернутая). Теперь полевой МОП-транзистор с маховиком отключается, но этот ток должен продолжать течь — из-за индуктивности двигателя. Таким образом, он течет как обратный ток через приводной полевой МОП-транзистор, при этом заряжая батарею.Дополнительное напряжение для этого получается из энергии, запасенной в индуктивности двигателя. Процесс переключения с привода на торможение полностью автоматический. Более того, это полностью достигается за счет того, что скорость двигателя превышает напряжение привода, и без каких-либо изменений состояния или переключений в контроллере. Регенеративное торможение — это, если хотите, побочный продукт конструкции контроллера и почти полная авария.
Если транспортное средство движется по слишком крутому склону (или требуемая скорость внезапно снижается, что приводит к очень резкому торможению), ток, генерируемый двигателем, может превысить ток, с которым могут безопасно работать полевые МОП-транзисторы.Так как это приведет к выходу из строя полевых МОП-транзисторов, они должны быть защищены от этого, поэтому все контроллеры, обеспечивающие рекуперативное торможение, также оснащены ограничителем тока для предотвращения такого отказа.
В гибридных электромобилях эта проблема становится еще более сложной из-за неиспользованного тока от вспомогательного источника питания. Поскольку приводные двигатели не потребляют ток от вспомогательного источника питания, этому току все же нужно куда-то идти. Контроллер мотора должен отслеживать и учитывать избыточный ток от вспомогательного источника питания, так что в определенных ситуациях, когда слишком большой ток присутствует при работе регенерации и APU, регенерационный MOSFET также должен быть выключен.для защиты контроллера мотора.
В ранних версиях электромобилей с двигателями постоянного тока простой контроллер с переменным резистором управлял ускорением и скоростью транспортного средства. Полный ток и мощность потреблялись от батареи все время. На более низких скоростях, когда требовалась небольшая мощность, использовалось высокое сопротивление, чтобы уменьшить ток, подаваемый на двигатель. Это привело к тому, что большая часть энергии батареи тратится впустую на тепло, рассеиваемое резистором. Современные контроллеры регулируют скорость и ускорение с помощью электронного процесса, называемого широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).Переключающие устройства, такие как IGBT (очень быстрые транзисторы с высоким номинальным током), быстро прерывают, при необходимости включают или выключают поток электричества к двигателям. Высокая мощность достигается, когда интервалы (время между импульсами) очень короткие. Увеличивая время между импульсами, ограничивают ток.
Колесный двигатель, показанный выше, изготовлен компанией Technologies M4.
Как упоминалось выше, одна из наиболее интересных конструкций двигателей — это интеграция двигателя непосредственно в колесо.Это так называемые колесные двигатели, и они вполне могут когда-нибудь стать нормой, поскольку они удаляют огромное количество механических устройств из транспортного средства, обеспечивая движение колеса … в колесе!
Мотор-колесо в сборе представляет собой элегантную интеграцию электродвигателя и других компонентов в корпус, который помещается в шину обычного размера.
Мотор-колесо в сборе состоит из высокоэффективного электродвигателя, ведомого контроллера мотор-колеса (MWSC), включая силовую и управляющую электронику, тормоз, колесные подшипники, управляемый интерфейс передней подвески и радиатор, встроенный в статор.Конфигурация трехфазного синхронного двигателя состоит из центрального статора, который поддерживает обмотки, и инвертора, окруженного внешним ротором, который поддерживает постоянные магниты.
Колесо установлено непосредственно на роторе для прямой передачи крутящего момента и улучшенного свободного хода. Двигатель в сборе имеет жидкостное охлаждение, что обеспечивает постоянную высокую потребляемую мощность.
Производители автобусов оценят преимущества упаковки и взаимозаменяемость задней оси мотор-колеса, которая легко помещается в существующие колесные арки.Поперечина с глубоким смещением оси обеспечивает более широкую зону прохода в полу в конфигурации с низким полом.
Выбор двигателя для электромобиля включает множество переменных. Ни один тип двигателя не может считаться лучшим. При проектировании электромобиля необходимо ответить на вопрос, прежде чем выбирать конкретный тип двигателя. Сколько мощности вам нужно, нужны ли вам переменные скорости, какое рабочее напряжение аккумуляторной системы, какой крутящий момент вам нужен и с какой скоростью, сколько физического пространства может занимать двигатель, сколько это может стоить, в какой среде будет работать двигатель? Как только на эти вопросы будут даны ответы, вы сможете сделать свой выбор двигателя.После идентификации двигателя необходимо разработать систему управления, обеспечивающую работу двигателя.
Вернуться к началу
Системы управления
Самая сложная и важная система электромобиля — это система управления. Система управления отвечает за управление работой электромобиля. Система управления получает входные данные от оператора, сигналы обратной связи от контроллера двигателя и двигателя, а также сигналы обратной связи от других систем внутри электромобиля.Скорость, с которой система управления должна получать данные от других систем, обрабатывать данные в алгоритме и выводить ответ на заданные условия, должна составлять миллисекунды. Это требует, чтобы система управления имела микропроцессор, как и компьютер, для выполнения своих задач. Хотя нет двух идентичных систем управления, большинство сигналов обратной связи схожи. В таблице ниже перечислены общие компоненты системы управления и сигналы обратной связи, которые отправляются на микропроцессор.

Контроллер мотора.
Компонент Сигнал обратной связи
Электродвигатель (и) Температура обмотки
Скорость ротора (об / мин)
Аккумулятор Напряжение
Выходной ток
Температура
Контроллер двигателя
Ток (и направление тока)
Напряжение
Температура
Ток утечки
Педаль акселератора Напряжение в зависимости от положения педали
Переключатель переключения передач ПЕРЕДНИЙ / REV
Выбор диапазона
Система управления должна постоянно отслеживать сигналы обратной связи, перечисленные выше.Например, если температура обмоток в двигателе становится слишком высокой, магнитные свойства этого двигателя могут быть необратимо изменены или обмотки могут расплавиться. Подавая сигнал обратно на микропроцессор, система управления может ограничить мощность двигателя, если обнаружит повышение температуры. Такое же ограничение или отключение любой системы может иметь место, если возникла или возникла нежелательная ситуация. Другие сигналы обратной связи предоставляют микропроцессору информацию для управления скоростью автомобиля.Педаль акселератора работает так же, как и в обычных автомобилях. Когда педаль нажата, на микропроцессор отправляется возрастающее напряжение сигнала (не напряжение тягового аккумулятора), который дает команду контроллеру двигателя увеличить величину тока в обмотках двигателя, заставляя двигатель вращаться быстрее. По мере уменьшения напряжения сигнала от педали акселератора двигатель вращается медленнее.
В некоторых усовершенствованных системах управления можно ограничить величину тока, протекающего к двигателю, на основе выбора переключателя.Это позволяет оператору приспособиться к стилю вождения, соответствующему конкретной ситуации. Например, если водителю требуется определенный диапазон (в милях) от одной зарядки, выбор диапазона может быть установлен таким образом, чтобы микропроцессор ограничивал величину выходного тока от контроллеров двигателя до заданного предела. Если предварительно установленный предел составляет 100 ампер, микропроцессор не позволит току, превышающему этот предел, течь к двигателям. В этом режиме способность к ускорению приносится в жертву дальности полета. Если водитель находится в зоне, где транспортному средству необходимо подниматься по крутым склонам, переключатель диапазонов можно настроить так, чтобы можно было использовать максимальный ток, допустимый для контроллера мотора и мотора.Функция выбора диапазона — ценная функция, которая повышает эффективность контроллера мотора. Конечная цель системы управления — максимизировать энергию, запасаемую в тяговом аккумуляторе, и предотвратить возникновение небезопасных условий внутри электромобиля.
Вернуться к началу
Аккумуляторные системы

Аккумулятор электромобиля,
с видимыми элементами.
Аккумулятор электромобиля определяет запас хода, способность к ускорению и время перезарядки автомобиля.Поскольку батарея содержит энергию для питания электромобиля, и поскольку современные батареи не обеспечивают электромобили с таким же потенциалом дальности, как у автомобилей с ДВС, батареи и альтернативные варианты, такие как маховики и сверхконденсаторы, являются наиболее изученными областями в области электромобилей. Аккумуляторная батарея.
Элемент батареи обычно состоит из 4 основных компонентов, показанных слева. Ячейка содержит положительный и отрицательный электрод, электролит и сепаратор.Положительный электрод принимает электроны от внешней цепи, когда ячейка разряжена. Отрицательный электрод отдает электроны внешней цепи по мере разряда ячейки. Электролит обеспечивает механизм прохождения заряда между положительным и отрицательным электродами. Сепаратор электрически изолирует положительный и отрицательный электроды.
К началу
Как работает клетка?

