Правильная мощность двигателя и преобразователя частоты – Статьи
Дата публикации: 28.03.2018
Производители электродвигателей и частотных преобразователей разработали различные методы для быстрого выбора мощности двигателей и частотных преобразователей под конкретную нагрузку оборудования. Такая же базовая процедура используется большинством инженерных приложений. Однако для инженеров важно четко понимать процедуру выбора.
Одна из лучших процедур использует простую нумерацию, основанную на кривых ограничения нагрузки, чтобы сделать основной выбор мощности двигателя. Эта процедура описана ниже. Затем проверяются другие факторы, чтобы обеспечить оптимальную комбинацию двигателя и преобразователя.
Рекомендуются 4 следующих принципа подбора:
Принцип выбора 1:
Во-первых, базовая скорость должно выбираться таким образом, чтобы двигатель работал как можно с большей скоростью, немного превышающей базовую скорость 50 Гц.
Это желательно, потому что:
- Тепловая мощность двигателя улучшается при f ≥ 50 Гц из-за более эффективного охлаждения на более высоких скоростях.
- Потери коммутации преобразователя минимальны, когда он работает в диапазоне ослабления поля выше 50 Гц.
- При постоянной нагрузке на крутящий момент достигается больший диапазон скорости, когда двигатель работает хорошо в диапазоне ослабления поля с максимальной скоростью. Это означает, что наиболее эффективное использование крутящего момента и скорости привода переменной скорости .
Типичные кривые крутящего момента и мощности при постоянном приводе мощности / крутящего момента
Это может означать экономию средств в виде меньшего двигателя и преобразователя .
Хотя многие производители утверждают, что их преобразователи могут производить выходные частоты до 400 Гц, эти высокие частоты практически не используются, за исключением особых (и необычных) исполнений.
Конструкция стандартных каркасных двигателей и снижение пикового крутящего момента в зоне ослабления поля ограничивают их использование на частотах выше 100 Гц.
Максимальная скорость, с которой может запускаться стандартный двигатель с короткозамкнутым ротором , должна всегда проверяться у изготовителя, особенно для более крупных 2-полюсных (3000 об / мин) двигателей более 200 кВт. Шум вентилятора, создаваемый двигателем, также значительно увеличивается по мере увеличения скорости двигателя.
Сравнение крутящего момента, создаваемого 4-полюсным и 6-полюсным двигателями , показано на рисунке 1. Это иллюстрирует более высокую крутящую способность 6-полюсной машины.
Сравнение предельных кривых тепловой мощности для двух двигателей с короткозамкнутым ротором мощностью 90 кВт
a) 90 кВт 4-полюсный двигатель (1475 об / мин)
b) 90 кВт 6-полюсный двигатель (985 об / мин)
Принцип выбора 2:
Выбор двигателя большей мощности просто для того, чтобы быть «безопасным», обычно не рекомендуется, потому что это означает, что также должен быть выбран преобразователь с увеличенным частотным диапазоном.
Преобразователи частоты, в частности, ШИМ-тип, рассчитаны на максимальное значение пикового тока, которое представляет собой сумму основных и гармонических токов в двигателе .
Чем больше двигатель, тем больше пиковые токи.
Чтобы избежать этого пикового тока, превышающего расчетный предел, конвертер никогда не должен использоваться с размером двигателя, большим, чем для указанного . Даже когда большой двигатель слегка загружен, его пики гармонических токов высоки.
Принцип выбора 3:
После выбора двигателя достаточно легко выбрать правильный размер преобразователя из каталога производителя . Обычно они рассчитаны на ток (не кВт) на основе определенного напряжения. Это следует использовать только в качестве руководства, поскольку преобразователи всегда должны выбираться на основе максимального непрерывного тока двигателя.
Хотя большинство каталогов основаны на стандартных номинальных значениях мощности двигателя IEC (кВт), двигатели разных производителей имеют несколько разные номинальные токи.
Преобразователи частоты Danfoss
Принцип выбора 4:
Хотя кажется очевидным, двигатель и преобразователь должны быть указаны для напряжения питания и частоты, к которой должен подключаться привод переменной скорости.
В большинстве стран, использующих стандарты IEC, стандартное напряжение питания составляет 380 вольт ± 6%, 50 Гц . В Австралии это 415 В ± 6%, 50 Гц . В некоторых приложениях, где мощность привода очень велик, часто экономично использовать более высокие напряжения для снижения стоимости кабелей. Другие обычно используемые напряжения 500 В и 660 В .
