1. ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ

Единицей измерения момента инерции вращающейся части I является килограмм-метр в квадрате (кг × м 2 ).

2. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ

Для определения момента инерции применяются следующие методы:

2.1. Метод крутильных колебаний

Метод крутильных колебаний следует предпочтительно применять для определения момента инерции вращающихся частей электрических машин мощностью до 100 кВт.

Вращающуюся часть следует подвесить на струне металлической или из иного высокопрочного материала с изотропной структурой согласно черт. 1. Диаметр и длину струны выбирают так, чтобы период крутильных колебаний Т был не менее 1 с. Механическая прочность струны должна соответствовать массе вращающейся части. Точка подвеса должна находиться точно на ее оси вращения.

Вращающуюся часть следует подвергнуть крутильным колебаниям и определить их период Т. При этом одностороннее угловое отклонение должно составлять не более 25°.

Таким же образом и на той же струне следует определить период крутильных колебаний Т_н эталона, момент инерции которого определяют расчетным путем.

Момент инерции исследуемой вращающейся части вычисляют по формуле

где I — момент инерции исследуемой вращающейся части, кг × м 2 ;

I_н — момент инерции эталона, кг × м 2 ;

Т — период колебаний исследуемой вращающейся части, с;

Т_н — период колебаний эталона, с.

Эталон, момент инерции которого определен расчетным путем, может быть также закреплен на валу исследуемой вращающейся части, как показано на черт. 2. В этом случае момент инерции исследуемой вращающейся части следует определять по формуле

где I — момент инерции исследуемой вращающейся части, кг × м 2 ;

I_н — момент инерции эталона, кг × м 2 ;

Т — период колебаний исследуемой вращающейся части, с;

T_н — период колебаний исследуемой вращающейся части с эталоном, с.

Более тяжелые вращающиеся части могут быть подвешены на двух параллельных струнах, прикрепленных к вращающейся части симметрично относительно ее оси в соответствии с черт. 3. Длину струн l и расстояния от струн до оси вращающейся части r следует выбирать таким образом, чтобы период крутильных колебаний Т составлял не менее 1 с.

Вращающуюся часть необходимо подвергнуть крутильным колебаниям и измерить их период Т. Кроме того, надлежит определить массу вращающейся части m. Момент инерции исследуемой вращающейся части вычисляют по формуле

где I — момент инерции исследуемой вращающейся части, кг × м 2 ;

m — масса исследуемой вращающейся части, кг;

r — расстояния от струн до оси вращающейся части, м;

l — длина струн, м;

Т — период крутильных колебаний вращающейся части, с;

g = 9,81 м/с 2 — ускорение земного тяготения.

2.2. Метод вспомогательного маятника

Метод вспомогательного маятника может применяться для определения момента инерции вращающихся частей машин мощностью примерно от 10 до 1000 кВт. Для вращающихся частей, для которых также применим метод крутильных колебаний, последний является предпочтительным.

Вращающуюся часть следует установить на подшипниках балансировочного станка. Вращающиеся части с подшипниками качения могут быть установлены также на собственных подшипниках. Если испытание проводится в собранной машине, то в случае двигателей с фазным ротором и коллекторных машин следует поднять щетки.

Для определения момента инерции методом вспомогательного маятника следует прикрепить к валу исследуемой вращающейся части дополнительную массу m_доп посредством рычага, как показано на черт. 4. Эту массу следует выбрать таким образом, чтобы масса рычага была пренебрежимо малой по сравнению с дополнительной массой m_доп. Дополнительная масса может быть закреплена также на наружной поверхности самой вращающейся части, на шкиве или на полумуфте. Вспомогательный маятник должен быть рассчитан таким образом, чтобы период колебаний Т составлял от 3 до 8 с.

Вращающуюся часть совместно с прикрепленным к ней вспомогательным маятником приводят в колебания. При этом одностороннее угловое отклонение не должно быть более 15°. Период колебаний Т следует определить как средний из нескольких колебаний. Для обеспечения точности измерения периода колебаний его следует производить между моментами прохождения маятника через положение статического равновесия.

Момент инерции испытуемой вращающейся части следует определить по формуле

где m_доп — масса вспомогательного маятника, кг;

а — расстояние от центра тяжести вспомогательного маятника до оси вала вращающейся части, м;

Т — период колебаний маятника, с;

g = 9,81 м/с 2 — ускорение земного тяготения.

Для проверки полученного значения момента инерции опыт необходимо повторить с дополнительной массой другой величины.