Электронный поток, восстановление и окисление
реакция, разрез.
Когда батарея или элемент вставляются в цепь, они замыкают петлю, которая позволяет заряду равномерно течь по цепи. Во внешней части цепи поток заряда — это электроны, в результате чего возникает электрический ток. Внутри ячейки заряд течет в виде ионов, которые переносятся от одного электрода к другому. Поток обусловлен реакциями восстановления и окисления, происходящими на каждом электроде. На каждый электрон, генерируемый в реакции окисления на отрицательном электроде, приходится один электрон, потребляемый в реакции восстановления на положительном электроде.Реакция разряда на положительном электроде, имеющем потенциал 1,685 В, определяется выражением:
Реакция на отрицательном электроде, который имеет потенциал 0,356 В, определяется выражением:
Это означает, что общее напряжение свинцово-кислотного элемента составляет 2,04 вольт. Это значение известно как стандартный электродный потенциал. Другие факторы, такие как концентрация кислоты, также могут влиять на напряжение свинцово-кислотного элемента. Типичное напряжение холостого хода (без нагрузки) составляет около 2.15 вольт.
В то время как напряжение ячейки фиксируется ее химией, емкость ячейки варьируется в зависимости от количества содержащихся в ней активных материалов. Размер отдельных ячеек может составлять от долей ампер-часа до тысяч ампер-часов. Емкость ячейки — это, по сути, количество электронов, которые могут быть получены из нее. Поскольку ток — это количество электронов в единицу времени, емкость ячейки — это ток, подаваемый ячейкой с течением времени, и выражается в ампер-часах.
Приложения
EV требуют огромного количества энергии.Тяговая батарея электромобилей состоит из множества ячеек, которые электрически соединены для обеспечения необходимой емкости накопления энергии. Батареи могут быть соединены вместе в последовательной или параллельной конфигурации.
В последовательной конфигурации отрицательная клемма одной батареи подключается к положительной клемме следующей и так далее, пока не будут достигнуты желаемое напряжение и энергоемкость батареи. Общее напряжение блока можно найти, умножив количество батарей в цепи на напряжение отдельной ячейки.
В параллельной конфигурации положительный полюс одной батареи соединяется с положительным полюсом следующей, и то же самое относится к отрицательной клемме. В этом случае вы можете достичь желаемой емкости аккумуляторов энергии. Параллельная емкость батареи, но общее напряжение блока равно напряжению отдельной ячейки. Аккумуляторная система состоит не только из аккумулятора. В этой системе есть множество других компонентов, которые контролируют все соответствующие переменные, касающиеся аккумулятора и метода подзарядки.
Аккумуляторная система — это больше, чем просто аккумулятор. В этой системе есть множество других компонентов, которые контролируют все соответствующие переменные, касающиеся аккумулятора и метода подзарядки.
Сегодня в электромобилях используется много различных типов аккумуляторов. Наиболее распространенными сегодня являются заливные свинцово-кислотные, герметично-гелевые свинцово-кислотные, никель-кадмиевые (Ni Cad) и никель-металлогидридные (NiMH). Типы, размеры и конфигурации аккумуляторов охватывают широкий спектр вариантов.Когда производитель электромобилей находится в процессе проектирования, перед выбором батареи необходимо ответить на несколько вопросов. Это может включать такие вопросы, как, сколько места доступно для аккумуляторов, сколько они могут весить, каков желаемый диапазон, каков вес транспортного средства, какова целевая стоимость транспортного средства, как будут заряжаться аккумуляторы и что Требуются требования к системе привода. Это необходимые вопросы из-за разнообразия доступных типов батарей и различий между ними.В таблице ниже перечислены характеристики наиболее распространенных типов батарей.
Вернуться к началу
Производительность аккумуляторных систем автомобиля
Каждый конкретный тип аккумулятора имеет характеристики, которые делают его более или менее желательным для использования в конкретном приложении. Стоимость всегда является основным фактором, и никель-металлгидридные батареи возглавляют список по цене, а свинцово-кислотные батареи с заливной жидкостью являются самыми недорогими. Что теряется при переводе стоимости, так это тот факт, что NiMH батареи дают почти вдвое большую производительность (плотность энергии на вес батареи), чем обычные свинцово-кислотные батареи.Еще один фактор, который необходимо учитывать при сравнении батарей, — это время зарядки. Свинцово-кислотные батареи требуют очень длительного периода перезарядки, от 6 до 8 часов. Свинцово-кислотные батареи из-за своего химического состава не могут постоянно выдерживать высокий ток или напряжение во время зарядки. Свинцовые пластины внутри батарей быстро нагреваются и очень медленно охлаждаются. Слишком много тепла приводит к состоянию, известному как «выделение газа», когда водород выделяется из вентиляционной крышки батареи. Со временем выделение газов снижает эффективность батареи, а также увеличивает потребность в обслуживании батареи.Батареи, такие как NiCad и NiMH, не так чувствительны к нагреву и могут быть перезаряжены очень быстро, что позволяет производить заряды высоким током или высоким напряжением, которые могут вывести аккумулятор из состояния заряда 20% до состояния заряда 80% всего за несколько секунд. 20 минут.
Тип батареи
Плотность энергии Вт · ч / кг
Плотность мощности Вт / кг
Срок службы батареи
Стоимость по шкале от 1 до 10
Свинцово-кислотный
35
150
500
1
Свинцово-кислотный улучшенный
48
150
800
3
GM Ovonic NiMH
70
220
> 600
8
SAFT NiMH
70
150
1,500
8
SAFT литий-ионный
120
230
600
9
Литий-полимерный
150
350
<600
10
Зебра хлорид натрия-никеля
86
150
<1000
4
Влияние на характеристики автомобиля
Диапазон
Разгон
Стоимость жизненного цикла, стоимость замены
Первоначальная стоимость, стоимость замещения
Общее напряжение аккумуляторной батареи варьируется от автомобиля к автомобилю.В настоящее время ведутся обсуждения с производителями электромобилей в попытке стандартизировать номинальное напряжение аккумуляторной батареи автомобиля. Провидцы электромобилей надеются, что станции подзарядки автомобилей будут доступны на стоянках по всему городу. Если электромобили имеют установленный диапазон напряжения аккумуляторной батареи, все автомобили смогут использовать одни и те же зарядные устройства. Производители зарядных устройств в настоящее время разрабатывают «умные» зарядные устройства на базе микропроцессоров. «Умное» зарядное устройство получит доступ к базе данных конкретного автомобиля и сможет соответствующим образом регулировать заряд.
Новые аккумуляторные системы также управляются микропроцессором. Микропроцессор получает данные от датчиков в аккумуляторной батарее. Температура, выходной ток, напряжение батареи и обнаружение неисправностей передаются обратно в микропроцессор, который затем может вычислить, сколько энергии осталось в батарее, а также сколько было потреблено. Контроль температуры и сопротивления земли автомобиля защищает аккумулятор и пассажиров от опасности.
Конфигурации батарей
также сильно различаются в зависимости от автомобиля и желаемого резервирования системы.Батарейные блоки могут быть соединены вместе в одну длинную последовательную цепь, так что общее напряжение блока является суммой всех ячеек в серии. В других системах используется несколько блоков с одинаковым напряжением, параллельных нескольким блокам. Это обеспечивает избыточность системы. Если элемент в одном блоке выходит из строя, система управления батареями может отключить вывод этого блока, и автомобиль может продолжать движение с оставшимися блоками батарей. Транспортное средство потеряет энергию из-за неисправного блока, и это повлияет на дальность действия.
Слева показан аккумуляторный блок, состоящий из 27 отдельных 2-вольтовых ячеек,
в конфигурации последовательной схемы для формирования блока с напряжением 54 вольт.
Факторы, влияющие на выбор батареи для конкретных приложений:
Для чисто электромобилей выбор аккумулятора в первую очередь зависит от плотности энергии. Плотность энергии определяется как количество энергии, хранящейся в элементе или батарее, в зависимости от веса или объема.Таким образом, идеальной батареей была бы батарея, которая дает больше всего энергии, занимает наименьшее пространство и наименьший вес (без учета стоимости). Наиболее перспективными технологиями аккумуляторов, доступными сегодня, являются свинцово-кислотные (Pb-acid), никель-кадмиевые (NiCd), никель-металлогидридные (NiMH), литий-полимерные и литий-ионные аккумуляторы. Сравнение плотностей энергии показано на диаграмме выше. Помимо плотности энергии, существует множество факторов, которые влияют на тип батареи, выбранной для использования в электромобиле.К ним относятся стоимость, срок службы (количество циклов зарядки-разрядки до того, как емкость уменьшится с исходных 100% до 80%), быстрое или быстрое время зарядки и удельную мощность (максимальный ток нагрузки, который аккумулятор может обеспечить в течение очень короткого промежутка времени. ). Еще одним критерием выбора типа батареи, который тесно связан с плотностью энергии, является удельная энергия батареи.
Удельная энергия — это плотность энергии как функция времени, измеряемая в ватт-часах на единицу массы. Удельная энергия важна, потому что она влияет на количество аккумуляторов, необходимых для конкретного применения, и, в свою очередь, на массу или вес аккумуляторов, которые транспортному средству необходимо нести на борту, чтобы в конечном итоге обеспечить определенный запас хода только для электричества.Это наиболее важный фактор для электромобилей, поскольку он определяет их общий диапазон, но не столь критичный для электромобилей, которые несут большую часть своей энергии в виде газообразного или жидкого топлива. Вместо этого для HEV критическим параметром при выборе батареи становится удельная мощность батареи.
Поскольку HEV используют два разных источника энергии, потребности в энергии от батарей намного меньше, чем у электромобилей. Поскольку гибриды обычно зависят только от электрической энергии, хранящейся на борту, для обеспечения мощности для ускорения и подъема на холмы, ищутся батареи, которые имеют высокую удельную мощность и меньшую массу.Удельная мощность — это мощность на единицу массы, поэтому способность батареи обеспечивать высокое потребление тока в течение коротких периодов времени с меньшим весом является желаемой целью для HEV. Справа показана диаграмма, в которой сравнивается удельная мощность батарей разных типов. В настоящее время информация о литиевых батареях отсутствует.
Зарядные устройства для аккумуляторов восполняют энергию, потребляемую электромобилем, так же, как бензонасос заправляет бензобак. Одно существенное отличие состоит в том, что оператор электромобиля может полностью зарядить автомобиль за ночь дома, а не заправляться на заправочной станции.Зарядное устройство для аккумуляторов — это устройство, которое преобразует переменный ток, распределяемый электрическими предприятиями, в постоянный ток, необходимый для зарядки аккумулятора.
Вернуться к началу
Батарейная память
