0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое момент инерции двигателя

Экспериментальное определение моментов инерции ротора или якоря электрической машины

Не всегда значение маховых моментов или моментов инерции роторов или якорей электрических машин можно найти в каталогах электрооборудования. Также в данный момент на предприятиях эксплуатируется большое количество электрических машин, данные на которые могут потеряться в ходе эксплуатации. Если данные о маховом моменте электрической машины отсутствуют, то их можно определить экспериментально с помощью методов:

  • Крутильных колебаний;
  • Маятниковых колебаний;
  • Падающего груза;
  • Свободного выбега;

Пусковой момент электро двигателя

Пусковой момент электро двигателя

Сообщение chegevara » 08 мар 2017, 12:55

Пусковой момент электро двигателя

Сообщение Михайло » 08 мар 2017, 18:19

Во-первых, машина — это обобщенное название двигателя и генератора. Многие машины могут работать в двигательном и генераторном режиме, поэтому предпочитают называть их машинами.

Электромагнитный момент на валу двигателя немного расходуется на потери в подшипнике, поэтому [номинальный] момент двигателя чуть меньше электромагнитного момента.. Электромагнитный момент — это результат чистого «электромагнитного» расчета и соответственно он не учитывает трение в подшипниках. В принципе разницей можно пренебречь, так как подшипники дают потерю порядка 2-4%.

Пусковой момент — это момент, который создается двигателем на нулевой скорости (при трогании/при пуске). Важная характеристика, так как многие нагрузки имеют особенности при трогании с места. Например, вентилятор при пуске практически не требует крутящего момента, а конвейер может потребовать момент, близкий к номинальному моменту двигателя. Не каждый привод может дернуть с номинальным моментом. Например, асинхронный двигатель, питаемый от сети 380 В, 50 Гц может выдать только примерно 50-70% от номинального момента. Двигатель постоянного тока может дернуть любую нагрузку, но может при этом сгореть. Наблюдаются такие случаи, когда ДПТ 300 Вт качает компрессор, а АД 1,1 кВт при той же нагрузке не может даже стартануть.

У синхронных машин пусковой момент мал: они не могут разгоняться сами, их разгоняют разными ухищрениями.

Момент (крутящий момент, вращающий момент, torque) при вращающем движении — это эквивалент силы при поступательном движении. Имеется эквивалент второго закона Ньютона для вращающего движения e = M/J, аналог a=F/m. Соответственно J (момент инерции) — это эквивалент массы m, e — это эквивалент ускорения a. Не следует путать понятия «момент» M и «момент инерции» J, это совершенно разные штуки.

ПРИМЕЧАНИЕ: При частотном регулировании АД и СД их пусковые моменты увеличиваются и проблем с пуском уже нет. Но это тема следующих параграфов.

Расчeт и подбор серводвигателя для шарико-винтовой пары

Сервопривод, на базе синхронного двигателя с датчиком обратной связи (энкодером), стал неотъемлемой частью большинства станков, в которых необходима прецизионность, высокая динамика процессов и надежность. О достоинствах сервопривода в сравнении с другими типами электроприводов (асинхронного, синхронного реактивного, постоянного тока) используемых в станкостроении написано множество литературы.

Основной особенностью сервопривода на базе синхронного двигателя с постоянными магнитами (рассматриваемого в этой статье), является то, что он может кратковременно обеспечивать момент до 350% от номинального, что позволяет обеспечить высокую динамику и выбирать двигатель с меньшим номинальным моментом, чем в случаях с другими типами двигателей. Содержание этой статьи будет актуально для специалистов уже определившихся с типом оборудования, но не знающих как подобрать серводвигатель.


Сервоприводы YASKAWA Sigma-5 и Sigma-7

Очень часто инженеры сталкиваются с проблемой подбора серводвигателя для того или иного типа применения. Выбор номинальных характеристик двигателя не должен носить эмпирический характер, так как существует единственный проверенный способ – расчёт параметров двигателя. Этот расчёт производится исходя из условий функционирования системы и требований к ней. В статье приведены схема (рис.1) и пример расчета серводвигателя YASKAWA серии SIGMA 5 в применении с шарико-винтовой парой (ШВП) – преобразователем вращательного движения в поступательное линейное.

Рисунок 1. Кинематическая схема механизма серводвигатель – ШВП.

