Реактивный двигатель
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( апрель 2019 г. ) |
Реактивный двигатель — это тип электродвигателя , который индуцирует непостоянные магнитные полюса на ферромагнитном роторе. Ротор не имеет обмоток. Он генерирует крутящий момент за счет магнитного сопротивления .
Подтипы реактивных двигателей включают синхронные, регулируемые, переключаемые и регулируемые шаговые двигатели.
Реактивные двигатели могут обеспечивать высокую удельную мощность при низкой стоимости, что делает их привлекательными для многих применений. К недостаткам относятся высокие пульсации крутящего момента (разница между максимальным и минимальным крутящим моментом за один оборот) при работе на низкой скорости и шум из-за пульсаций крутящего момента. [1]
До начала двадцать первого века их использование было ограничено сложностью их проектирования и управления. [ оспаривается – обсуждаем ] Достижения в теории, средства компьютерного проектирования и недорогие встроенные системы управления преодолели эти препятствия. Микроконтроллеры используют алгоритмы вычислительного управления в реальном времени для адаптации формы сигналов привода в соответствии с положением ротора и обратной связью по току/напряжению. До разработки крупномасштабных интегральных схем управляющая электроника была непомерно дорогой.
Основы проектирования и эксплуатации
[ редактировать ]Статор полюсов состоит из нескольких выступающих (выступающих) электромагнита , аналогичных электродвигателю постоянного тока с возбужденным полем . Ротор состоит из магнитомягкого материала, такого как ламинированная кремниевая сталь , которая имеет несколько выступов, действующих как явные магнитные полюса за счет магнитного сопротивления . Для вентильных реактивных двигателей количество полюсов ротора обычно меньше, чем количество полюсов статора, что сводит к минимуму пульсации крутящего момента и предотвращает одновременное выравнивание всех полюсов — положение, при котором не может создаваться крутящий момент.
Когда полюс ротора находится на равном расстоянии от двух соседних полюсов статора, говорят, что полюс ротора находится в «полностью не выровненном положении». Это положение максимального магнитного сопротивления полюса ротора. В «совмещенном положении» два (или более) полюса ротора полностью совмещены с двумя (или более) полюсами статора (что означает, что полюса ротора полностью обращены к полюсам статора) и представляют собой положение с минимальным сопротивлением.
Когда на полюс статора подается напряжение, крутящий момент ротора направлен в направлении, уменьшающем сопротивление. Таким образом, ближайший полюс ротора вытягивается из невыровненного положения в выравнивание с полем статора (положение с меньшим сопротивлением). (Это тот же эффект, который используется соленоидом . ) Чтобы поддерживать вращение или при захвате ферромагнитного металла магнитом , поле статора должно вращаться впереди полюсов ротора, таким образом постоянно «тянув» ротор вперед. Некоторые варианты двигателей работают от трехфазного переменного тока (см. вариант синхронного реактивного двигателя ниже). Большинство современных конструкций относятся к переключаемому реактивному типу, поскольку электронная коммутация дает значительные преимущества в управлении запуском двигателя, регулировании скорости и плавности работы (низкие пульсации крутящего момента).
Индуктивность . каждой фазной обмотки двигателя меняется в зависимости от положения, поскольку сопротивление также меняется в зависимости от положения Это представляет собой проблему для систем управления .
Типы
[ редактировать ]Синхронное сопротивление
[ редактировать ]Синхронные реактивные двигатели (SynRM) имеют одинаковое количество полюсов статора и ротора. Выступы на роторе расположены так, чтобы создавать внутренние «барьеры» потока — отверстия, направляющие магнитный поток вдоль так называемой прямой оси. Число полюсов должно быть четным, обычно 4 или 6.
Ротор работает на синхронных скоростях без токопроводящих частей. Потери ротора минимальны по сравнению с потерями асинхронного двигателя , однако он обычно имеет меньший крутящий момент . [2] [3]
После запуска на синхронной скорости двигатель может работать с синусоидальным напряжением. Для регулирования скорости требуется преобразователь частоты .
Для мощных SynRM обычно требуются редкоземельные элементы, такие как неодим и диспрозий . Однако в исследовании 2023 года сообщалось об использовании двухфазного магнитного ламината для их замены. Намагничивание такого материала создает сильно намагниченные области, служащие полюсами ротора, в то время как другие области остаются немагнитными (непроницаемыми). В одном эксперименте с использованием высокотемпературного азотирования для повышения прочности двухфазный ротор выдавал мощность 23 кВт при 14 000 об/мин с удельной мощностью 1,4 кВт и пиковым КПД 94%, в то время как сопоставимый обычный ротор выдавал 3,7 кВт. Использование непроницаемых стоек и мостов позволяет сделать их больше и прочнее, уменьшая помехи между линиями магнитного потока ротора и статора. Одним из ограничений является то, что намагниченность ограничена 1,5 Тл по сравнению с обычными двигателями 2 Тл. [4] [5] [6]
Переключаемое сопротивление или переменное сопротивление
[ редактировать ]
Включаемый реактивный двигатель (SRM) представляет собой тип реактивного двигателя. В отличие от коллекторных двигателей постоянного тока мощность подается на обмотки статора (корпуса) , а не на ротор . Это упрощает механическую конструкцию, поскольку мощность не нужно подавать на движущийся ротор, что устраняет необходимость в коммутаторе . Однако это усложняет электрическую конструкцию, поскольку система переключения должна подавать мощность на различные обмотки и ограничивать пульсации крутящего момента . [7] [8] Источники расходятся во мнениях относительно того, является ли это типом шагового двигателя . [9]
Самый простой SRM имеет самую низкую стоимость конструкции среди всех электродвигателей. Промышленные двигатели могут иметь некоторое снижение стоимости из-за отсутствия обмоток ротора или постоянных магнитов. Обычное использование включает приложения, в которых ротор должен оставаться неподвижным в течение длительного времени, а также в потенциально взрывоопасных средах , таких как горнодобывающая промышленность, поскольку коммутация не требуется.