Часто можно услышать, что у батарейки есть память. Когда о «памяти» говорят в одном предложении с батареями, это означает, что батарея не достигла заявленной емкости. Если заявленная емкость аккумулятора составляет 100 ампер-часов, а напряжение отсечки постоянно достигается, когда после зарядки было израсходовано только 80% или 80 ампер-часов, это часто называют эффектом памяти.Есть много мнений по поводу того, есть ли у батареек память. Использование термина «память» для описания потери емкости, вероятно, является источником путаницы. Батарея может работать постоянно плохо, ее разрядная емкость находится в пределах от 2% до 3% в течение каждого цикла разрядки. А вот батарейки из «памяти» так не достают. Это несколько разных причин плохой работы, и, как правило, ответственность за этот эффект лежит на смотрителе аккумулятора.
Некоторые из наиболее распространенных причин проблем с производительностью, которые приписываются эффекту «памяти»:
1.Неправильная зарядка, т. Е. Постоянная перезарядка или недозаряд
2. Превышение пороговых значений температуры аккумулятора во время зарядки или разрядки
Так что же случилось с аккумулятором, который испытывает эффект «памяти»? Из-за различных типов батарей и используемых химикатов не существует единого общего термина, который можно было бы использовать для описания причин плохой работы всех батарей. Однако известно, что высокие температуры изменяют молекулярные структуры задействованных химикатов, что может привести к более высокому внутреннему сопротивлению внутри батареи, что приводит к снижению напряжения.Недозаряд может привести к накоплению сульфата свинца на пластинах свинцово-кислотных аккумуляторов, что также увеличивает внутреннее сопротивление аккумулятора, поскольку токи сужаются и не могут проходить через всю поверхность пластин. Перезарядка может иметь тот же эффект, что и высокая температура, изменяя кристаллическую структуру химических веществ внутри батареи.
Можно ли стереть «память» батареи? В большинстве случаев ответ — «да». При правильном выполнении нескольких циклов зарядки / разрядки эффект памяти может быть разрушен, и емкость аккумулятора вернется к исходному значению.Однако в некоторых случаях, если батарея плохо обслуживалась в течение длительного периода времени (месяцев), возможно, что произошло необратимое повреждение, а срок службы и емкость батареи определены и не могут быть исправлены.
Типы зарядки
Существует несколько различных типов зарядных устройств в зависимости от способа управления скоростью зарядки.
Постоянное напряжение
Приложено постоянное напряжение, и ток течет в батарею (максимальный ток возникает, когда батарея полностью разряжена, и снижается до низкого, когда батарея почти заряжена.) Электроника на зарядках постоянного напряжения относительно проста, поэтому эти типы зарядных устройств, как правило, дешевле.
Вернуться к началу
Комбинация постоянного тока / постоянного напряжения
Цикл заряда начинается с высокого постоянного тока до тех пор, пока напряжение не достигнет установленного значения, затем переходит в режим управления постоянным напряжением. Это наиболее совершенный из основных типов зарядных устройств для аккумуляторов, который обычно увеличивает срок службы аккумулятора за счет уменьшения нагрева во время процесса зарядки.Эти зарядные устройства также имеют тенденцию повышать производительность аккумулятора.
Импульсная зарядка
Один из современных методов зарядки, оцениваемых в настоящее время, исключает необходимость постоянного тока и / или постоянного напряжения с помощью «пульсирующего» напряжения. Применяется серия очень сильных импульсов тока и напряжения до тех пор, пока напряжение батареи не достигнет заданного значения. Основным преимуществом импульсного зарядного устройства является значительное снижение тепловыделения, что позволяет зарядному устройству работать при высоком уровне напряжения, даже когда аккумулятор почти полностью заряжен.Кроме того, уменьшение тепла приводит к уменьшению «потерянной» энергии. Таким образом, импульсная зарядка может значительно сократить время зарядки и более энергоэффективна.
Несмотря на то, что существует множество типов зарядных устройств для аккумуляторов, производитель транспортного средства предоставит или порекомендует подходящее зарядное устройство для аккумуляторов в электромобиле.
Вернуться к началу
Расположение зарядного устройства / варианты соединения
Зарядные устройства для аккумуляторов электромобилей
могут быть бортовыми (в электромобиле) или за бортовыми (в фиксированном месте).Как и у многих других вариантов, у обоих типов есть свои преимущества и недостатки. Если зарядное устройство установлено на борту, аккумуляторы можно заряжать в любом месте, где есть электрическая розетка. Недостатком бортовых зарядных устройств является ограничение их выходной мощности из-за ограничений по размеру и весу, продиктованных конструкцией автомобиля. Выходная мощность внешних зарядов ограничена только способностью аккумуляторов принимать заряд. Владелец электромобиля может сократить время, необходимое для зарядки аккумуляторов с помощью мощного внешнего зарядного устройства, однако возможность зарядки в разных местах ограничена.
Вернуться к началу
Способы зарядки
Существует два основных метода соединения, используемых для завершения соединения между электросетью, зарядным устройством и автомобильным разъемом. Первый — это традиционная вилка (называемая токопроводящей муфтой). При таком подключении оператор электромобиля подключает свой автомобиль к соответствующей розетке (например, на 110 или 220 вольт), чтобы начать зарядку. Этот тип сцепления может использоваться с зарядным устройством в автомобиле (на борту) или вне автомобиля (вне автомобиля).
Второй тип связи называется индуктивной связью. В этом типе сцепления используется лопасть, которая вставляется в розетку на автомобиле. Вместо того, чтобы передавать мощность по прямому проводному соединению, мощность передается за счет индукции, которая представляет собой магнитную связь между обмотками двух отдельных катушек, одна в лопасти, а другая установлена в транспортном средстве.
Индуктивная зарядка
Индуктивное зарядное устройство не имеет прямого электрического соединения с автомобилем.Атмосферостойкая лопасть передает энергию на порт зарядки автомобиля через магнитное поле. Зарядные устройства для внедорожников Delco представляют собой безопасную и простую в использовании систему зарядки электромобилей. Вставка зарядного устройства — это все, что требуется для начала зарядки. Зарядку можно прекратить в любой момент, сняв переходник. Двунаправленная связь и встроенная диагностика обеспечивают безопасное соединение и предотвращают движение автомобиля при подключении.
Проводящая зарядка
В проводящем зарядном устройстве энергия передается транспортному средству через контакт металл-металл.Разъем, например AVCON (слева), надежно соединяет источник питания и порт зарядки автомобиля.
Вернуться к началу
Уровни заряда
Зарядные устройства
также классифицируются по уровню мощности, которую они могут обеспечить для аккумуляторной батареи:
Уровень 1 — Обычный бытовой тип цепи, рассчитанный на 120 вольт / переменного тока и на 15 ампер.
Зарядные устройства
уровня 1 используют стандартное бытовое трехконтактное соединение и обычно считаются портативным оборудованием.
Уровень 2 — Оборудование электропитания с постоянной проводкой, используемое специально для зарядки электромобилей, рассчитанное на напряжение до 240 вольт / переменного тока, до 60 ампер и до 14,4 киловатт.
Уровень 3 — Постоянно подключенное оборудование для электропитания электромобилей, используемое специально для зарядки электромобилей и имеющее номинальную мощность более 14,4 киловатт. Зарядные устройства для быстрой зарядки относятся к уровням 3. Однако не все зарядные устройства уровня 3 считаются устройствами быстрой зарядки. Это зависит от размера аккумуляторной батареи, которую необходимо зарядить, и от того, сколько времени требуется для зарядки аккумуляторной батареи.Зарядное устройство можно считать быстрым зарядным устройством, если оно способно заряжать аккумуляторную батарею среднего электромобиля за 30 минут или меньше.
Вернуться к началу
Управление батареями
Из-за стольких различий в зарядных устройствах и методах зарядки существовала необходимость контролировать состояние заряжаемых и разряжаемых аккумуляторов. Были разработаны системы управления батареями (BMS), которые управляются микропроцессором, что позволяет программировать алгоритмы заряда в системе практически для всех различных типов батарей.Эти системы контролируют энергию, потребляемую транспортным средством во время движения, а также температуру, напряжение отдельных ячеек и общее напряжение блока. Тот же самый процесс контролируется в обратном порядке во время зарядки, создавая страховочную сетку в случае проблем с одной ячейкой в аккумуляторном блоке.
При существующих электромобилях и зарядных устройствах для зарядки аккумуляторной батареи электромобиля обычно требуется от нескольких часов до ночи. Время, необходимое для зарядки аккумуляторов электромобиля, зависит от общего количества энергии, которое может храниться в аккумуляторной батарее, а также от напряжения и тока (т.е., мощность) от зарядного устройства.
Новые разработки в области подзарядки аккумуляторов сокращают время, необходимое для зарядки аккумуляторов электромобилей, до 10-15 минут. Например, импульсные зарядные устройства для аккумуляторов продемонстрировали, что аккумуляторный блок электромобиля можно зарядить менее чем за 20 минут без его повреждения. Когда эта технология будет полностью развернута, электрические зарядные станции, аналогичные заправочным станциям, позволят оператору электромобиля быстро перезарядить аккумуляторную батарею.
Эта новая технология зарядного устройства в сочетании с усовершенствованными аккумуляторами с запасом хода до 200 миль между подзарядками предоставит водителю электромобиля такую же свободу передвижения по дороге, которой в настоящее время пользуются современные водители автомобилей с бензиновым двигателем.
Вернуться к началу
Принадлежности (электрические стеклоподъемники, обогреватель, воздушный, гидроусилитель руля и т. Д.)
Электромобиль поддерживает те же дополнительные функции, что и транспортное средство с двигателем внутреннего сгорания. Эти аксессуары включают радио, освещение, отопление и кондиционер, гидроусилитель руля, а для более крупных транспортных средств, таких как грузовики и автобусы, — воздушную систему.Однако способ, которым эти устройства получают питание, очень отличается. Двигатель внутреннего сгорания оборудован генератором на 12 вольт. Источником тепла для автомобиля является система охлаждения двигателя. Кондиционер и гидроусилитель руля выполняются с помощью системы ремня и шкивов, которая взаимодействует с насосом для гидроусилителя руля и компрессором для кондиционирования воздуха. Поскольку в электромобилях не используется двигатель, были разработаны альтернативные методы работы с электромобилями.
Дополнительная система на 12 В, которая подает питание на такие устройства, как фонари, радио, систему стеклоочистителей и омывателей, электрические стеклоподъемники и дверные замки или любое другое электрическое устройство на транспортном средстве, потребляет энергию от основной тяговой батареи.Вспомогательная система не работает на том же уровне напряжения, что и тяговая система (система, которая обеспечивает питание колес), а вместо этого понижается с диапазона напряжения 324-216 В постоянного тока до 12 В постоянного тока с помощью устройства, называемого Преобразователь постоянного тока в постоянный.