Метод самоторможения может применяться для определения момента инерции вращающихся частей электрических машин мощностью свыше 100 кВт. Согласно этому методу машина с испытуемой вращающейся частью приводится во вращение с частотой выше номинальной при номинальном возбуждении или без него и затем отключается от источника питания. Для машин с фазным ротором и коллекторных машин испытание проводится с минимально необходимым количеством щеток, а остальные щетки надлежит поднять. После отключения определяется кривая самоторможения n = f(t) в диапазоне частоты вращения от 1,2n_н до 0,8n_н. Для достижения возможной точности при определении этой кривой снижение частоты вращения следует осциллографировать.

В соответствии с черт. 5 момент инерции I исследуемой вращающейся части для невозбужденной машины следует рассчитать по формуле

а для возбужденной машины по формуле:

где I — момент инерции вращающейся части, кг × м 2 ;

Р_мех — механические потери при номинальной частоте вращения, Вт;

Р_ст — потери в стали при номинальной частоте вращения, Вт;

n _н — номинальная частота вращения, об/мин;

D n — разность между верхним и нижним значениями частоты вращения в опыте, об/мин;

D t — время, в течение которого частота вращения машины изменяется на D n, с;

w _н — номинальная угловая частота вращения, с -1 ;

D w — разность между верхним и нижним значениями угловой частоты вращения, с -1 .

За верхнюю точку частоты вращения принимается наивысшая возможная точка в опыте, но не менее 1,1n_н. Нижняя точка должна отличаться от номинальной на такую же величину частоты вращения.

В случае невозможности повышения частоты вращения сверх номинального значения, вместо номинальной частоты вращения принимается частота вращения, лежащая на участке примерно от 0,9 до 0,8 номинальной частоты вращения. В этом случае потери должны быть измерены на данной частоте вращения.

Если для повышения частоты вращения машина должна быть соединена с приводным двигателем, который невозможно отсоединить на ходу, то в формулах ( 5 ) и (6) под потерями следует понимать потери всего агрегата. Из полученного таким образом момента I следует вычесть момент инерции вращающейся части приводного двигателя и соединительной муфты, подлежащей отдельному определению.

1. Автор — делегация ГДР в Постоянной Комиссии по стандартизации

3. Стандарт СЭВ утвержден на 40-м заседании ПКС

4. Сроки начала применения стандарта СЭВ:

Срок начала применения стандарта СЭВ в договорно-правовых отношениях по экономическому и научно-техническому сотрудничеству

Срок начала применения стандарта СЭВ в народном хозяйстве

Электродвигатели

В некоторых режимах работы электропривода электродвигатель осуществляет обратное преобразование энергии, то есть работает в режиме электрического генератора.

По виду создаваемого механического движения электродвигатели бывают вращающиеся, линейные и др. Под электродвигателем чаще всего подразумевается вращающий электродвигатель, так как он получил наибольшее применение.

Областью науки и техники изучающей электрические машины является — электромеханика. Принято считать, что ее история начинается с 1821 года, когда был создан первый электродвигатель М.Фарадея.

Конструкция электродвигателя

Основными компонентами вращающегося электродвигателя являются статор и ротор. Статор — неподвижная часть, ротор — вращающаяся часть.

У большей части электродвигателей ротор располагается внутри статора. Электродвигатели у которых ротор находится снаружи статора называются электродвигателями обращенного типа.

Принцип работы электродвигателя

Подробное описание принципа работы электродвигателей разных типов:
• Принцип работы однофазного асинхронного электродвигателя
• Принцип работы трехфазного асинхронного электродвигателя
• Принцип работы синхронного электродвигателя

Классификация электродвигателей

Вращающийся электродвигатель
Само коммутируемый			Внешне коммутируемый
С механической коммутацией (коллекторный)		С электронной коммутацией 1 (вентильный 2, 3 )	Асинхронный электродвигатель	Синхронный электродвигатель
Переменного тока	Постоянного тока	Переменного тока 4	Переменного тока
Универсальный Репульсионный	КДПТ с обмоткой возбуждения Включение обмотки Независимое Последовательное возбуждения Параллельное Комбинированное КДПТ с постоянными магнитами	БДПТ (Бесколлекторный двигатель + ЭП |+ ДПР) ВРД (Реактивный двигатель с ротором с явновыраженными полюсами и сосредоточенной обмоткой статора + ЭП |+ ДПР)	Трехфазный (многофазный) АДКР АДФР Двухфазный (конденсаторный) Однофазный с пусковой обмоткой с экранированными полюсами с асимметричным магнитопроводом	СДОВ (с контактными кольцами и щетками) —> СДПМ 5 —> СДПМВ СДПМП Гибридный СРД Гистерезисный Индукторный Гибридный СРД-ПМ Реактивно-гистерезисный Шаговый 5
Простая электроника	Выпрямители, транзисторы	Более сложная электроника	Сложная электроника (ЧП)