Читать еще:  Двигатель вентилятора газ 3110 характеристики

Зададим исходные параметры:

  • Скорость нагрузки: ϑL=15 м/мин;
  • Масса элементов поступательного движения: m=250 кг;
  • Длина винта: lB=1,0 м;
  • Диаметр винта: dB=0,02 м;
  • Шаг резьбы винта: PB=0,01 м ;
  • Плотность шарика: ρ=7,87×〖10〗^3 кг/м3;
  • Передаточное число редуктора: i=2;
  • Суммарный момент инерции редуктора и соединительной муфты: JG=0,40×〖10〗^(-4) кг*м2;
  • Частота подач (перемещений): n=40 мин-1;
  • Дистанция перемещения (позиционирования): l=0,275 м;
  • Максимальное время перемещения (позиционирования): tm=1,2 с;
  • Точность остановки: δ=±0,01 мм;
  • Коэффициент трения скольжения: μ=0,2;
  • КПД механики: η=0,9 (90%).

1. Расчёт времени при помощи циклограммы линейного перемещения

Для точного расчёта параметров мотора под требуемую задачу, нужно составить циклограмму движения механизма (рабочего органа). В данном случае движение рабочего органа будет циклическим.

Рисунок 2. Циклограмма линейной скорости.

t=60/n=60/40=1,5 c;

Из циклограммы видно, что время ускорения и торможения имеют равные значения, следовательно, мы получаем:

ta=td=tm-60l/ϑL =1,2-(60×0,275)/15=0,1 c;

tc=tm-2×ta=1,2-0,1×2=1,0 c.

2. Расчёт скорости вращения вала серводвигателя

Скорость вращения винта ШВП: nLL/PB =15/0,01=1500 об/мин;

Скорость вращения вала двигателя: nM=nL×i=1500×2=3000 об/мин.

3. Расчёт момента, прикладываемого к валу серводвигателя

4. Расчёт приведенного момента инерции к валу серводвигателя

Момент инерции подшипников:

JB=π/32 ρ×lB×〖d_B〗^4×1/i^2 =π/32×7,87×103×1,0×〖0,02〗^4×1/2^2 =0,31×〖10〗^(-4) кг*м2;

Суммарный момент инерции муфты и редуктора:

Анализ индукционного двигателя: Верификационная задача TEAM

В этой заметке мы рассмотрим задачу моделирования трёхфазного асинхронного двигателя, описанную как проблема №30a в Testing Electromagnetic Analysis Methods (TEAM) (от общества Compumag). Мы покажем, как моделировать асинхронный двигатель в 2D с использованием физического интерфейса Rotating Machinery, Magnetic (Магнитные вращающиеся механизмы) и решателя во временной области. Изучим динамику пуска двигателя, объединив электромагнитный расчёт с динамикой ротора, учитывая при этом инерционные эффекты. В конце мы сравним результаты моделирования в COMSOL Multiphysics с верификационными данными.

Проектирование асинхронного двигателя посредством моделирования

Трёхфазный асинхронный двигатель состоит из двух главных частей: неподвижной, называемой статором, и вращающейся, называемой ротором. Статор состоит из набора пластин электротехнической стали и трёхфазных обмоток, а ротор — из алюминия и стали. Трёхфазные обмотки, обозначенные A, B и C на рисунке ниже, в статоре смещены друг относительно друга на 120°. Каждая фаза обмотки охватывает 45° полного оборота. Обмотки разделяются воздушным зазором. Внешний диаметр статора — 5.7 см.


Конструкция трёхфазного асинхронного двигателя. Показаны основные части, размеры и конфигурации фаз.

По условиям задачи задаём плотность тока, равною 310 A/см 2 , что эквивалентно действующему значению тока Irms = 2045.175 на каждую обмотку. Двигатель работает на частоте 60 Гц. Магнитная проницаемость стали статора и ротора одинаковая — μr = 30. Электрическая проводимость стали статора — σ = 0 (шихтовка), ротора — σ = 1.6e6 См/м. Электрическая проводимость алюминиевой части ротора — σ = 3.72e7 См/м.

Моделирование динамики асинхронного двигателя в COMSOL Multiphysics

При построении геометрии асинхронного двигателя в COMSOL Multiphysics, необходимо создать два объединения (unions). Одно для элементов статора, второе для элементов ротора. Заключительным этапом создания геометрии является Построение сборки (Form Assembly), как описано в этом видео. Таким образом, между статором и ротором автоматически сгенерируются тождественные пары (identity pair).


Геометрическая последовательность для асинхронного двигателя. Геометрия финализируется путем создания сборки (операция Form Assembly) между объединениями для ротора и статора.

В таблице ниже приведены свойства материалов, которые используются в этой модели. Плотность материала не указана в исходном задании TEAM, поэтому полагаем, что плотность стали и алюминия ротора равна 7850 кг/м 3 и 2700 кг/м 3 соответственно. Значения плотности необходимы, чтобы вычислить момент инерции.