Существует несколько различных методов обогрева электромобиля. Один из первых применявшихся методов был известен как нагрев «сопротивлением». Сопротивление нагрева осуществляется с помощью нагревательного элемента, аналогичного нагревательным элементам на плите или в духовке.Нагревательный элемент нагревается, когда подается электричество, и вентилятор обдувает элемент, чтобы рассеять тепло. К недостаткам этого метода можно отнести безопасность и эффективность. Тепловые элементы потребляют большое количество энергии. Другие альтернативные методы нагрева включали использование нагревателей, которые сжигали чистое топливо, такое как жидкий пропан или сжатый природный газ. В прошлом для охлаждения электромобилей использовалась стандартная технология кондиционирования воздуха, аналогичная домашним кондиционерам, устанавливаемым на окна.Эти кондиционеры были эффективны, хотя и неэффективны. Недавние разработки в области силовой электроники позволили производителям автомобилей установить эффективный реверсивный тепловой насос, который может охлаждать или нагревать электромобили.
Усилитель рулевого управления на электромобиле достигается путем добавления односкоростного двигателя постоянного тока и контроллера двигателя. Двигатель соединен с насосом гидроусилителя рулевого управления через шестерни или систему ремня и шкива. Задача контроллера мотора — поддерживать постоянную скорость вращения мотора при различных нагрузках.В воздушной системе на больших грузовиках и автобусах используется та же самая методология с двигателем постоянного тока, вращающим вал воздушного компрессора. Здесь важно понимать, что двигатели постоянного тока включаются и остаются включенными только в том случае, если транспортному средству требуется пневматический или усилитель рулевого управления. Если автомобиль остановлен, усилитель рулевого управления не нужен, и двигатель рулевого управления с усилителем отключится. Когда воздушные баллоны полны, этот двигатель также отключается.
Дело не только в батарее, ребята
Двигатели внутреннего сгорания существуют уже около 140 лет.За это время мы полностью разобрались во всех их нюансах. Мы можем поговорить с нашими друзьями о степени сжатия, мощности и фазах газораспределения. Мы знаем преимущества рабочего объема и эффективность турбин. Встречающиеся машины быстро превращаются в океаны лопнувших капотов. Даже самые передовые технологии двигателей в новейшем гиперкаре тщательно анализируются в автомобильных СМИ. Мы знаем двигатели. Мы говорим о двигателях. Нам нравятся двигатели .
Нам не нравятся двигатели , то есть электрические.Вы знаете, те, которые существуют уже почти 250 лет и приводили в движение автомобили в 1880-х годах, пока бензиновые двигатели не обогнали их из-за их запаса хода и быстрой дозаправки. (Один из первых изобретателей асинхронных двигателей переменного тока: Никола Тесла.) Наше коллективное и практически полное отсутствие знаний о том, что на самом деле приводит в движение колеса всех новых электромобилей на дорогах, действительно вызывает недоумение. Насколько серьезна эта проблема? Большинство владельцев электромобилей, вероятно, даже не знают , где моторы в их автомобилях, или сколько их, или как они выглядят.
Что еще хуже: технической информации мало, и ее можно найти только на форумах и сайтах, посвященных узкоспециализированным технологиям. Примите во внимание также тот факт, что наш собственный Алекс Рой только что сделал обзор новенькой Tesla Model 3 и в 4000 тщательно продуманных словах ни разу не упомянул двигатель.
Не то чтобы его можно было винить: на странице Tesla Motors о Model 3, которая включает раздел «спецификации», сам двигатель вообще не упоминается. Кроме того, в прошлогодней заявке компании в Агентство по охране окружающей среды на получение сертификата соответствия для автомобиля 250 слов было посвящено описанию батареи, но только 20 — двигателю.(Это «3-фазный 6-полюсный двигатель переменного тока с внутренними постоянными магнитами» мощностью 258 л.с. или 192 кВт и крутящим моментом 317 фунт-фут, если вам интересно.) Точно так же страница Chevrolet о его новом Bolt EV не упоминает двигатель, за исключением того, что у автомобиля есть «электропривод». Даже BMW — компания, у которой в буквальном смысле слова «мотор» вместо среднего имени — только соизволила раскрыть на своей странице продукта i3, что мотор «синхронный по переменному току». Между тем, двигатель базовой модели 3-й серии после нескольких щелчков мышью описывается как «2.0-литровый рядный 4-цилиндровый 16-клапанный двигатель BMW TwinPower Turbo мощностью 180 л.с., сочетающий в себе турбонагнетатель Twin-Scroll с регулируемым клапаном (Double-VANOS и Valvetronic) и высокоточным прямым впрыском ». Это до того, как сайт перейдет к описанию электронного управления дроссельной заслонкой двигателя, функции автоматического запуска и остановки, системы прямого зажигания с контролем детонации, электронного управления охлаждением двигателя (охлаждение карты), рекуперации энергии торможения и управления динамикой движения с помощью Eco Pro, Comfort, и спортивные настройки.
Среди рецензентов Рой далеко не единственный, кто недооценивает двигатель. В большинстве обзоров электромобилей эта ключевая часть технологии не затрагивается, за исключением того, что отмечается их относительная бесшумность, крутящий момент, простота и низкие требования к обслуживанию в долгосрочной перспективе. Большая часть пространства, отведенного под трансмиссию, вместо этого сосредоточена на батарее — ее размера, конструкции и состава, где она находится, какой у нее запас хода, сколько дней требуется для полной зарядки и т. Д.
тесла
Размещение электродвигателя Tesla Model S P 90D
Но тогда трудно винить людей в том, что им наплевать.Большинство потребителей — черт возьми, даже автомобильные фанаты — не обладают знаниями или словарным запасом, чтобы авторитетно говорить об электродвигателях, и на первый взгляд кажется, что есть очень мало признаков того, что есть что-то значимое для обсуждения о них. Гораздо труднее восхищаться, скажем, разницей между постоянными магнитами и индукцией переменного тока, чем между двигателями V8 и шестерками с двойным турбонаддувом. Тот факт, что автопроизводители и СМИ не рекламируют автомобильные инновации, естественно, заставляет общественность предполагать, что там ничего особенного не происходит.
Вот только … это неправда.
Несмотря на то, что у электродвигателя есть собственный век прогресса, многое еще можно сделать. Во-первых, представьте, что большинство автопроизводителей открыли собственное производство двигателей. Если бы не было места для инноваций, они бы просто заказали их из каталога у внешних поставщиков. Более легкие материалы в конструкции двигателя, новые альтернативные решения для редкоземельных магнитов и оптимизированные общие рабочие характеристики для различных требований транспортных средств — все это очень важно для инженеров автомобилестроения.И это только начало, — говорит Венкат Вишванатан, профессор машиностроения в Университете Карнеги-Меллона, изучающий характеристики электромобилей.
«Карта КПД двигателя, то есть его КПД как функция крутящего момента и скорости, определяет энергопотребление для потребительских автомобилей, а характеристики пиковой мощности являются важным фактором для требований высокой производительности», — сказал Вишванатан. «Кроме того, нагрев работающих двигателей на высоких скоростях — еще одна область, в которой есть возможности для инноваций и развития.
Если немного углубиться, становится ясно, какая часть упомянутой оптимизации и развития действительно происходит. Один из ключевых вариантов — это общий тип двигателя. «Обычно большинство производителей используют синхронные двигатели, но постоянный магнит или электромагнит сильно влияет на производительность», — сказал Вишванатан.
Tesla, например, хотя обычно очень молчаливо рассказывала о своих инновациях, в своей Model 3 внесла существенные изменения в решение использовать электродвигатель с постоянными магнитами вместо асинхронного двигателя переменного тока, который она использовала до сих пор.Ключевое отличие заключается в том, что асинхронные двигатели переменного тока должны использовать электричество для генерации магнитных токов внутри двигателя, которые вызывают вращение ротора, тогда как двигатели с постоянными магнитами не требуют этого дополнительного тока, поскольку его магниты созданы из редкоземельных материалов. — всегда включены. Все это означает, что двигатель Model 3 более эффективен и, следовательно, лучше для небольших и легких автомобилей, но не идеален для высокопроизводительных автомобилей, поскольку асинхронный двигатель переменного тока может производить большую мощность. Chevy Bolt использует аналогичную стратегию по той же причине.
Дженерал Моторс
Электродвигатель Chevrolet Bolt
В других случаях производитель сосредоточится на способах снижения стоимости двигателя, чтобы сделать электромобили более доступными. Геральдо Стефанон, старший технический директор технического центра Toyota в Анн-Арборе, штат Мичиган, говорит, что компания в основном производит свои моторы в Японии, имея в виду оптимизацию производства.
«Наша задача и задачи других автопроизводителей — найти способы упростить производство при одновременном повышении эффективности и производительности двигателей, но с меньшими затратами», — сказал он. «В Prius 2016 года было внесено несколько усовершенствований двигателя, включая использование различных материалов и элементов управления, которые минимизируют затраты и потери мощности. Стоимость Toyota Hybrid System II была снижена более чем на четверть от первоначальной стоимости THS, представленной с первым Prius ».
В своих усилиях по электрификации Honda горячо стремилась к повышению производительности и эффективности, которые могут обеспечить тщательно спроектированные двигатели.Его Twin Motor Unit, установленный в гибридных системах кроссовера Acura MDX, седана RLX и суперкара NSX, спроектирован таким образом, чтобы быть компактным, с двумя небольшими 36-сильными двигателями, расположенными спина к спине в едином корпусе, расположенном между передней частью (NSX ) или задних (MDX, RLX) колес. Эта конфигурация обеспечивает точное векторизацию крутящего момента в полноприводной установке, когда обычный или гибридный двигатель передает мощность на другую ось. Преимущества в производительности проистекают из способности двигателей поочередно передавать крутящий момент или сопротивление при регулировании мощности на отдельные колеса.Двигатели, как и в других электромобилях и гибридах, также обеспечивают рекуперативное торможение, при котором двигатели действуют как генераторы для зарядки аккумулятора автомобиля при движении накатом или даже обеспечивают тормозное действие благодаря встроенному сопротивлению при выработке этой мощности, если настроено. сделать так.
Honda
Размещение передних моторов в Acura NSX
Кроме того, Honda уменьшила размеры двигателей в новом Accord Hybrid, используя квадратные медные провода вместо круглых в статоре — неподвижной части электродвигателя, которая генерирует переменное магнитное поле для вращения ротора, — поскольку квадратные провода вмещают больше компактно и плотно.Инженеры также использовали три меньших магнита вместо двух больших для двигателя, что помогает улучшить крутящий момент, говорится в сообщении компании. Все эти изменения улучшили мощность автомобиля на 14,8 лошадиных сил до 181 и крутящий момент на 6 фунт-футов до 232.