В последние годы преобразователи переменного тока изготавливаются для использования на напряжении 3,3 кВ и 6,6 кВ . Преобразователи частоты рассчитаны на то же выходное напряжение, что и на входе, поэтому оба двигателя и преобразователя должны быть указаны для одного и того же базового напряжения.
Хотя выходная частота преобразователя является переменной, входная частота (50 Гц или 60 Гц) должна быть четко определена, поскольку это может повлиять на конструкцию индуктивных компонентов .
Что разгоняет авто: мощность или момент? | 74.ru
Все новостиЖурнал MAXIM выбрал самую сексуальную девушку страны. Смотрим фото победительницы
В Челябинске супруги случайно обнаружили упавшую в колодец женщину, она уже не могла звать на помощь
В Минобороны сообщили, что прекращают выдавать повестки по мобилизации
Что известно о «цифровом» госконтракте, на котором в Челябинской области похитили десятки миллионов
СМИ сообщили о госпитализации экс-чемпиона мира по шахматам Анатолия Карпова
Челябинцы жаловались на рост цен на экипировку мобилизованных. Что выяснила антимонопольная служба
Успеть до Нового года: в каких новостройках есть шанс оформить ипотеку по сниженным ставкам
Не общались друг с другом четыре с половиной года: мать сестер Хачатурян впервые рассказала, как живут девушки
Экс-полицейский из Челябинска стал парикмахером и выиграл чемпионат России. Посмотрите, что он показал жюри
Погиб молодой мобилизованный из Копейска, у него остались жена с грудным ребенком
Антимонопольная служба возбудила дело после трат 14 миллионов на пиар Южного Урала в Средней Азии
«Я за возвращение всего нашего»: дизайнер из Литвы шьет женственные наряды, она уверена, что скоро все выбросят оверсайз
В Кремле рассказали, появится ли указ президента об окончании частичной мобилизации
В Челябинской области экс-главе района, задержанному ФСБ, вынесли приговор по делу о взятке
Путин присвоил почетное звание «гвардейская» артиллерийской бригаде из Чебаркуля и курганского поселка
Погиб призванный из Сатки мобилизованный.
Он отправился на службу в конце сентября
Кардиолог назвал 6 способов снизить уровень холестерина
В Челябинске открыли обновленное отделение для пересадки костного мозга. С ремонтом помог фонд Олега Тинькова
«Пошел посмотреть кошку, и бабах». Что известно о страшном ДТП, где депутат переехал малыша и бросил его на дороге
ФСБ показала видео задержания обвиняемых в хищении десятков миллионов при проведении интернета на Южном Урале
В Челябинской области двое погибли в ДТП с инкассаторским УАЗом. Еще четверо доставлены в больницу
Владелец автобуса, перевернувшегося под Челябинском, рассказал о последствиях ДТП
Военком Челябинской области назвал процент добровольцев из числа мобилизованных
В Минздраве назвали число пострадавших в ДТП с перевернувшимся автобусом в Челябинской области
В мэрии ответили на жалобы челябинцев на нечищеные дороги
Под Челябинском перевернулся пассажирский автобус, есть пострадавшие
Южноуральцы смогут заказать бесплатную доставку экспресс-теста на ВИЧ
«Спасибо, что считаете нас обычными людьми»: инклюзивному образованию на Южном Урале — 30 лет
«Из личной охраны Чингисхана».
Кто такие хамниганы и как они спасают родной язык
Сделано в России: кто закроет потребность региона в мясных деликатесах
Кровь, ЧЭМК и дзюдо: металлурги и спортсмены провели совместную донорскую акцию
«Настроение — это то, что мы настраиваем»: 10 лайфхаков от психолога, как сделать понедельник легче
Автокредиты Альфа-Банка стали доступны и в Челябинске
Владелец перевернувшегося автобуса с вахтовиками рассказал о последствиях ДТП. Хроника ЧП во время снегопада
Вброс про выбросы: что стоит за внезапно оптимистичным планом экологической революции Челябинска
Пора вернуть эти деньги себе: проверьте свои знания о том, что должно вам государство
«Это клиническая смерть автопрома»: публикуем список марок и их злоключений в России
Зерновая сделка приостановлена, а Россия готова к переговорам: новости вокруг СВО за 30 октября
После скандала с заторами во дворах проспект на Северо-Западе открыли раньше срока
Все новости
Поделиться
В Интернете популярен мем, что машину разгоняет не мощность, а момент.
Едва заходит разговор о мощности, ее тут же унижают: мол, она ничего не решает. А на самом деле?
