Министерство НАУКИ И ВЫСШЕГО образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»


Школа базовой инженерной подготовки

Отделение общетехнических дисциплин

Исследование плунжерного электромагнита

_________________________
Индивидуальное задание № 2

по дисциплине:

Современные технологии

Исполнитель:	Куренков Тимофей
студент группы	5А06		ФИО		17.12.2021
Руководитель:	ФИО
преподаватель	Киселев А.В

Томск – 2021

Задача: Улучшение характеристик заданного электродвигателя.

Бесщеточный двигатель постоянного тока с постоянными магнитами и трехфазной коммутируемой обмоткой на статоре.



Дано
Четыре магнита сделаны из сплава Самарий-Кобальт, который имеет относительную магнитную проницаемость 1.154 и коэрцитивную силу 550 кA/м.
Плотность тока в обмотках:

---

1.3 МA/м² в R⁺, –1.3 МA/м² в R^–,
1.3 МA/м² в S⁺, –1.3 МA/м² в S^–,
и нулевая в T⁺ и T^–.
Наружная и внутренняя части сделаны из сплава Кобальт-Никель-Железо-Медь:





Варианты решения задачи:

Увеличение мощности при помощи изменения несущей частоты ШИМ.

Для того чтобы решить задачу по улучшение характеристик заданного электродвигателя, разберемся какие электродвигатели используются чаще всего и что требуется для их работы.

Наиболее распространены асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Они имеют сравнительно простую конструкцию и относительно недороги.

Для работы асинхронного двигателя требуется трехфазное напряжение, создающее на обмотках статора вращающееся магнитное поле. Это поле приводит в движение ротор двигателя, который передает крутящий момент на нагрузку, например, на пропеллер вентилятора или редуктор конвейера. Изменяя конфигурацию обмоток статора, можно менять основные характеристики привода – частоту оборотов и мощность на валу. В случае работы асинхронного электродвигателя в однофазной сети применяют фазосдвигающие и пусковые конденсаторы.



Также в настоящее время находят применение двигатели постоянного тока. Данные приводы имеют щетки, подверженные износу и искрению. Кроме того, необходима обмотка подмагничивания (возбуждения), на которую подается постоянное напряжение. Несмотря на эти недостатки, электродвигатели постоянного тока используются там, где необходимо быстрое изменение скорости вращения и контроль момента, а также при мощностях более 100 кВт.

В быту также применяют коллекторные (щеточные) электродвигатели переменного тока, которые имеют низкую надежность по сравнению с асинхронными.

Решение(1)

Номинальная мощность на валу, которая указывается на шильдике двигателя, обычно ограничивается допустимым током, а значит – нагревом корпуса привода. Поэтому при увеличении мощности необходимо предпринять дополнительные меры по охлаждению электродвигателя, установив отдельный вентилятор.

---

При использовании преобразователя частоты для повышения мощности можно изменить несущую частоту ШИМ, однако следует избегать перегрева ПЧ. Мощность также можно увеличить с помощью редуктора или ременной передачи, пожертвовав количеством оборотов, если это допустимо.

ВЛИЯНИЕ НЕСУЩЕЙ ЧАСТОТЫ ПЧ НА РАБОТУ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ:

Преобразователи частоты (ПЧ, частотники, инверторы) давно используются в промышленности для управления скоростью и повышения КПД асинхронных и синхронных электродвигателей. К ним давно привыкли, их возможности существенно выросли за последние 20 лет и с трудом вмещаются в руководства с тысячей страниц, но есть базовые функции, о которых следует помнить. Эта статья об одной из них - несущей частоте (carrier frequency) широтно-импульсной модуляции (ШИМ, PWM) ПЧ и ее влиянии на работу и КПД электродвигателя.



Несущая частота в ПЧ и ее влияние на ШИМ.

Широтно-импульсная модуляция — ШИМ

Разберем понятие ШИМ на примере управления скоростью вращения двигателя постоянного тока. Поставим своей целью запустить мотор на 50% от его максимальной скорости. Пусть наш двигатель идеальный и чтобы достичь заданной скорости, нам нужно в единицу времени передавать на мотор в два раза меньше мощности. Как это сделать, не меняя источник питания?

Проведем мысленный эксперимент. Возьмём мотор постоянного тока с массивным маховиком, закрепленным на валу (таким маховиком может служить колесо). Подадим питание от аккумулятора и мотор начнет набирать обороты. Через какое-то время, мотор достигнет номинальной мощности, а его ротор максимальной скорости вращения. Отключим питание, и мотор постепенно начнет замедляться вплоть до полной остановки.

Следующий опыт. Снова включим мотор, и когда его скорость достигнет половины от максимальной — выключим. Заметив, что скорость падает — снова включим. И так далее. Включая и выключая питание мотора, мы заставим ротор вращаться со скоростью, близкой к половине от максимальной!

Из за человеческого фактора, мотор будет удерживать заданную скорость с некоторой погрешностью. Другими словами, скорость будет плавать вокруг заданного значения. Чтобы минимизировать эти отклонения, нам потребуется увеличить частоту переключений. Тут уже не обойтись без автоматики.