Honda также хорошо известна своими интегрированными электрическими моторами, которые устанавливаются между двигателем и трансмиссией в гибридных моделях. «Приводные двигатели Honda специально разработаны для этих целей», — отметил инженер от имени компании. «Характеристики мощности и крутящего момента, соотношение диаметра / длины, скорость и эффективность охлаждения оптимизированы для достижения желаемой производительности при размещении в ограниченном пространстве.Это не стандартные компоненты ».
В будущем производительность и эффективность двигателей, естественно, будут расти. Некоторые новаторы будут искать магниты, изготовленные с использованием более дешевых и не редкоземельных элементов, как это недавно сделала компания Honda в рамках проекта разработки с Daido Steel. Их неодимовый магнит не содержит тяжелых редкоземельных материалов, но по-прежнему достаточно мощный для использования в транспортных средствах. Скорость мотора также улучшится; сейчас они колеблются от примерно 12 000 до 18 000 об / мин, но исследователи разрабатывают двигатели, которые могут развивать скорость до 30 000 об / мин, с тем преимуществом, что меньший и более легкий двигатель может выполнять работу более крупного, который вращается медленнее.
Также будет улучшено управление температурным режимом, что еще больше повысит эффективность, и будут разработаны совершенно новые двигатели, такие как сверхлегкие двигатели со ступицей в колесах, которые уже применялись в прошлом, но обычно препятствуют использованию тяжелого оборудования. Наконец, сейчас популярность Формулы E растет, а гоночные компании, такие как McLaren и Andretti Motorsport, активно развивают свои моторные технологии, оттачивая все, от размещения двигателя до управляющей электроники, даже оптимизируя размещение проводов для минимизации электронных помех — это только вопрос До того, как все машины на автосалоне демонстрируют модернизированные электродвигатели.
Индукция против. КПД двигателя с постоянным магнитом
Поскольку электрификация автомобилей продолжается ускоренными темпами, многие задаются вопросом, какой тип двигателя лучше всего подходит для современной электрической трансмиссии.
Может быть трехфазный асинхронный двигатель или двигатель с постоянными магнитами? Оба мотора в настоящее время используются в электромобилях. Оба предлагают высокую эффективность и хорошую производительность. Но что лучше?
Существует веских аргументов в пользу того, что двигатель с постоянными магнитами превосходит двигатель по сравнению с асинхронным двигателем.Неотъемлемые преимущества порошковой металлургии — возможность повышения производительности двигателя и снижения общей стоимости — могут быть эффективным инструментом при производстве этих приводных систем.
Давайте проведем несколько сравнений эффективности асинхронных двигателей с двигателями с постоянными магнитами, чтобы увидеть их преимущества и потенциальные недостатки. Мелкие детали конструкции электродвигателя более сложны, чем описано ниже, но это отличное начало для тех, кто взвешивает свои варианты.
КПД двигателя с постоянным магнитом
Как следует из названия, электромотор с постоянными магнитами использует постоянные магниты на роторе (см. Рисунок ниже).Переменный ток, приложенный к статору, приводит к вращению ротора. Поскольку магниты постоянно намагничены, ротор может работать синхронно с коммутируемым переменным током. Исключается проскальзывание, необходимое в асинхронных двигателях, повышает тепловую эффективность.
Собственный КПД двигателя с постоянными магнитами выше, чем у асинхронного двигателя. Оба двигателя имеют трехфазную конструкцию благодаря полностью оптимизированной производительности. Однако асинхронные двигатели были разработаны для работы в основном на частоте 60 Гц. При увеличении частоты потери на вихревые токи в асинхронных двигателях будут намного больше, чем в двигателях с постоянными магнитами, использующих технологию порошкового металла.
Независимо от того, как вы изгибаете или формируете асинхронный двигатель, хорошо спроектированный синхронный двигатель с постоянными магнитами обеспечит увеличенный диапазон, лучшую производительность и т. Д.
Использование материалов двигателя с постоянным магнитом
В постоянном магните ротор теперь может быть сплошной деталью, например, из магнитного материала порошковой металлургии, полученного методом прессования и спекания.Вы можете сконструировать ротор таким образом, чтобы магниты были приклеены к внешнему диаметру или заключены в ротор, как показано ниже:
( Сравнение асинхронного двигателя переменного тока и двигателя с постоянными магнитами)
Необязательно делать из листовой электротехнической стали! Ротор из порошкового металла может иметь прорези, которые вы видите на изображении выше, спроектированные за счет чистой формы порошкового металла, что устраняет необходимость в дорогостоящей механической обработке. Используя спеченный магнитомягкий материал, силовой металлический ротор для двигателя с постоянными магнитами может достигать прочности, аналогичной конкурирующим процессам.
Однако индукционный ротор по-прежнему требует штамповки и ламинирования. В процессе штамповки образуется гораздо больше отходов, чем при порошковой металлургии.
Применение постоянных магнитов в двигателях
Постоянный двигатель мощностью 50 кВт (около 70 л.с.) обычно весит менее 30 фунтов. (Обратите внимание, что вам все равно понадобится инвертор постоянного тока в переменный, чтобы генерировать достаточное напряжение и частоту.)
Использование двигателей с постоянными магнитами в автомобильной промышленности включает Chevy Volt (производство прекращено), Chevy Bolt и Tesla Model 3.
Chevy Bolt — это конструкция мощностью 200 л.с. с магнитами внутри ротора. В нем используется односкоростной редуктор с соотношением 7,05: 1 для привода колес. Общедоступных оценок веса нет.
Tesla Model 3 также использует двигатель с постоянными магнитами. Доступно очень мало деталей, но ходят слухи, что магниты расположены в виде массива Halback. Этот массив фокусирует магнитные линии потока для полной оптимизации производительности.
Скорость двигателя с постоянными магнитами такая же, как и у его индукционного аналога:
Нс = 120 * частота / количество полюсов
(Ns — синхронная скорость.Число полюсов — это общее число полюсов на фазу, включая северный и южный полюса.)
Помните, что ротор не будет скользить относительно рабочей частоты статора.
Стоимость Vs. Производительность
Одно из основных соображений при использовании двигателей с постоянными магнитами — это стоимости магнитов. Если вы использовали высокоэнергетические магниты (такие как железо, неодим, бор), вы почувствовали боль в своем бюджете (или у вашего начальника). Потенциальные потери при штамповке ламинирующего материала только усугубляют проблему.
Возможности для порошковой металлургии в этих типах двигателей изобилуют. Роторы двигателя с постоянными магнитами могут быть изготовлены из спеченного порошкового металла, независимо от того, выбираете ли вы внутреннюю или внешнюю конструкцию. Статор также может быть изготовлен из магнитомягких композитов. При ожидаемых высоких частотах переключения потери в SMC ниже, чем в ламинированном 3% кремниевом железе , что еще больше повышает эффективность этой конструкции. Проще говоря, магнитомягкие композиты созданы специально для высоких частот.
Металлический порошок может повысить эффективность двигателя с постоянными магнитами по сравнению с асинхронным двигателем. Возможности порошковой металлургии создавать трехмерные формы позволяют формировать статор, полностью покрывающий весь провод магнитомягким композитом, чтобы исключить потери на конце витка. .
Это некоторые из многих преимуществ, которые предлагает металлический порошковый металл — как спеченные магнитомягкие материалы, так и SMC.
(Кривая КПД двигателя с постоянным магнитом в зависимости отасинхронные двигатели. Эта диаграмма характеристик была разработана для частоты сети около 60 Гц. По мере увеличения частоты ожидайте, что производительность станет еще лучше. График любезно предоставлен Empowering Pumps & Equipment )
Вышеупомянутое обсуждение было сосредоточено на рассмотрении двигателей с постоянными магнитами, в которых используются конструкции статора, подобные тем, что используются в асинхронных двигателях переменного тока. Однако было сделано основных разработок в конструкции новых типов двигателей , в которых также используются постоянные магниты для повышения эффективности электродвигателя.
Linear Labs разработала новую схему двигателя, сочетающую высокую эффективность с прочной конструкцией. Это устраняет некоторые из дорогих редкоземельных магнитов, с которыми вы привыкли годами.
Мы думаем, что двигатели с постоянными магнитами — это волна будущего. Для полноты картины давайте теперь посмотрим на конструкцию асинхронного двигателя, с которой работают 90% инженеров.
КПД трехфазного асинхронного двигателя переменного тока
Никола Тесла изобрел асинхронный двигатель в 1883 году.По сути, это та же базовая конструкция статора, что и у постоянного двигателя, но без постоянных магнитов.
Его основной принцип работы заключается в том, что магнитное поле, создаваемое в статоре, создает встречный ток в стержнях ротора. Индуцированный ток ротора затем создает магнитное поле в пластинах ротора. Это противоположное поле заставляет ротор вращаться — при переключении тока статора ротор всегда отстает и заставляет ротор вращаться.
Преимущества этого индуцированного магнитного поля заключаются в том, что не нужны ни щетки, ни обмотка ротора.Двигатели этого типа:
Надежный
Прочный
Низкие эксплуатационные расходы
Выше представлена типичная конфигурация асинхронного двигателя. Обратите внимание, что ротор имеет пластинки в сердечнике и электропроводящий материал (медь или алюминий) в пазах ротора, так называемые стержни ротора.
Для большинства промышленных применений (более 1 л.с.) и автомобильных трансмиссий трехфазный асинхронный двигатель является самым распространенным явлением.В этой конструкции три фазы обернуты вокруг статора таким образом, что обеспечивает более плавную работу и высокий КПД. Трехфазные двигатели переменного тока самозапускаются при подаче напряжения на обмотки статора. Во многих случаях так называемые стержни ротора расположены под углом для увеличения крутящего момента.
КПД асинхронного двигателя переменного тока на практике
Трехфазное использование в промышленных приложениях относительно просто, поскольку входящее напряжение уже является трехфазным. Однако в автомобильной промышленности вам необходимо преобразовать мощность постоянного тока аккумулятора в трехфазный переменный ток.Это происходит через преобразователь постоянного тока в переменный.
В асинхронных двигателях переменного тока необходимо учитывать скорость ротора относительно входящей частоты переменного тока. Первоначально это определяется так называемой синхронной скоростью. Для асинхронного двигателя переменного тока синхронная скорость рассчитывается следующим образом:
Нс = 120 * частота / количество полюсов
(Помните, что Ns — это синхронная скорость. Число полюсов — это общее число полюсов на фазу, включая как северный, так и южный полюса.)
Для двухполюсного асинхронного двигателя переменного тока, работающего при 60 Гц, синхронная скорость двигателя будет 3600 об / мин. Однако, если бы в этой конфигурации ротор вращался со скоростью 3600 об / мин, у вас был бы нулевой крутящий момент от двигателя. В идеале должно быть некоторое проскальзывание ротора относительно частоты; обычно это около 5%. Таким образом, эти двигатели считаются асинхронными двигателями.
КПД трехфазных асинхронных двигателей может варьироваться от 85% до 96%. См. Таблицу ниже для зависимости крутящего момента отсоскальзывать.