Обмотки SRM электрически изолированы друг от друга, что обеспечивает более высокую отказоустойчивость, чем у асинхронных двигателей . Оптимальная форма сигнала привода не является чистой синусоидой из-за нелинейного крутящего момента относительно смещения ротора и сильно зависящей от положения индуктивности обмоток.Приложения
[ редактировать ]- Аналоговые электросчетчики
- Аналоговые электрические часы
- Некоторые стиральных машин конструкции
- Механизмы привода управляющих стержней ядерных реакторов
- жесткого диска Двигатель
- Электромобили [10]
- Электроинструменты, такие как сверлильные станки, токарные станки и ленточные пилы.
См. также
[ редактировать ]- Двигатель электромобиля
- Генератор переменного тока с переключением потока , аналогичная машина, используемая в качестве генератора.
- Коммутируемый реактивный двигатель
- Шаговый двигатель
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Акустический шум в бытовой технике из-за пульсаций крутящего момента в электроприводах – часть 1 – Привод и управление двигателем – Блоги – Сообщество TI E2E» . e2e.ti.com . Проверено 9 апреля 2019 г.
- ^ Журнал, Смитсоновский институт; Осборн, Маргарет. «Этот 17-летний парень разработал двигатель, который потенциально может изменить индустрию электромобилей» . Смитсоновский журнал . Проверено 19 августа 2022 г.
- ^ «ETSD014 — Исследование новой конструкции электродвигателя» . Общество науки . Проверено 19 августа 2022 г.
- ^ Зорпетт, Гленн (15 марта 2024 г.). «Кто освободит электромобили от монополии на редкоземельные элементы?» . ИИЭЭ . Проверено 4 июня 2024 г.
- ^ Исмагилов, Флур; Вавилов Вячеслав; Пронин, Егор; Юшкова Оксана; Жеребцов, Алексей (15 декабря 2023 г.). «Исследование технологий изготовления двухфазных магнитных сталей для элементов электрических машин: Обзор» . Журнал магнетизма и магнитных материалов . 588 : 171320. doi : 10.1016/j.jmmm.2023.171320 . ISSN 0304-8853 .
- ^ Хуан, Шэньян; Цзоу, Мин; Чжан, Ваньмин; Раллабанди, Вандана; Дайал, Лаура; Буреш, Стив; Зирер, Йозеф; Джассаль, Ануп; Джонсон, Фрэнсис (01 февраля 2023 г.). «Разработка двухфазного магнитомягкого ламината для современных электрических машин» . Достижения АИП . 13 (2). дои : 10.1063/9.0000380 . ISSN 2158-3226 .
- ^ Бартос, Франк (1 февраля 2003 г.). «Весна для реактивных двигателей?» . Техника управления . Архивировано из оригинала 19 мая 2020 года.
Цифровые сигнальные процессоры и специальные алгоритмы в управлении SR жизненно важны для точного определения времени импульсов тока, подаваемых на обмотки двигателя, относительно положения ротора и статора. Технология SR не испытала реальных прорывов. снижение интереса к технологии СИ
- ^ Станкович, AM; Тадмор, Г.; Чорич, Чорич (6–10 октября 1996 г.). Управление низкими пульсациями крутящего момента вентильных реактивных двигателей с питанием по току . МСФО '96. Протокол конференции тридцать первого ежегодного собрания IAS по отраслевым приложениям IEEE 1996 года. Сан-Диего, Калифорния. S2CID 61325620 . Проверено 3 июня 2024 г. [ мертвая ссылка ]
- ^ Бартос, Франк (1 марта 2010 г.). «Возрождение двигателей и приводов SR?» . Техника управления . Архивировано из оригинала 19 мая 2020 года.
Приводы SR работают с частотой переключения, как правило, в 10 раз меньшей, чем у сопоставимых приводов переменного тока. Некоторые другие источники, похоже, относят оба двигателя к одной категории. Emotron согласен с тем, что современный двигатель SR не является шаговым двигателем, поскольку ток постоянно контролируется и контролируется относительно углового положения ротора.
- ^ [Конструкция электродвигателя 17-летнего мальчика может произвести революцию в электромобиляхРассказ Дастина Уиллена • 16 августа 2022 г., CNN.com https://www.msn.com/en-ca/autos/news/17-year-old-boy-s-electric-motor-design-could-revolutionize -evs/ar-AA10Ju0j ]
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- «Моделирование вентильных реактивных двигателей в реальном времени» Технический документ
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