МатериалЭлектрическая проводимость (σ)Относительная проницаемость (μr)Плотность (ρ)
Сталь в роторе1.6e6 [См/м]307850 [кг/м^3]
Сталь в статоре0 [См/м]30Не требуется
Алюминий в роторе3.72e7 [См/м]12700 [кг/м^3]
Воздух0 [См/м]1Не требуется

Для моделирования электромагнитных полей в трёхфазном асинхронном двигателе будем использовать физический интерфейс Rotating Machinery, Magnetic. Так как все магнитные и электрические свойства материалов линейны, добавленный по умолчанию узел Ampère’s Law (Закон Ампера) оставляем без изменений.

Читать еще:  Что означает двигатель перегрели

Для моделирования трёзфазных обмоток будем использовать условие Homogenized Multi-turn Coil (Однородная многовитковая катушка). Число витков в обмотке равно n0 = 2045 . Каждый многожильный провод проводит ток порядка 1[A] , который смещён на 120° между фазами. Запишем выражения для каждой из фаз:

  1. I A = 1[A]*cos(w0*t)*sqrt(2)
  2. I B = 1[A]*cos(w0*t+120[deg])*sqrt(2)
  3. I C = 1[A]*cos(w0*t-120[deg])*sqrt(2)

Где, 1[A] — действующее значение тока. Чтобы получить амплитудное, умножаем на sqrt(2) .

В физическом интерфейсе Rotating Machinery, Magnetic с помощью узла Force Calculation (Расчёт Силы) можно сразу рассчитать электромагнитный момент, действующий на ротор. Добавив этот узел, при постобработке нам будут доступны пространственные компоненты магнитных сил ( rmm.Forcex_0 , rmm.Forcey_0 , rmm.Forcez_0 ) и осевого момента инерции ( rmm.Tax_0 ). Узел Force Calculation для расчёта силы просто интегрирует тензор напряжений электромагнитного поля (максвелловский тензор напряжений) по всей внешней выбранной границе или области. Так как метод основан на интегрировании поверхности, рассчитываемая сила зависит от размера сетки. При использовании этого метода для точного вычисления силы или момента важно всегда выполнять исследование по сеточной сходимости (mesh refinement study).

Есть другой способ расчёта момента — метод Арккио. Он заключается в объёмном интегрировании вектора плотности магнитного потока. В этом методе электромагнитный момент электрических вращающихся машин в 2D моделях может быть рассчитан из следующего уравнения.

Где r_o — это внешний радиус, r_i — внутренний радиус, S_ — площадь поперечного сечения воздушного зазора. B_r и B_phi — плотность магнитного потока в радиальном и азимутальном направлении, соответственно. Далее на скриншотах более подробно показано, как добавить расчёт по методу Арккио в модель в COMSOL Multiphysics.


Реализация метода Арккио для расчёта момента в асинхронном двигателе.

Моделирование динамики пуска двигателя с использованием физического интерфейса Global ODEs and DAEs

Вращательное движение ротора задаётся следующими двумя уравнениями:

где T_m — аксиальный электромагнитный момент ротора, T_L — момент на нагрузке, omega_m — угловая скорость ротора, phi — угловое положение ротора.

Эти уравнения задаются в двух разных узлах Global Equations в физическом интерфейсе Global ODE and DAEs (Глобальные ОДУ и ЛАУ), как показано на рисунке ниже.


Задание дифференциальных уравнений для угловой скорости и углового положения ротора в физическом интерфейсе Global ODEs and DAEs.

График изменения электромагнитного момента ротора в зависимости от времени (слева). Угловая скорость ротора (справа).

График электромагнитного момента в начале колеблется, а затем достигает максимального значения при 0,28 секунды. Затем уменьшается до нуля при достижении синхронной скорости при 0,4 секунды. При 0,5 секунды момент в нагрузке изменяется скачком (по заданному закону). Затем постепенно двигатель выходит на номинальный режим.

Сравнение результатов моделирования в COMSOL Multiphysics и результатов верификационной задачи TEAM

Чтобы сравнить электромагнитный момент, наводимое напряжение и потери в роторе с верификационной задачей TEAM №30a, мы создали такую же модель асинхронного двигателя в COMSOL Multiphysics в частотной области с использованием физического интерфейса Magnetic Fields (Магнитные поля). В данном интерфейсе вращательное движение задаётся узлом Lorentz term (сила Лоренца), который описывает движение. Вы можете скачать учебный пример трёхфазного асинхронного двигателя здесь.

Сравнение графиков зависимости аксиального момента от скорости двигателя (слева) и наводимого напряжения от скорости двигателя (справа).

Сравнение графиков зависимости потерь в роторе от скорости двигателя (слева) и потерь в стали от скорости двигателя (справа).