(Типичный крутящий момент в зависимости от скольжения для асинхронных двигателей переменного тока — любезно предоставлено All About Circuits )
Асинхронные двигатели мощностью 50–100 л.с. для промышленного применения имеют вес от 700 до почти 1000 фунтов. Слишком тяжело для автомобильной промышленности, не так ли?
Утверждается, что некоторые модели асинхронных двигателей Tesla весят всего 70 фунтов. и может генерировать 360 л.с. при 18 000 об / мин. Общий вес двигателя и инвертора составляет около 350 фунтов.- все еще намного легче, чем средний двигатель внутреннего сгорания.
Этот двигатель представляет собой трехфазный двигатель с восемью полюсами на фразу, что означает, что частота переменного тока, используемая для выработки этой мощности, составляет около 1200 Гц. На этих рабочих частотах вихретоковый нагрев ламинирующего материала будет довольно высоким. Этот автомобильный мотор Tesla требует значительного охлаждения, чтобы не допустить его перегрева. Также немного иронично, что GM дебютировала в своем автомобиле EV1 в середине 90-х с асинхронным двигателем, который был ограничен тем фактом, что он использовал свинцово-кислотные батареи вместо литий-ионных батарей.
Стоимость асинхронных двигателей
Ключевым преимуществом асинхронных двигателей переменного тока для электромобилей является стоимость. Они относительно дешевы в постройке.
В индукционных конструкциях
переменного тока используются стальные листы как в статоре, так и в роторе; их можно штамповать почти одновременно из одного листа материала. Другими словами, процент брака намного ниже, чем у вашей средней работы по штамповке.
Однако уникальный дизайн автомобильного мотора Tesla немного дороже.Трудно найти точную цену в Интернете, но вариант с полным приводом для Tesla добавляет около 4000 долларов к общей стоимости автомобиля. Вы также должны учитывать повышенные требования к охлаждению на этих высоких частотах переменного тока.
Индукция против. Эффективность двигателя с постоянным магнитом: победитель …
Несмотря на преимущества использования магнитомягких материалов в двигателе с постоянными магнитами — SMC не являются фактором в индукционных конструкциях — выбор типа двигателя для вашей трансмиссии затруднен.У каждого есть свои преимущества и недостатки.
Несмотря на то, что асинхронный двигатель переменного тока был впервые разработан более 100 лет назад, он по-прежнему жизнеспособен благодаря повышению эффективности и производительности в 20-м и 21-м веках. Двигатель с постоянными магнитами — относительная новинка, но обещает более высокую производительность и, возможно, меньший вес.
Основным камнем преткновения для двигателей с постоянными магнитами является потенциально высокая стоимость магнитов. К счастью, на горизонте есть многообещающие разработки, которые могут устранить этот недостаток.
Мы пользуемся услугами уважаемого дизайнера двигателей, чтобы помочь клиентам с такими проектами. Если вам нужна помощь в разработке компонентов, чтобы в полной мере использовать весь потенциал порошковой металлургии для магнитных приложений переменного или постоянного тока, посетите наш новый ресурсный центр или свяжитесь с нами!
Расчет размеров двигателя
Правильный размер и выбор двигателя для вашего оборудования являются ключом к обеспечению производительности, надежности и стоимости оборудования.В дополнение к приведенной ниже информации по правильному подбору двигателя Oriental Motor предлагает онлайн-инструменты для выбора двигателя, а также помощь сотрудников нашей службы технической поддержки.
Наша служба технической поддержки готова помочь вам правильно определить размер и выбрать двигатель в зависимости от вашего индивидуального применения. Просто позвоните по телефону 1-800-GO-VEXTA (468-3982) (с понедельника по пятницу с 7:30 до 17:00 по тихоокеанскому стандартному времени).
Процедура отбора
Первым делом необходимо определить приводной механизм для вашего оборудования.Некоторые примеры: прямое вращение, шариковый винт, ремень и шкив или рейка и шестерня. Наряду с типом приводного механизма необходимо также определить размеры, массу, коэффициент трения и т. Д., Необходимые для расчета нагрузки:
Размеры и масса (или плотность) груза
Размеры и масса (или плотность) каждой детали
Коэффициент трения скользящей поверхности каждой подвижной части
Далее вам необходимо будет определить требуемые характеристики оборудования:
Скорость движения и время работы
Расстояние позиционирования и время позиционирования
Разрешение
Точность остановки
Удержание позиции
Электропитание и напряжение
Операционная среда
Конкретные особенности и требования, такие как; Разомкнутый цикл, замкнутый цикл, программируемый, обратная связь, рейтинг IP, утверждения агентов и т. Д.
Чтобы определить требуемую мощность двигателя, необходимо вычислить три фактора; Момент инерции, крутящий момент и скорость. (Обратитесь к нижеследующим разделам по расчетам для каждого.)
После того, как вы рассчитали инерцию, крутящий момент и скорость двигателя, вы выберете тип двигателя на основе требуемых характеристик. Oriental Motor предлагает широкий ассортимент шаговых двигателей, серводвигателей, двигателей переменного тока и бесщеточных двигателей для удовлетворения конкретных потребностей вашего оборудования.
Наконец, после выбора типа двигателя вы сделаете окончательное определение двигателя, подтвердив, что характеристики выбранного двигателя (и редуктора, если применимо) удовлетворяют всем требованиям, таким как механическая прочность, время ускорения и момент ускорения.
Расчет размеров двигателя
При выборе двигателя необходимо учитывать три фактора; Момент инерции, крутящий момент и скорость.
Момент инерции
Момент инерции — это мера сопротивления объекта изменениям скорости его вращения.
Когда объект просто сидит без движения, момент инерции равен 0.
Когда вы пытаетесь заставить его двигаться, что означает, что вы хотите изменить скорость объекта с 0 на любую, возникнет эффект момента инерции.
Основная инерция (Дж) Уравнение :
Расчет момента инерции вращающегося объекта
Расчет момента инерции цилиндра
Расчет момента инерции полого цилиндра
Расчет момента инерции для смещенной оси
Расчет момента инерции для прямоугольной опоры
Расчет момента инерции для объекта в линейном движении
Единицы измерения момента инерции
Единицы инерции обычно используются двумя способами: унций на дюйм² и унций на дюйм² .Первое включает в себя гравитацию, второе — только массу.
Теоретически инерция — это фактор массы, поэтому он не должен включать гравитацию, однако практически мы не можем легко измерить массу на Земле.
Oriental Motor обычно обеспечивает инерцию в унциях на дюйм. Затем, когда мы вычисляем момент ускорения в расчете крутящего момента, мы делим общую инерцию на силу тяжести.
Плотность = 386 дюйм / сек²
унций-дюйм² = момент инерции в зависимости от веса
унций / сек² = момент инерции относительно массы
Вычисление унций-дюймов² до унций-дюймов²
Момент
Крутящий момент — это стремление силы вращать объект вокруг оси.Крутящий момент состоит из двух компонентов; компонент нагрузки (постоянный) и компонент ускорения.
Составляющая момента нагрузки обычно возникает из-за трения и / или силы тяжести и всегда действует на двигатель. Этот компонент обычно можно определить путем расчета или путем наложения динамометрического ключа на систему и считывания значения крутящего момента. Когда его невозможно измерить, мы используем некоторые уравнения для расчета приблизительного значения.
Однако ускоряющий момент действует на двигатель только тогда, когда он ускоряется или замедляется.Как только двигатель работает с постоянной скоростью, этот компонент уходит. Измерять составляющую ускорения сложно, не говоря уже об опасности. Если вы хотите, чтобы нагрузка набирала скорость в течение 50 миллисекунд, вполне вероятно, что динамометрический ключ слетит. Поэтому рассчитываем составляющую ускорения. Этот компонент является функцией инерции системы и скорости ускорения. Итак, как только мы определим эти значения, мы сможем вычислить момент ускорения.
Момент нагрузки ( T )
Нагрузка крутящего момента очень проста.
Как вы видите, крутящий момент в этом уравнении является произведением силы и расстояния между силой и центром вращения. Например, если вы хотите удержать силу, действующую на конец шкива, T = F x r . Таким образом, расчет момента нагрузки определяет силу в системе и логическое расстояние между валом двигателя и местом действия силы.
Когда механика усложняется, нам нужно преобразовать F и r, чтобы они соответствовали механике.
Момент нагрузки — фактическое измерение
Если вы можете измерить силу, это наиболее точный способ найти силу, поскольку он учитывает всю эффективность и коэффициент трения на каждой детали.
FB = Усилие, когда главный вал начинает вращаться
Сил
Есть три типа сил; вертикальные, горизонтальные и наклонные. Сила варьируется в зависимости от того, как она действует.
Расчет вертикальной силы
Расчет горизонтальной силы
Расчет силы наклона
Расчет момента нагрузки — шарико-винтовая передача
Расчет момента нагрузки — привод шкива
Расчет крутящего момента под нагрузкой — тросовый или ременной привод, реечный и шестеренный привод
Момент ускорения
Как упоминалось ранее, момент ускорения состоит из инерции и скорости ускорения.Если нам известны эти два значения, мы можем рассчитать момент ускорения.
Расчет момента ускорения ( Ta )
Если скорость двигателя изменяется, всегда необходимо устанавливать момент ускорения или момент торможения.
Основная формула одинакова для всех двигателей. Однако используйте приведенные ниже формулы при вычислении момента ускорения для шаговых или серводвигателей на основе скорости импульса.
Общая формула для всех двигателей
При расчете момента ускорения для шаговых или серводвигателей на основе скорости импульса
Есть два основных профиля движения.Операция ускорения / замедления является наиболее распространенной. Когда рабочая скорость низкая и инерция нагрузки мала, можно использовать режим пуска / останова.
Расчет необходимого крутящего момента ( TM )
Требуемый крутящий момент рассчитывается путем умножения суммы крутящего момента нагрузки и крутящего момента ускорения на коэффициент безопасности.
Расчет эффективного момента нагрузки ( Trms ) для серводвигателей и бесщеточных двигателей серии BX
Когда требуемый крутящий момент двигателя изменяется со временем, определите, можно ли использовать двигатель, вычислив эффективный момент нагрузки.Эффективный крутящий момент нагрузки становится особенно важным для режимов работы, таких как операции с быстрым циклом, когда ускорение / замедление является частым. Рассчитайте эффективный момент нагрузки при выборе серводвигателей или бесщеточных двигателей серии BX.
Скорость
Скорость определяется путем вычисления расстояния, разделенного на время. Для шаговых или серводвигателей необходимо также учитывать время разгона.
Расчет стандартной скорости
Скорость = Расстояние / Время
Для шаговых или серводвигателей
Скорость = Расстояние / (Время — Время разгона ( t1 )
Хотите узнать больше?
Группа технической поддержки и инженеры компании
Oriental Motor будут работать с вами, чтобы определить лучшее решение для вашего приложения.
No related posts.

