CC BY
2
Научная статья Original article УДК 681.2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
DETERMINATION OF OPTIMAL CHARACTERISTICS OF ELECTRIC
MOTORS
Егоров Алексей Васильевич, доктор технических наук, профессор, доцент кафедры «Транспортно-технологических машин и оборудования», ФГБОУ ВО «Поволжский государственный технологический университет», Россия, г. Йошкар-Ола
Клейменов Сергей Владиславович, аспирант, 4 курс, факультет «Транспортно-технологических машин и оборудования», ФГБОУ ВО «Поволжский государственный технологический университет», Россия, г. Йошкар-Ола
Egorov Alexey Vasilievich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Associate Professor of the Department of "Transport-technological machines and equipment", FGBOU VO " Volga State University of Technology", Russia, Yoshkar-Ola Kleimenov Sergey Vladislavovich, post-graduate student, 4th year, faculty of "Transport-technological machines and equipment", FGBOU VO " Volga State University of Technology", Russia, Yoshkar-Ola
Аннотация
Электродвигатели играют ключевую роль в различных отраслях промышленности - от автомобилестроения и производства до возобновляемых источников энергии и бытовой техники. Поскольку спрос на энергоэффективные и высокопроизводительные электродвигатели продолжает расти, определение оптимальных характеристик этих машин становится настоятельной необходимостью. В данной работе представлено комплексное исследование, направленное на выяснение ключевых параметров и признаков, составляющих оптимальные характеристики электродвигателей.
S u m m a r y
Electric motors play a pivotal role in various industries, from automotive and manufacturing to renewable energy and consumer appliances. As the demand for energy-efficient and high-performance electric motors continues to grow, defining the optimal characteristics of these machines becomes imperative. This abstract outline a comprehensive study aimed at elucidating the key parameters and attributes that constitute the optimal characteristics of electric motors.
Ключевые слова: электродвигатели, промышленное применение, автомобильная промышленность, производственный сектор, возобновляемая энергетика, потребительские приборы, энергоэффективность.
Keywords: electric motors, industrial applications, automotive, manufacturing sector, renewable energy, consumer appliances, energy efficiency.
В данной работе описаны некоторые параметры, которые необходимо рассчитать для подбора оптимального двигателя для конкретного применения.
[1, с. 24]
• Прежде всего, необходимо определить некоторые особенности конструкции, такие как приводной механизм, габаритные размеры, перемещаемые расстояния и период позиционирования.
• Подтвердить требуемые характеристики приводной системы и оборудования (точность остановки, фиксация положения, диапазон скоростей, рабочее напряжение, разрешение, долговечность и т.д.).
• Рассчитайте значения нагрузочного момента, инерции нагрузки, скорости и т.д. на валу привода механизма. Расчет скорости, момента нагрузки и инерции нагрузки для различных механизмов см. на стр. 3.
• Выберите тип двигателя: двигатель переменного тока, бесщеточный двигатель постоянного тока или шаговый двигатель, исходя из требуемых технических характеристик.
• Окончательно определитесь с двигателем после того, как убедитесь, что технические характеристики выбранного двигателя/редуктора удовлетворяют всем требованиям (механическая прочность, время разгона, момент разгона и т.д.).
Далее подробно описаны основные моменты процедуры выбора, такие как определение профиля движения, расчет требуемого момента и подтверждение выбранного двигателя.
Профили движения
Существует 2 основных профиля движения.
Один из них — это старт/стоп, а другой - ускорение/замедление.
Наиболее распространенным является режим ускорения/замедления.
При малой инерционности нагрузки можно использовать режим "старт/стоп".
Поиск числа рабочих импульсов Л
Число рабочих импульсов выражается как количество импульсных сигналов, которые в сумме составляют угол, на который должен переместиться двигатель, чтобы совершить работу из точки А в точку В. [2, с. 340]
Рабочий импульс (А) _ (импульс)
Расстояние за одно движение Расстояние за один оборот вала
х
Кол-во импульсов, I 360° х „ „ i = -- х
необходимых для 1 оборота двигателя /rev 0s
Где 0 s - угол шага
Определение скорости рабочих импульсов F2 [Гц]
Скорость рабочих импульсов можно определить по количеству рабочих импульсов, периоду позиционирования и периоду ускорения/замедления. [3, с. 100]
Для режима ускорения/замедления
Ускорение/замедление — это метод работы, при котором рабочие импульсы двигателя, используемого в средне- или высокоскоростной области, постепенно изменяются. [4, с. 440] Он определяется по приведенному ниже уравнению. Обычно период разгона (замедления) (t1) устанавливается равным примерно 25% от периодов позиционирования. При плавном изменении скорости момент разгона может быть меньше, чем при работе в режиме "старт-стоп".
Если двигатель работает по такой схеме, то период ускорения/замедления необходимо рассчитывать с учетом периода позиционирования.