Недопонимание происходит из-за того, что в технических характеристиках к автомобилю указывается максимальная мощность. По науке такая мощность называется номинальной и достигается при высоких оборотах и полном дросселе. А поскольку такой режим в жизни почти не используется, эта самая мощность определяет в основном максимальную скорость автомобиля, которая волнует только пубертатных гонщиков.
Вот пиковый момент – другое дело. Он достигается при средних, а иногда и низких оборотах и косвенно определяет реальный темп разгона, потому что большую часть времени мы и елозим в середине шкалы тахометра. Однако не все так однозначно.
Сразу внесем ясность – мощность и момент связаны жесткой зависимостью:
(Момент, Н*м)=9550*(Мощность, кВт)/(частота вращения, об/мин).
Например, если двигатель Renault Logan развивает 82 л.с. (60,5 кВт) при 5000 об/мин, несложно посчитать, что при этой частоте он выдает 115 Н*м.
При этом пиковый момент составляет 134 Н*м при 2800 об/мин. Кстати, соотношение этих двух моментов во многом определяет удобство управления автомобилем в тяжелых условиях. Если пиковый момент существенно превосходит таковой при максимальных оборотах, у двигателя появляется тракторная тяговитость: чем больше его грузишь, тем упорнее он сопротивляется.
Как бы то ни было, характеристики разгона во многом определяются кривой крутящего момента. Она называется внешней скоростной характеристикой, и ее форма может многое рассказать инженерам. Например, если момент растет от низких частот этак до 5000 об/мин, после чего резко скисает – скорее всего, речь о «крученом» моторе, форсированном по частоте: такие любят спортсмены и Honda. Если «горб» крутящего момент достигается, скажем, при 1250 об/мин, а к 2000 об/мин от него не остается и половины – речь о каком-то двигателе-тяжеловесе, призванном таскать прицепы и рыхлить землю. Чудеса современного турбонаддува позволяют создать двигатели с «полками» крутящего момента, когда он остается постоянным в довольно широком диапазоне оборотов.
Ездить на таких моторах одно удовольствие: когда ни нажми педаль, следует резвый отклик.
Поделиться
Отсюда складывается впечатление, что все-таки момент рулит, и темп разгона, равно как удобство управления, определяются им и только им. На самом деле не совсем.
Строго говоря, сравнивать двигатели по кривой крутящего момента уместно, если они имеют близкие характеристики и работают в одном диапазоне частот. Скажем, для легковых моторов этот диапазон составляет 800-6000 об/мин. Поэтому, имея два таких агрегата, можно предположить, что в дрег-рейсинге победит тот, у которого крутящий момент больше.
Но по моменту нельзя сравнивать моторы, работающие в разном диапазоне частот. Например, для новой Skoda Octavia предлагаются бензиновые моторы и дизели. Пиковый крутящий момент самого мощного бензинового мотора – 250 Н*м. У дизеля – целых 320 Н*м (+28%). Но при этом бензиновая «Шкода» на секунду быстрее дизельной в разгоне до 100 км/час, и дело даже не в том, что дизель на 10 кг тяжелее.
Просто в данном случае крутящий момент уже не является исчерпывающим критерием, а вот тот факт, что бензиновая «Шкода» выдает 180 л.с. против 150 л.с., очень даже значим. Да, бензиновый мотор имеет меньший момент, но более «накручен», и в этом его преимущество.
Как же так? Да очень просто: нам ведь важен не момент на хвостовике двигателя, а момент на колесах – именно он преобразуется в полезное усилие, разгоняющее автомобиль. А между двигателем и колесами есть еще трансмиссия, и в ней крутящий момент увеличивается на порядок: скажем, на маховике мотора имеем 300 Н*м, на колесах – 3500 Н*м.
Так вот, если один мотор развивает гигантский момент, но его рабочая шкала смещена в область низких оборотов (то есть мощность невысока), для реализации преимуществ такого мотора потребуются более длинные передачи в трансмиссии, например, «длинная» главная пара. И момент на колесах, вполне возможно, будет отнюдь не так высок. Если установить на такой мотор «короткую» пару, он попросту не сможет разогнаться до максимальных скоростей – не хватит «кручености» мотора.
Такой двигатель напоминает силача с короткими ногами, который может стронуть с места тепловоз, но стометровку бежит на уровне восьмиклассницы.
Скажем, у той же Skoda дизель не разгоняется выше 4000 об/мин, а бензиновый мотор выдает более 6000 об/мин, поэтому для дизеля требуется главная пара с меньшим передаточным числом. В результате итоговый момент на колесах может быть ниже, несмотря на преимущество в моменте двигателя.