*Двигатель переменного тока*	*Двигатель постоянного тока*
Коробка передач односкоростная	Многоскоростная коробка передач
Легкий	Тяжелее при эквивалентной мощности
Дешевле	Дороже
95% КПД при полной нагрузке	85-95% КПД при полной нагрузке
Контроллер дороже	Простой контроллер
Мотор / контроллер / инвертор дороже	Мотор / контроллер дешевле

	*Тип щетки постоянного тока*	*Бесщеточный постоянный магнит постоянного тока*	*Индукция переменного тока*
Пиковая эффективность	85-89	95-97	94-95
КПД при нагрузке 10%	80-87	73-82	93-94
Макс.Обороты	4,000-6,000	4 000–10 000	9000-15000
Стоимость вала	100–150 долларов США	100–130 долл. США	50–75 долларов США
Относительная стоимость контроллера и щеток постоянного тока	1	3-5	6-8
1 л.с. = 746 Вт

Аккумулятор электромобиля, с видимыми элементами.	Аккумулятор электромобиля определяет запас хода, способность к ускорению и время перезарядки автомобиля.Поскольку батарея содержит энергию для питания электромобиля, и поскольку современные батареи не обеспечивают электромобили с таким же потенциалом дальности, как у автомобилей с ДВС, батареи и альтернативные варианты, такие как маховики и сверхконденсаторы, являются наиболее изученными областями в области электромобилей. Аккумуляторная батарея.
Элемент батареи обычно состоит из 4 основных компонентов, показанных слева. Ячейка содержит положительный и отрицательный электрод, электролит и сепаратор.Положительный электрод принимает электроны от внешней цепи, когда ячейка разряжена. Отрицательный электрод отдает электроны внешней цепи по мере разряда ячейки. Электролит обеспечивает механизм прохождения заряда между положительным и отрицательным электродами. Сепаратор электрически изолирует положительный и отрицательный электроды.