1. Указанная категория не представляет отдельный класс электродвигателей, так как устройства, входящие в рассматриваемую категорию (БДПТ, ВРД), являются комбинацией бесколлекторного двигателя, электрического преобразователя (инвертора) и, в некоторых случаях, — датчика положения ротора. В данных устройствах электрический преобразователь, в виду его невысокой сложности и небольших габаритов, обычно интегрирован в электродвигатель.
2. Вентильный двигатель может быть определен как электрический двигатель, имеющий датчик положения ротора, управляющий полупроводниковым преобразователем, осуществляющим согласованную коммутацию обмотки якоря [5].
3. Вентильный электродвигатель постоянного тока — электродвигатель постоянного тока, вентильное коммутирующее устройство которого представляет собой инвертор, управляемый либо по положению ротора, либо по фазе напряжения на обмотки якоря, либо по положению магнитного поля [1].
4. Электродвигатели используемые в БДПТ и ВРД являются двигателями переменного тока, при этом за счет наличия в данных устройствах электрического преобразователя они подключаются к сети постоянного тока.
5. Шаговый двигатель не является отдельным классом двигателя. Конструктивно он представляет из себя СДПМ, СРД или гибридный СРД-ПМ.

• КДПТ — коллекторный двигатель постоянного тока
• БДПТ — бесколлекторный двигатель постоянного тока
• ЭП — электрический преобразователь
• ДПР — датчик положения ротора
• ВРД — вентильный реактивный двигатель
• АДКР — асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
• АДФР — асинхронный двигатель с фазным ротором
• СДОВ — синхронный двигатель с обмоткой возбуждения

Типы электродвигателей

Коллекторные электродвигатели

Коллекторная машина — вращающаяся электрическая машина, у которой хотя бы одна из обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, соединена с коллектором [1]. В коллекторном двигателе щеточно-коллекторный узел выполняет функцию датчика положения ротора и переключателя тока в обмотках.

Универсальный электродвигатель

Коллекторный электродвигатель постоянного тока

Бесколлекторные электродвигатели

У бесколлекторных электродвигателей могут быть контактные кольца с щетками, таким образом не надо путать бесколлекторные и бесщеточные электродвигатели.

Бесщеточная машина — вращающаяся электрическая машина, в которой все электрические связи обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, осуществляются без скользящих электрических контактов [1].

Асинхронный электродвигатель

Cинхронный электродвигатель

Специальные электродвигатели

Серводвигатель

Основные параметры электродвигателя

Момент электродвигателя

Вращающий момент (синонимы: вращательный момент, крутящий момент, момент силы) — векторная физическая величина, равная произведению радиус вектора, проведенного от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы.

,

• где M – вращающий момент, Нм,
• F – сила, Н,
• r – радиус-вектор, м

,

• где P_ном – номинальная мощность двигателя, Вт,
• n_ном — номинальная частота вращения, мин -1 [4]

Начальный пусковой момент — момент электродвигателя при пуске.

1 oz = 1/16 lb = 0,2780139 N (Н)
1 lb = 4,448222 N (Н)

момент измеряется в унция-сила на дюйм (oz∙in) или фунт-сила на дюйм (lb∙in)

1 oz∙in = 0,007062 Nm (Нм)
1 lb∙in = 0,112985 Nm (Нм)

Мощность электродвигателя

Мощность электродвигателя — это полезная механическая мощность на валу электродвигателя.

Механическая мощность

Мощность — физическая величина, показывающая какую работу механизм совершает в единицу времени.

,

• где P – мощность, Вт,
• A – работа, Дж,
• t — время, с

Работа — скалярная физическая величина, равная произведению проекции силы на направление F и пути s, проходимого точкой приложения силы [2].

,

Для вращательного движения

,

• где – угол, рад,

,

• где – углавая скорость, рад/с,

Таким образом можно вычислить значение механической мощности на валу вращающегося электродвигателя

Коэффициент полезного действия электродвигателя

Коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя — характеристика эффективности машины в отношении преобразования электрической энергии в механическую.

,

• где – коэффициент полезного действия электродвигателя,
• P₁ — подведенная мощность (электрическая), Вт,
• P₂ — полезная мощность (механическая), Вт

При этом потери в электродвигатели обусловлены:
• электрическими потерями — в виде тепла в результате нагрева проводников с током;
• магнитными потерями — потери на перемагничивание сердечника: потери на вихревые токи, на гистерезис и на магнитное последействие;
• механическими потерями — потери на трение в подшипниках, на вентиляцию, на щетках (при их наличии);
• дополнительными потерями — потери вызванные высшими гармониками магнитных полей, возникающих из-за зубчатого строения статора, ротора и наличия высших гармоник магнитодвижущей силы обмоток.

КПД электродвигателя может варьироваться от 10 до 99% в зависимости от типа и конструкции.

Международная электротехническая комиссия (International Electrotechnical Commission) определяет требования к эффективности электродвигателей. Согласно стандарту IEC 60034-31:2010 определено четыре класса эффективности для синхронных и асинхронных электродвигателей: IE1, IE2, IE3 и IE4.

Частота вращения

• где n — частота вращения электродвигателя, об/мин

Момент инерции ротора

Момент инерции — скалярная физическая величина, являющаяся мерой инертности тела во вращательном движении вокруг оси, равна сумме произведений масс материальных точек на квадраты их расстояний от оси

,

• где J – момент инерции, кг∙м 2 ,
• m — масса, кг

1 oz∙in∙s 2 = 0,007062 kg∙m 2 (кг∙м 2 )

Момент инерции связан с моментом силы следующим соотношением

,

• где – угловое ускорение, с -2 [2]

,

Номинальное напряжение

Номинальное напряжение (англ. rated voltage) — напряжение на которое спроектирована сеть или оборудование и к которому относят их рабочие характеристики [3].

Электрическая постоянная времени

Электрическая постоянная времени — это время, отсчитываемое с момента подачи постоянного напряжения на электродвигатель, за которое ток достигает уровня в 63,21% (1-1/e) от своего конечного значения.

,

• где – постоянная времени, с

Механическая характеристика

Механическая характеристика двигателя представляет собой графически выраженную зависимость частоты вращения вала от электромагнитного момента при неизменном напряжении питания.

Сравнение характеристик внешне коммутируемых электрических двигателей

Ниже представлены сравнительные характеристики внешне коммутируемых электродвигателей, в ракурсе применения в качестве тяговых электродвигателей в транспортных средствах.

Параметр	АДКР	СДПМП	СДПМВ	СРД-ПМ	СДОВ
Постоянство мощности во всем диапазоне скоростей
Эффективность (КПД) во всем рабочем диапазоне	СРД-ПМ — синхронный реактивный двигатель с постоянными магнитами (синхронный гибридный двигатель) СДОВ — синхронный двигатель с обмоткой возбуждения В соответствии с выше приведенными показателями гибридный синхронный электродвигатель, а именно синхронный реактивный электродвигатель со встроенными постоянными магнитами, является наиболее подходящим для применения в качестве тягового электродвигателя в автомобилестроении (выбор проводился для концепта автомобилей BMW i3 & BMW i8). Использование реактивного момента обеспечивает высокую мощность в верхнем диапазоне скоростей. Более того такой двигатель обеспечивает очень высокую эффективность (КПД) в широком рабочем диапазоне [7]. Области применения электродвигателей Электродвигатели являются крупнейшими потребителями электроэнергии в мире, на них приходится около 45% от всей потребляемой электроэнергии [6]. Оцените статью Вам также может понравиться Общие проблемы безнаддувных двигателей Есть ли проблемы с двигателями без наддува? Поперечный и продольный двигатель Тот, кто любит водить машину и имеет машину в гараже Как понять, что заправился плохим топливом и что делать Горючее в баке автомобиля должно соответствовать предусмотренному Как определить наличие присадок в масле двигателя? Присадки для двигателя помогают «оживить» устаревший Как определить, что стучит в двигателе Стук в двигателе обычно является признаком проблем Как в двигателе определить подсос воздуха Если во время работы двигателя возникают странные моменты Что делать, если вода попала в двигатель, и чем это может грозить? Система работающего двигателя достаточно защищена от Сломался термостат: чем это опасно для двигателя, и как определить причину неисправности? Работу двигателя обеспечивают сразу несколько важнейших Правообладателям Политика конфиденциальности Контакты