Чтобы не углубляться в сложную арифметику, лучше оперировать именно мощностью. Ее прелесть в том, что в трансмиссии она не изменяется (если пренебречь потерями), и, грубо говоря, более мощный мотор при прочих равных всегда обеспечит больший крутящий момент на колесах. Другое дело, что разгон зависит не только от максимальной мощности, но и от ее распределения по шкале оборотов – есть и такая внешняя скоростная характеристика. И тут уже можно говорить веско: из двух моторов лучший разгон обеспечит тот, у которого во всем диапазоне большая мощность.
Уточню еще такой нюанс: чтобы выжать из мотора максимум, нужна правильная трансмиссия с оптимальным набором передаточных чисел.
Если это условие выполняется, мощность более показательна, потому что нужный момент на колесах обеспечит трансмиссия.
А почему все-таки люди пользуются моментом? Потому что график мощности от оборотов ненагляден. Скажем, кривая крутящего момента всегда имеет характерную горбинку, и по ней можно многое сказать о характере мотора. Кривая мощности, как правило, напоминает устремленную вверх прямую (или пологую кривую) с крючком на пиковых оборотах и чисто визуально воспринимается плохо. Поэтому для сравнения близких по характеристикам моторов вполне можно мериться крутящими моментами и их характеристиками. Но лишь до тех пор, пока это действительно близкие моторы.
А вообще даже сама постановка вопроса не вполне верная. Что разгоняет, мощность или момент? Обе одновременно, потому что это две стороны одной медали. Иногда удобнее оперировать одной, иногда другой, но разгон обеспечивают обе.
P.S. Очень надеюсь, что не запутал вас )))
Артём Краснов
Редактор раздела «Авто»
АвтомобилиАвтообзорАвторская колонкаДвигателиМощность
- ЛАЙК19
- СМЕХ0
- УДИВЛЕНИЕ0
- ГНЕВ0
- ПЕЧАЛЬ0
Увидели опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter
КОММЕНТАРИИ185
Читать все комментарии
Что я смогу, если авторизуюсь?
ПРАВИЛА КОММЕНТИРОВАНИЯ
0 / 1400Этот сайт защищен reCAPTCHA и Google.
Применяются Политика конфиденциальности и Условия использования.
Новости СМИ2
Новости СМИ2
Когда выходная мощность двигателя является полезной характеристикой и как она рассчитывается?
Вы здесь: Домашняя страница / Часто задаваемые вопросы + основы / Когда выходная мощность двигателя является полезной характеристикой и как она рассчитывается?
Даниэль Коллинз Оставить комментарий
В приложениях, связанных с движением, двигатели обычно выбираются на основе их характеристик крутящего момента и скорости с использованием кривой крутящий момент-скорость, которая описывает производительность двигателя в сочетании с приводом определенного типа. и эксплуатируются в определенных условиях. Но двигатели также могут быть оценены или указаны по их выходной мощности. Здесь мы рассмотрим, как рассчитывается выходная мощность и когда эта характеристика полезна при выборе двигателя.
Взаимосвязь между работой и мощностью
Прежде чем обсуждать мощность, нам нужно определить работу…
Работа — это сила, приложенная на расстоянии , и выражается в джоулях (1 Дж = 1 Нм) или фунт-фут.
W = работа (Дж, фунт-фут)
F = сила (Н, фунт)
d = расстояние (м, фут)
6 со временем и выражается в ваттах (1 Вт = 1 Дж/с) или лошадиных силах (л.с.).
P = мощность (Вт, л.с.)
t = время (с)
Используя определение работы, мощность также может быть выражена через силу, расстояние и время.
Поскольку расстояние, деленное на время, равно скорости, мы можем выразить мощность через силу и скорость.
v = скорость (м/с, фут/с)
Но электродвигатели создают крутящий момент, а не силу, и они вращаются с угловой, а не с линейной скоростью. Таким образом, для приложений с электродвигателями выходная мощность находится путем умножения скорости вращения двигателя (угловой скорости) на его выходной крутящий момент при этой скорости.
T = крутящий момент (Нм, фунт-фут)
ω = угловая скорость (рад/с)
Обратите внимание, что угловая скорость выражается в радианах в секунду (рад/с).
Если скорость двигателя указана в оборотах в минуту (об/мин), обязательно преобразуйте ее в правильные единицы рад/с.
Нм и фунт-фут: работа или крутящий момент?
Хотя работа и крутящий момент имеют одни и те же единицы измерения (например, Нм или фунт-фут), работа является скалярной величиной, то есть она имеет величину, но не направление. Крутящий момент, с другой стороны, является векторной величиной, что означает, что он имеет как величину, так и направление. Вот почему крутящий момент может иметь отрицательное значение в зависимости от направления вращения, а работа может быть только положительной.
Когда в качестве характеристики двигателя используется мощность?
Поскольку номинальная мощность двигателя определяется его номинальной скоростью и крутящим моментом при этой скорости, двигатели, которые работают с постоянной скоростью и относительно постоянным крутящим моментом, такие как асинхронные двигатели переменного тока, часто используют выходную мощность в качестве ключевой характеристики.
Однако выходная мощность не очень полезная спецификация для серводвигателей или шаговых двигателей, поскольку они работают в широком диапазоне скоростей и значений выходного крутящего момента.
Поскольку серводвигатели и шаговые двигатели работают в широком диапазоне скоростей и крутящих моментов, выходная мощность не является очень полезной характеристикой.Изображение предоставлено Джорджем Эллисом, Elsevier. – половина скорости холостого хода. Благодаря линейной кривой крутящий момент-скорость двигатель BLDC развивает максимальную выходную мощность примерно при 1/2 номинального крутящего момента и 1/2 номинальной скорости.
Изображение предоставлено: Electrocraft
Единица лошадиных сил была введена в 1780-х годах Джеймсом Ваттом и Мэтью Боултоном, которые определили 1 лошадиную силу (л.с.) как 33 000 фут-фунтов/мин, что равно 44 742 Нм/мин или 746 Нм. /с. Поскольку 1 Нм/с = 1 Дж/с = 1 Вт, 1 л.с. = 746 Вт. Современные электродвигатели — замечательные устройства, но их производительность имеет пределы. Итак, давайте сначала посмотрим, что ограничивает ускорение двигателя. Мы преобразовали предыдущее уравнение в эту форму здесь, отношение крутящего момента двигателя к инерции двигателя. Очевидно, поскольку инерция находится в знаменателе, если мы увеличим инерцию, мы уменьшим ускорение. Инерция, которую испытывает двигатель, состоит из двух компонентов. Одним из таких компонентов является инерция якоря двигателя. Это вращающаяся часть электродвигателя, которую я обозначаю J sub m. Другая инерция, которую испытывает двигатель, связана с самой связью. В этом случае я нарисовал очень простую прямоугольную призму для звена, инерция ее равна M умножить на R в квадрате. Квадрат R проблематичен, потому что это означает, что инерция очень быстро растет с размером звена. Итак, мы можем записать общую инерцию, которую испытывает двигатель, с точки зрения этих двух компонентов, инерции якоря двигателя, которая является постоянной, и инерции звена. Инерция звена уменьшена в G в квадрате. И для такого робота, как Puma, G — это число где-то между, скажем, 10 и 100. Таким образом, инерция связи будет значительно снижена. Это означает, что инерция, которую «увидит» система управления двигателем, определяется постоянной инерцией якоря двигателя. Изменение инерции из-за изменения конфигурации канала будет очень, очень небольшим. Если мы теперь рассмотрим числитель выражения вверху, мы знаем, что максимальный крутящий момент зависит от максимального тока. Также помните, что часть крутящего момента, создаваемого двигателем, используется для противодействия трению, а также для противодействия силе тяжести в двигателе. Таким образом, меньше его фактически доступно для ускорения. Здесь мы определили верхнюю границу максимального ускорения соединения робота. Переходя теперь к максимальной скорости, электрическая модель двигателя содержит генератор, круг является источником противо-ЭДС, и по мере того, как двигатель вращается все быстрее и быстрее, противо-ЭДС возрастает. А когда противо-ЭДС равна приложенному напряжению, в двигатель больше не может поступать ток. Он перестанет ускоряться, и это определит максимальную скорость двигателя, заданную уравнением, подобным этому. Электрическая мощность двигателя определяется как произведение приложенного напряжения и тока. Пределы производительности электродвигателя
Есть максимальное ускорение, максимальная скорость и максимальная мощность.
И в этом простом случае инерция звена является константой. Но для настоящего робота инерция будет зависеть от конфигурации всех звеньев, прикрепленных к концу этого конкретного звена, а также от полезной нагрузки, удерживаемой последним звеном в цепи. Таким образом, инерция ссылки будет сильно варьироваться. Однако в реальном роботе между двигателем и звеном обычно находится редуктор, и это еще одно преимущество редуктора, потому что он позволяет мне написать выражение для инерции таким образом.
Максимально возможный ток зависит от усилителя мощности, который подает ток на двигатель. Если мы подадим на двигатель слишком большой ток, якорь и щетки перегреются и выйдут из строя.