---

А как заставить мотор вращаться медленнее или быстрее? Количество переданной мотору энергии будет зависеть от отношения времени когда мотор включен — tвкл к времени когда он выключен — tвыкл.



Так, для передачи мотору 50% мощности, tвкл будет равно tвыкл. Такой случай как раз изображен на графике. Чтобы мотор вращался еще медленнее, скажем с мощностью 25% от номинальной, придется время включения мотора уменьшить до этих самых 25% от общего периода управления T.



Таким образом, имея возможность менять ширину импульсов, мы можем достаточно точно управлять скоростью вращения мотора.

Собственно, рассмотренный способ управления мощностью и называется широтно-импульсной модуляцией сигнала, а сокращённо — ШИМ. Теперь рассмотрим параметры которые характеризуют ШИМ сигнал и которые следует учитывать при написании программ для микроконтроллеров.

ПОВЫШЕНИЕ НЕСУЩЕЙ ЧАСТОТЫ — МЕНЬШЕ ШУМА

При повышении несущей частоты ШИМ которой задается частота на двигатель снижается количество высших гармоник и уменьшается амплитуда бросков тока при питании двигателя. Уменьшение высших гармоник тока снижает паразитное намагничивание статора, которое является источником слышимого шума, насыщения железа и потерь в обмотках, вызывающих снижения КПД двигателя являющегося причиной его нагрева.

 
Снижение шума двигателя за счет повышения частоты

Например, при несущей частоте ШИМ более 8 кГц происходит существенное снижение шума от электродвигателя, что позволяет применять их при автоматизации офисных и жилых зданий, медицинских и научных учреждений.

Проблема перегрева ПЧ

Номинальная мощность на валу, которая указывается на шильдике двигателя, обычно ограничивается допустимым током, а значит – нагревом корпуса привода. Поэтому при увеличении мощности необходимо предпринять дополнительные меры по охлаждению электродвигателя.

Какие же меры можно предпринять для того чтобы избежать проблему перегрева ПЧ?

---

Охлаждение частотного преобразователя обеспечивается встроенным вентилятором, который «снимает» горячий воздух с радиаторов IGBT-модулей. Таких вентиляторов может быть несколько, они могут устанавливаться как в верхней, так и в нижней частях ПЧ.

Работа вентилятора в постоянном режиме не всегда целесообразна, ведь при этом он загрязняется и уменьшается его ресурс. Поэтому в ПЧ может быть реализовано несколько режимов работы встроенных вентиляторов, настройка которых производится в программном меню:

• 
  Вентилятор работает всегда, когда на ПЧ подано питание.
  
• 
  Вентилятор включается при пуске, выключается при остановке привода или по команде “STOP”.
  
• 
  Вентилятор включается при пуске, выключается через некоторое время после остановки привода.
  
• 
  Вентилятор включается в зависимости от температуры радиатора (предпочтительный режим).
  
• 
  Вентилятор выключен всегда (нежелательный режим).
  

Обычно в частотном преобразователе осуществляется постоянный контроль температуры с помощью встроенных датчиков. При перегреве выдается ошибка, и привод останавливается. Для контроля охлаждения также применяют вентиляторы с обратной связью (контроль вращения).

Стоит сказать, что целесообразно управлять не только встроенными вентиляторами, но и вентиляторами охлаждения шкафа. Для этого можно установить внутрь шкафа термоконтроллер (термореле), по сигналу которого будет подаваться питание на вентилятор. Это особенно полезно, если шкаф установлен в месте, где температура существенно меняется в течение суток или в течение года. Таким образом не только экономится ресурс вентилятора, но и отпадает необходимость технического обслуживания воздушного фильтра в холодное время.

Вывод: Для того чтобы избегать перегрева ПЧ при увеличении ШИМ нам необходимо обеспечить наш электродвигателем дополнительным охлаждением.

Выбор по мощности

Главный критерий выбора частотного преобразователя для электродвигателя — мощность. Частотник не должен быть менее мощным чем управляемый им двигатель. Мощнее быть может, слабее — нет. Но все не так просто, так как конкретное соотношение мощностей зависит от типа оборудования, к которому будет подключаться преобразователь. Частотный преобразователь для электродвигателя с двумя парами полюсов, должен иметь мощность:

• 
  равную двигателю, если движок работает постоянно (транспортеры);
  
• 
  не ниже 150% от мощности, если движок работает с перегрузкой;
  
• 
  не менее 120% от мощности движка для центробежных насосов и вентиляторов;
  
• 
  для управления моторами подъемной техники, может понадобиться двукратное превышение мощности.
  

---

Смотрите также файлы

• Урока Композиция и язык поэмы Василий Тёркин.docx

• Семинары Обобщение опыта (метод рекоменд., брош., электр среда) Публикации, печатная.docx

• Topic 4 smuggling vocabulary.docx

• Программа среднего профессионального образования Операционная деятельность в логистике.doc

• Рассказ Тринадцатый подвиг Геракла.docx