Тип батареи	Плотность энергии Вт · ч / кг	Плотность мощности Вт / кг	Срок службы батареи	Стоимость по шкале от 1 до 10
Свинцово-кислотный	35	150	500	1
Свинцово-кислотный улучшенный	48	150	800	3
GM Ovonic NiMH	70	220	> 600	8
SAFT NiMH	70	150	1,500	8
SAFT литий-ионный	120	230	600	9
Литий-полимерный	150	350	<600	10
Зебра хлорид натрия-никеля	86	150	<1000	4
Влияние на характеристики автомобиля	Диапазон	Разгон	Стоимость жизненного цикла, стоимость замены	Первоначальная стоимость, стоимость замещения

Выбор автомата защиты и контактора по мощности двигателя

Автомат защиты электродвигателя — как правильно подобрать?

Задачи устройств для защиты электродвигателей

Расчет автомата для электродвигателя

Современные устройства электрозащиты силовых агрегатов

Особенности защиты электрических двигателей в производственных условиях

Заключение

Выбор автоматических выключателей для электродвигателей

Выбор тока срабатывания для теплового и электромагнитного (комбинированного) расцепителя автоматического выключателя

Проверка чувствительности при однофазных КЗ

Как подобрать автоматический выключатель для двигателя

Очень интересные публикации по этой теме:

Как правильно подобрать автомат защиты двигателя

Выбор автоматических выключателей для электродвигателей

Выбор тока срабатывания для теплового и электромагнитного (комбинированного) расцепителя автоматического выключателя

Проверка чувствительности при однофазных КЗ

Автоматический выключатель для защиты электродвигателя — как правильно подобрать?

Задачи устройств для защиты электродвигателей

Расчет автомата для электродвигателя

Современные устройства электрозащиты силовых агрегатов

Особенности защиты электрических двигателей в производственных условиях

Заключение

Выбор автомата по мощности нагрузки и сечению провода

Выбор автомата по мощности нагрузки

Выбор автомата по сечению кабеля

Выбор автомата по току короткого замыкания КЗ

Выбор автомата по длительно допустимому току(ДДТ) проводника

Пример выбора автоматического выключателя

Сводная таблица для выбора автоматического выключателя для однофазной сети 220 В.

Сводная таблица для выбора автоматического выключателя для трехфазной сети 380 В.

Итоги

Как выбрать автоматический выключатель

Выбор автоматических выключателей

Правильный гид при выборе электродвигателя

Двигатели переменного и постоянного тока: различия и преимущества

Праймер по электродвигателям

Как работают электродвигатели

Компоненты главного двигателя

Типы электродвигателей: AC vs.Двигатели постоянного тока

Двигатель переменного тока по сравнению с двигателем постоянного тока Преимущества

Какой двигатель более мощный: переменного или постоянного тока?

Применение двигателей переменного и постоянного тока

Выбор правильного электрического Электродвигатель для вашего промышленного применения

Управление | Как выбрать двигатель для промышленного применения

электромобилей | Университет Теннесси в Чаттануге

Дело не только в батарее, ребята

Индукция против. КПД двигателя с постоянным магнитом

КПД двигателя с постоянным магнитом

Использование материалов двигателя с постоянным магнитом

Применение постоянных магнитов в двигателях

Стоимость Vs. Производительность

КПД трехфазного асинхронного двигателя переменного тока

КПД асинхронного двигателя переменного тока на практике

Стоимость асинхронных двигателей

Индукция против. Эффективность двигателя с постоянным магнитом: победитель …

Расчет размеров двигателя

Процедура отбора

Расчет размеров двигателя

Момент инерции

Единицы измерения момента инерции

Момент

Сил

Момент ускорения

Скорость

Хотите узнать больше?

Добавить комментарий Отменить ответ