Ускорение/замедление
Рабочий импульс (А) _ (скорость /2) [Гц]
Количество тт Период
Частота запуска рабочих импульсов — гл х ускорения
импульсов [Гц]
_ [импульсов] ь -1 (замедления) [с] _
Период Период
г — ускорения позиционирования [с]
(замедления) [с]
А — /1 х ^ ¿0 — ¿1
Для режима "пуск-стоп"
"Пуск-стоп" — это метод работы, при котором рабочая импульсная
скорость двигателя, используемого в низкоскоростной области, внезапно
увеличивается без периода разгона. Она определяется по следующему
уравнению. Поскольку требуется быстрое изменение скорости, момент
разгона очень велик. [5, с. 120]
Рабочий импульс (А) Количество рабочих импульсов [импульсов] (скорость /2) [Гц] Период позиционирования [с]
_ А = ^
Расчет скорости ускорения/замедления TR
Скорость ускорения/замедления _ Т [мс/кГц] =
Период ускорения (замедления)[мс] ^
Частота вращения и — и Скорость 2 1
г„ -, — пусковых импульсов рабочего импульса [Гц] ^^
Расчет рабочей скорости по скорости рабочего импульса
Рабочая скорость _ Частота рабочих импульсов Угол сдвига
[об/мин] = [Гц] Х 360 Х6°
Расчет момента ускорения Ta 1. Для режима ускорения/замедления
Момент ускорения (Та)[унц-дюйм] =
/Инерция ротора Суммарная инерцияч п х Угол поворота [°]
( [унц-дюйм2] + [унц-дюйм2] )
х-х
180°
Скорость рабочих импульсов [Гц] — Скорость пусковых импульсов [Гц]
Период ускорения (замедления)[с]
п • 05 /2 — /1
== (/0 + Ул) х-х-—-
и0 JLJ 180°
2. Для работы в режиме старт-стоп
Для работы в режиме ускорения/замедления Момент ускорения (Га)[унц-дюйм] =
Инерция ротора Полная инерция ( [унц-дюйм2] [унц-дюйм2] /
п х Угол поворота [°] х (Раб. скорость импульсов) 2[Гц]
х
= С/о + Л) х
180° • коэффициент п • 05 • /22
180° •п ' Где п:3.6°/ 05
Расчет необходимого крутящего момента Тм
ГТ1 « « ГТ1
Требуемый крутящий момент ТМ _ [унц-дюйм]
_ /Крутящий момент Момент ускорениях = ( [унц-дюйм] [унц-дюйм] /
х Коэффициент безопасности = (7^ + Га) х 5/
В конечном итоге данное исследование призвано обеспечить
комплексную основу для определения оптимальных характеристик
электродвигателей, что позволит инженерам, конструкторам и
производителям принимать обоснованные решения при выборе и
проектировании электродвигателей для различных применений. Оптимизируя
характеристики электродвигателей, мы сможем внести свой вклад в создание
более устойчивого и энергоэффективного будущего, способствуя инновациям
и технологическому прогрессу в различных отраслях. [6, с. 165]
Литература
1. Анненков Е. А. Определение оптимальных параметров электродвигателя в разомкнутой системе электродвигатель - механизм // Вестник науки и образования. 2017. № 1 (25). С. 24-27.
2. Авербух М., Локшин Е. Оценка параметров эквивалентной схемы параметров эквивалентной схемы асинхронных двигателей путем лабораторных испытаний. // Машины. 2021. № 9, С. 340.
3. Васильев Д. А., Пантелеева Л. А., Покоев П. Н., Носков В. А. Энергоэффективное управление асинхронным электродвигателем // Вестник НГИЭИ. 2019. №4 (95). С. 100-115.
4. Башарин, А. В. Примеры расчетов автоматизированного электропривода // Энергия. 1971. - 440 с.
5. Чернышев, А. Ю. Проектирование электрических приводов учебно-методическое пособие // ТПУ, 2005. - 120 с.
6. Качин, С. И. Автоматизированный электропривод: учебно-методическое пособие // ТПУ. 2010. - 165 с.
Literature
1. Annenkov E. A. Determination of the optimal parameters of the electric motor in the open loop system electric motor - mechanism // Vestnik nauki i obrazovanie. 2017. № 1 (25). pp. 24-27.
2. Averbukh M., Lokshin E. Estimation of the parameters of the equivalent circuit parameters of the equivalent circuit of induction motors by laboratory tests. // Machines. 2021. № 9, pp. 340.
3. Vasiliev D. A., Panteleeva L. A., Pokoev P. N. N., Noskov V. A. Energy-efficient control of the asynchronous electric motor // Vestnik NSTEI. 2019. №4 (95). pp. 100-115.
4. Basharin, A. V. Examples of calculations of the automated electric drive // Energia. 1971. pp/ 440.
5. Chernyshev, A. Yu. Designing of the electric drive's textbook // TPU, 2005. pp. 120.
6. Kachin, S. I. Automated electric drive: textbook // TPU. 2010. - 165 c.
© Егоров А.В., Клейменов С.В., 2023 Международный журнал прикладных наук и технологий "Integral" №5/2023.
Для цитирования: Егоров А.В., Клейменов С.В. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ// Международный журнал прикладных наук и технологий "Integral" №5/2023.