Дополнительные ресурсы по моделирования двигателей в COMSOL Multiphysics

  • Начните моделировать асинхронные двигатели, ознакомившись со следующими учебными примерами:
    • Трёхфазный асинхронный двигатель: Рабочая тестовая модель TEAM №30
    • Динамика асинхронного двигателя в 2D
    • Верификационная проблема TEAM №30a: Анализ асинхронного двигателя
  • Чтобы узнать больше о моделировании вращающихся машин, прочтите следующие статьи:
    • Как моделировать вращающиеся машины в 3D
    • Рекомендации по моделированию вращающихся машин в 3D
  • Следите за нашим блогом по проектированию Электромагнитных устройств
Читать еще:  Датчик температуры двигателя старлайн а94

Рубрики блога

Я соглашаюсь с тем, что COMSOL будет собирать, хранить и обрабатывать мои персональные данные согласно моим настройкам и Политике конфиденциальности COMSOL . Я соглашаюсь получать электронные письма от COMSOL AB и его аффилированных компаний о блоге COMSOL. Это согласие может быть отозвано.

Рекомендуемые публикации

Изучение пресбиопии с помощью оптомеханической модели человеческого глаза

Вихретоковые тормозные системы как способ избавления от трения

Моделирование электронной пушки Пирса в COMSOL Multiphysics®

Таблица 1. Формы сечения, площади сечений, моменты инерции и моменты сопротивления для конструкций достаточно простых геометрических форм.

Обычно, этих формул достаточно для большинства расчетов, но случаи бывают всякие и сечение конструкции может быть не такой простой геометрической формы или положение осей, относительно которых нужно определить момент инерции или момент сопротивления, может быть не таким, тогда можно воспользоваться следующими формулами:

Похожие статьи

Исследования ветроколес с вертикальной осью вращения

Однако, это верно лишь для тихоходных роторов с лопастями, сопротивление движению которых различно.

Основные термины (генерируются автоматически): вертикальная ось вращения, компьютерное моделирование, крутящий момент, OECD, лопастная система.

Методика изучения вращательного движения твердого тела.

Основные термины (генерируются автоматически): момент импульса, вращательное движение, импульсный момент, неподвижная ось, момент инерции, величина, ось вращения, угловая скорость, ток момента импульса, импульсный ток.

Расчёт деформации приспособления для закрепления концевых.

получим следующую формулу для вычисления полярного момента инерции

г) Вычислительная машина IBM PC. Программная часть измерительной установки состоит из прикладной программы «Mеркурий» (рис.4), написанной на языке C++.

Математическое моделирование взаимодействия ионов.

Основные термины (генерируются автоматически): момент импульса, вращательное движение, импульсный момент, неподвижная ось, момент инерции, величина, ось вращения, угловая скорость, ток.

Решение задачи управления перемещением квадрокоптера вдоль.

Математическая модель квадрокоптера (математическая модель движения твердого тела в

где — масса твердого тела; — ускорение свободного падения; — матрица инерции

Основные термины (генерируются автоматически): MATLAB, канонический вид, угол крена, ось, система.

Использование магнитных подвесов при проектировании ВЭУ.

В статье исследуется тема использования магнитных подвесов при проектировании ветроэнергетических установок с вертикальной и горизонтальной осью вращения (ВЭУ).

Корпус ступицы вращается и передает момент вращения генератору ВЭУ.

Анализ условий устойчивости стационарного движения редуктора

Методика изучения вращательного движения твердого тела. Для колеса вращающегося вокруг оси симметрии направление вектора совпадает с направлением вектора угловой скорости. Если в систему с моментом импульса перенести момент импульса в количестве.

Математическое моделирование движения плоского.

. вращательного движения 7–11 (рис. 1.). Рассмотрим алгоритм перемещения

силы (равен 0 — сила приложена вертикально вниз) —момент инерции j-тых звеньев; — момент инерции

РАН. Механика твердого тела, 1998, № 4, с. 86–101. Jatsun S., Zimmerman K., Zeigis I., Jatsun A.

Способ вращения геометрической фигуры вокруг оси плоскости.

Основные термины (генерируются автоматически): фигура, рисунок, окружность круга, круг окружности, окружность, координатная ось, призма, горизонтальная плоскость, осевая линия, геометрическая фигура.

Т.к. в BLE-Nano встроен Bluetooth, и не надо писать дополнительный код, легко добавить управление. Я переделал SerialTerminal под Android и сделал из него пульт управления.

План дальнейшего развития:

Сделать расширяемую платформу (другой контроллер или Raspberry будет делать всю высокоуровневую работу, а Nano будет предоставлять API по настройке и управлению)

Добавить сенсоры (препятствий, линии под роботом, микрофон, камеру)

Добавить индикаторы (заряда батареи, угла, скорости)

Присоединить телефон и установить конференц-связь

Буду рад, если кто-то захочет присоединиться.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector