Анаэробный двигатель принцип работы и устройство: Импульсные детонационные двигатели как будущее ракет и авиации

Импульсные детонационные двигатели как будущее ракет и авиации

Прямоточный испульсный детонационный двигатель. Графика «Горение и взрыв»

Существующие двигательные установки для авиации и ракет показывают весьма высокие характеристики, но вплотную приблизились к пределу своих возможностей. Для дальнейшего повышения параметров тяги, создающего задел для развития авиационной ракетно-космической отрасли, необходимы другие двигатели, в т.ч. с новыми принципами работы. Большие надежды возлагаются на т.н. детонационные двигатели. Подобные системы импульсного класса уже испытываются в лабораториях и на летательных аппаратах.

Физические принципы

В существующих и эксплуатируемых двигателях на жидком топливе используется дозвуковое горение или дефлаграция. Химическая реакция с участием топлива и окислителя образует фронт, перемещающийся по камере сгорания с дозвуковой скоростью. Такое горение ограничивает количество и скорость реактивных газов, истекающих из сопла. Соответственно, ограничивается и максимальная тяга.

Альтернативой является детонационное горение. В этом случае фронт реакции перемещается со сверхзвуковой скоростью, образуя ударную волну. Подобный режим горения увеличивает выход газообразных продуктов и обеспечивает повышенную тягу.

Детонационный двигатель может быть выполнен в двух вариантах. Одновременно разрабатываются импульсные или пульсирующие двигатели (ИДД / ПДД) и ротационные / вращающиеся. Их отличие заключается в принципах горения. Ротационный двигатель поддерживает постоянную реакцию, а импульсный работает за счет последовательных «взрывов» смеси топлива и окислителя.

Импульсы образуют тягу

В теории, по своей конструкции ИДД не сложнее традиционного прямоточного воздушно-реактивного или жидкостного ракетного двигателя. Он включает камеру сгорания и сопловой аппарат, а также средства подачи топлива и окислителя. При этом накладываются особые ограничения на прочность и стойкость конструкции, связанные с особенностями работы двигателя.
Опытный самолет Long-EZ с ИДД. Фото National Museum of USAF
Во время работы форсунки подают в камеру сгорания топливо; окислитель подводится из атмосферы помощи воздухозаборного устройства. После образования смеси происходит воспламенение. За счет правильного подбора компонентов топлива и пропорций смеси, оптимального способа воспламенения и конфигурации камеры образуется ударная волна, движущаяся в направлении сопла двигателя. Текущий уровень технологий позволяет получить скорость волны до 2,5-3 км/с с соответствующим повышением тяги.

ИДД использует пульсирующий принцип работы. Это означает, что после детонации и выхода реактивных газов камера сгорания продувается, вновь наполняется смесью – и следует новый «взрыв». Для получения высокой и стабильной тяги этот цикл должен осуществляться с большой частотой, от десятков до тысяч раз в секунду.

Сложности и преимущества

Главным преимуществом ИДД является теоретическая возможность получения повышенных характеристик, обеспечивающих превосходство над существующими и перспективными ПВРД и ЖРД. Так, при той же тяге импульсный двигатель получается компактнее и легче. Соответственно, в тех же габаритах можно создать более мощную установку. Кроме того, такой двигатель проще по своей конструкции, поскольку не нуждается в части приборного оснащения.

ИДД работоспособен в широком диапазоне скоростей, от нулевых (при старте ракеты) до гиперзвуковых. Он может найти применение в ракетно-космических системах и в авиации – в гражданских и военных областях. Во всех случаях его характерные особенности позволяют получить те или иные преимущества перед традиционными системами. В зависимости от потребностей, возможно создание ракетного ИДД, использующего окислитель из бака, или воздушно-реактивного, принимающего кислород из атмосферы.

Впрочем, имеются существенные недостатки и затруднения. Так, для освоения нового направления приходится проводить различные достаточно сложные исследования и опыты на стыке разных наук и дисциплин. Специфический принцип работы предъявляет особые требования к конструкции двигателя и ее материалам. Ценой высокой тяги оказываются повышенные нагрузки, способные повредить или разрушить конструкцию двигателя.

ИДД для Long-EZ. Фото National Museum of USAF
Сложной задачей является обеспечение высокой скорости подачи топлива и окислителя, соответствующей необходимой частоте детонаций, а также выполнение продувки перед подачей топлива. Кроме того, отдельной инженерной проблемой является запуск ударной волны при каждом цикле работы.

Следует отметить, что к настоящему времени ИДД, несмотря на все усилия ученых и конструкторов, не готовы к выходу за пределы лабораторий и полигонов. Конструкции и технологии нуждаются в дальнейшей отработке. Поэтому пока не приходится говорить о внедрении новых двигателей в практику.

История технологии

Любопытно, что принцип импульсного детонационного двигателя впервые был предложен не учеными, но писателями-фантастами. К примеру, подлодка «Пионер» из романа Г. Адамова «Тайна двух океанов» использовала ИДД на водородно-кислородной газовой смеси. Схожие идеи фигурировали и в других художественных произведениях.

Научные изыскания по теме детонационных двигателей начались чуть позже, в сороковых годах, причем пионерами направления были советские ученые. В дальнейшем в разных странах неоднократно предпринимались попытки создания опытного ИДД, но их успех серьезно ограничивало отсутствие необходимых технологий и материалов.

31 января 2008 г. агентство DARPA министерства обороны США и Лаборатория ВВС начали испытания первой летающей лаборатории с ИДД воздушно-реактивного типа. Оригинальный двигатель установили на доработанном самолете Long-EZ от фирмы Scale Composites. Силовая установка включала четыре трубчатые камеры сгорания с подачей жидкого топлива и забором воздуха из атмосферы. При частоте детонаций 80 Гц развивалась тяга ок. 90 кгс, чего хватало только для легкого летательного аппарата.

Российский ротационный детонационный двигатель «Ифрит». Фото НПО «Энергомаш»
Эти испытания показали принципиальную пригодность ИДД для применения в авиации, а также продемонстрировали необходимость совершенствования конструкций и повышения их характеристик. В том же 2008 г. опытный самолет отправили в музей, а DARPA и смежные организации продолжили работу. Сообщалось о возможности применения ИДД в перспективных ракетных комплексах – но пока они не разработаны.

В нашей стране тематика ИДД изучалась на уровне теории и практике. К примеру, в 2017 г. в журнале «Горение и взрыв» появилась статья об испытаниях детонационного прямоточного двигателя на газообразном водороде. Также продолжаются работы по ротационным детонационным двигателям. Создан и испытан РДД на жидком топливе, пригодный для использования на ракетах. Прорабатывается вопрос использования таких технологий в авиационных двигателях. В этом случае детонационная камера сгорания интегрируется в состав турбореактивного двигателя.

Перспективы технологии

Детонационные двигатели представляют большой интерес с точки зрения применения в разных областях и сферах. За счет ожидаемого прироста основных характеристик они могут, как минимум, потеснить системы существующих классов. Однако сложность теоретической и практической разработки пока не позволяет им дойти до использования на практике.

Впрочем, в последние годы наблюдаются положительные тенденции. Детонационные двигатели в целом, в т.ч. импульсные, все чаще появляются в новостях из лабораторий. Развитие этого направления продолжается, и в будущем сможет дать желаемые результаты, хотя сроки появления перспективных образцов, их характеристики и области применения пока остаются под вопросом. Однако сообщения последних лет позволяют смотреть в будущее с оптимизмом.

Гравитационный двигатель. Виды и устройство. Работа и применение

Гравитационный двигатель длительное время был несбыточной мечтой. Ученые создавали теоретические формулы, которые демонстрировали возможность создания и использования подобных устройств. Однако на практике это было неосуществимо. Эффект гравитации, который планировалось использовать, работал непродолжительно и то, если ему придавалась определенная сила. Изобретатели проектировали и изготавливали различные устройства, которые позволили бы достичь успеха. Однако добиться логического завершения никому не удалось.

Лишь в последнее время благодаря развитию науки появились возможности и гравитационный двигатель начал приобретать практическое очертание. Длительное время отсутствие возможности постройки подобного изделия было вызвано тем, что по закону Ньютона работа, выполняемая полем в отношении замкнутого контура, равняется нулю. Сегодня же в основу возможности создания подобного устройства используют теорию относительности. Одним из вариантов в этом направлении является использование магнитно-гравитационного движка и устройства на новых физических принципах.

Виды

Гравитационный двигатель в зависимости от типа конструкции и используемой энергии может быть:

• Механические. Это всевозможные конструкции движков, которые ученые создают еще с давних времен. Одним из типичных представителей таких двигателей является колесо, на котором при помощи ниток навешаны грузы. При толчке колесо начинает крутиться. Изначально, кажется, что колесо будет крутиться постоянно, однако через некоторое время оно останавливается. Вызвано это тем, что грузы с разных сторон уравновешиваются.

• Гидромеханические. Используется для преобразования силы выталкивания воды и тяготения в механическую энергию. Типичным представителем подобных устройств являются поплавковые двигатели. Поплавки с помощью нити и проволоки связываются в цепь. В воде они под действием силы выталкивания всплывают, а на воздухе на них действует сила тяжести. В результате они могут вращать присоединенное к ним колесо, но также ограниченное время. Проблемой здесь является то, что поплавкам приходится преодолевать сопротивление воды, чтобы погрузиться. В результате получается такой же замкнутый контур.

• Капиллярные. Такие двигатели работают благодаря капиллярному эффекту, поднимая воду на вершину. Затем вода падает вниз, заставляя крутиться колесо. Однако здесь также есть минус – воду будет удерживать капиллярный эффект, поднимающий ее первоначально.

• Магнитно-гравитационные. Такие устройства работают благодаря постоянным магнитам. Работа такого агрегата основывается на переменном перемещении магнитиков относительно главного магнита или какого-либо груза.

• Гравитационный двигатель, работающий на новых физических принципах создания тяги.

Устройство

Гравитационный двигатель, работающий на гидромеханическом принципе, имеет следующее устройство. Главным элементом конструкции выступает плунжерная пара, состоящая из цилиндра и поршня, создающая камеру сжатия. Поршень в то же время способен двигаться внутри цилиндра под действием своего веса. При наличии наклона по отношению к горизонту, поршень перемещается по наклонной, постепенно всасывая либо выталкивая воду из камеры сжатия.

Плунжерные пары соединяются между собой при помощи трубы, откуда вода способна перетекать из одной камеры в другую. Подобная система вращается относительно точки подвеса, которая находится в неподвижном состоянии.

В магнитных двигателях применяются постоянные магниты, грузы и дисковый постоянный магнит. Появление магнитных сил, образующихся между постоянными магнитами. В том числе при помощи силы гравитации позволяет создавать постоянное вращение ротора относительно статорного магнита в виде кольца.

Принцип действия

Гидромеханический движок работает благодаря перемещению жидкости в камере и силе тяжести. Плунжерные пары при вертикальном положении имеют воду в нижней камере сжатия. При отклонении системы от указанного положения поршни направляются в стороны. В этот момент в верхнем поршне образуется вакуум, а в нижнем появляется определенное давление. В результате жидкость направляется из нижней камеры в верхнюю. Постепенно верхняя камера при накоплении жидкости начинает перевешивать нижнюю. В результате система получает ускорение и начинает вращаться.

Гравитационный двигатель на магнитном принципе работает следующим образом. При приближении грузов к оси вращения одного магнита, они начинают отталкиваться к противоположному полюсу. Благодаря постоянному смещению центра массы, а также перемены сил гравитации и действия магнитных полей, двигатель может работать практически вечно. При правильной сборке движка хватит небольшого толчка, чтобы запустить его в работу. В результате он сможет раскрутиться до максимальной скорости.

В гравитационном движке, работающем на новых физических принципах создания тяги, создается высоковольтный разряд. Он приводит к испарению рабочего тела, к примеру, фторопласта. В результате образуется тяга.

Как выбрать

Большинство из представленных на рынке гравитационных устройств не могут работать вечно. Им нужен толчок определенной силы, чтобы заставить работать. Да, такое устройство сможет вращаться определенное время, но через некоторое время остановиться. В особенности это касается моделей, работающих на механических и гидравлических и физических принципах. Они не будут долго работать.

Поэтому стоит присмотреться к магнитным движкам. Они будут работать на порядок дольше. Желательно выбирать не самодельные, а заводские варианты, которые будут работать и смогут прослужить на порядок дольше.

Применение

Гравитационный двигатель редко находит практическое применение. Преимущественно такие изделия используются для демонстрации их возможностей. Также они находят применением в быту и бизнесе, чтобы развлекать партнеров, домочадцев и приходящих гостей. В промышленности или других сферах такие устройства практически не применяются.

Однако сегодня проводятся испытания и разрабатываются гравитационные движки, которые в скором времени смогут найти достойное применение. К примеру, это касается российских ученых, которые начали испытывать принципиально новый двигатель, работающий на новых физических принципах, связанных с гравитацией. Данный движок уже поработал на космическом аппарате «Юбилейный». Это агрегат в последующем должен применяться на космическом аппарате, который входит в систему, создаваемую Россией и Белоруссией.

Устройство, которое работает без расхода тела уже испытано на Земле. Этот двигатель получил название «гравицапа». В будущем эти гравитационные движки можно будет использовать для космических аппаратов, в особенности для наноспутников. Такой двигатель будет миниатюрным и сможет работать бесконечно долго. Гравитационные движки на новых физических принципах планируется испытывать в космических условиях.

Похожие темы:

анаэробная энергоустановка с двигателем стирлинга для подводной лодки — патент РФ 2187676

Изобретение относится к энергетике и двигателям Стирлинга, предназначено в качестве энергоустановки для объектов, функционирующих без связи с атмосферой, например глубоководных аппаратов и подводных лодок. Достигаемый технический результат — повышение надежности работы камеры сгорания двигателя Стирлинга, уменьшение массогабаритных характеристик установки и снижение стоимости эксплуатации подводной лодки в целом. Энергоустановка содержит двигатель Стирлинга, магистраль забортной воды, которая связана с контуром охлаждения двигателя через аккумулятор холода, емкости с криогенным горючим и криогенным кислородом, экономайзер, холодильный блок, через который проходит контур охлаждения двигателя. Установка снабжена теплообменником-охладителем отработанных газов, через который проходит магистраль с забортной водой, сепаратором, расположенным на линии отработанных газов, а также эжектором, расположенным на магистрали окислителя между экономайзером и холодильным блоком. Линия отработанных газов последовательно проходит через экономайзер, теплообменник-охладитель отработанных газов, сепаратор и подсоединена к магистрали окислителя через эжектор, а в качестве криогенного горючего используется сжиженный природный газ. 1 ил. Рисунок 1

Формула изобретения

Анаэробная энергоустановка с двигателем Стирлинга для подводной лодки, содержащая двигатель Стирлинга, магистраль забортной воды, которая связана с контуром охлаждения двигателя через аккумулятор холода, емкость с криогенным горючим, емкость с криогенным окислителем — кислородом, экономайзер, через который проходят магистрали газообразных компонентов топлива (горючего и окислителя) и линия отработанных газов, холодильный блок, расположенный на магистралях подачи криогенных компонентов топлива и через который проходит контур охлаждения двигателя, отличающаяся тем, что снабжена теплообменником-охладителем отработанных газов, через который проходит магистраль с забортной водой, сепаратором, расположенным на линии отработанных газов, а также эжектором, расположенным на магистрали окислителя между экономайзером и холодильным блоком, при этом линия отработанных газов последовательно проходит через экономайзер, теплообменник-охладитель отработанных газов, сепаратор и подсоединена к магистрали окислителя через эжектор, а в качестве криогенного горючего используется сжиженный природный газ.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области энергетики и двигателям Стирлинга, предназначено в качестве энергоустановки для морских объектов, функционирующих без связи с атмосферой, например подводных лодок и глубоководных аппаратов. Известно, что природный газ является наиболее перспективным моторным топливом, поскольку он значительно дешевле дизельного топлива и бензина, а также при его сгорании образуется меньшее количество вредных компонентов (окислов) в отработанных газах (Седых А.Д., Роднянский В.М. Политика Газпрома в области использования природного газа в качестве моторного топлива. // Газовая промышленность. 10, 1999, — стр. 8-9). Известно, что для транспортных средств наиболее целесообразно применять сжиженный природный газ (СПГ), поскольку в данном случае топливные системы имеют меньшие массогабаритные характеристики, чем у транспортных средств со сжатым природным газом (Чириков К.Ю., Пронин Е.Н. Перспективы применения СПГ на транспорте. // Газовая промышленность. 10, 1999. — стр. 28-29). Известно устройство и принцип работы газового эжектора, предназначенного для смешения и перемещения двух разнородных газовых сред (Чечеткин А.В., Занемонец Н.А. Теплотехника. М.: «Высшая школа», 1986, — стр. 104-105). Известно устройство двигателя Стирлинга — преобразователя энергии прямого цикла с внешним подводом теплоты, включающего в себя камеру сгорания и холодильник. Однако для повышения кпд двигателя Стирлинга целесообразно использовать охлаждающую среду с температурой ниже температуры окружающей среды для снижения минимальной температуры цикла двигателя (Г.Ридер., Ч.Хупер. Двигатели Стирлинга. М., Изд. «Мир», 1986, стр. 55). Известна анаэробная установка с двигателем Стирлинга, предназначенная в том числе и для подводной лодки, содержащая двигатель Стирлинга, контур охлаждения двигателя, проходящий через аккумулятор холода, в который подается забортная вода, емкости с криогенными компонентами топлива — жидким водородом и жидким кислородом, экономайзер, через который проходят линии газообразных компонентов топлива и линия отработанных газов, холодильный блок, расположенный на магистралях подачи криогенных компонентов топлива и через который проходит контур охлаждения двигателя (Кириллов Н. Г. Автономная энергоустановка с двигателем Стирлинга. Заявка РФ на изобретение 96116770, F 02 G 1/04, Бюл. 32 от 20.11.98, стр. 192). Однако в данной установке в качестве горючего применяется жидкий водород, который, с одной стороны, является очень дорогим веществом, а, с другой стороны, его хранение требует применения азотного экрана, что значительно усложняет конструкцию и стоимость криогенной емкости по сравнению с хранением жидкого природного газа. Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении надежности работы камеры сгорания двигателя Стирлинга, уменьшении массогабаритных характеристик установки и снижении стоимости эксплуатации подводной лодки в целом. Для достижения этого технического результата анаэробная энергоустановка с двигателем Стирлинга для подводной лодки, содержащая двигатель Стирлинга, магистраль забортной воды, которая связана с контуром охлаждения двигателя через аккумулятор холода, емкость с криогенным горючим, емкость с криогенным окислителем — кислородом, экономайзер, через который проходят магистрали газообразных компонентов топлива (горючего и окислителя), и линия отработанных газов, холодильный блок, расположенный на магистралях подачи криогенных компонентов топлива и через который проходит контур охлаждения двигателя, снабжена теплообменником-охладителем отработанных газов, через который проходит магистраль с забортной водой, сепаратором, расположенным на линии отработанных газов, а также эжектором, расположенным на магистрали окислителя между экономайзером и холодильным блоком, при этом линия отработанных газов последовательно проходит через экономайзер, теплообменник-охладитель отработанных газов, сепаратор и подсоединена к магистрали окислителя через эжектор, а в качестве криогенного горючего используется сжиженный природный газ. Введение в состав анаэробной энергоустановки с двигателем Стирлинга в линии отработанных газов теплообменника- охладителя сепаратора, а в линии окислителя (кислорода) эжектора, через который линия отработанных газов подсоединена к линии окислителя, а также использование в качестве криогенного горючего сжиженного природного газа позволяет получить новое свойство, заключающееся в снижении температуры горения топлива в камере сгорания двигателя Стирлинга за счет подвода части отработанных газов, что приводит к увеличению надежности работы камеры сгорания двигателя Стирлинга, а также в возможности утилизации и хранения продуктов сгорания углеводородного топлива внутри подводной лодки и значительном снижении эксплутационных затрат на использование и хранение криогенного топлива за счет применения более дешевого горючего — СПГ. На чертеже изображена анаэробная энергоустановка с двигателем Стирлинга для подводной лодки. Анаэробная энергоустановка с двигателем Стирлинга состоит из преобразователя энергии прямого цикла с внешним подводом теплоты (двигатель Стирлинга) 1, контура охлаждения 2 преобразователя 1, аккумулятора холода 3, емкости с жидким кислородом 4, емкости со сжиженным природным газом — СПГ 5, магистрали подачи кислорода 6, магистрали подачи СПГ 7, холодильного блока 8, экономайзера 9, теплообменника-охладителя отработанных газов 10, линии отработанных газов 11, магистрали подачи забортной воды 12 с насосом 13, проходящей через аккумулятор холода 3 и теплообменник-охладитель отработанных газов 10. Двигатель Стирлинга 1 включает в себя камеру сгорания 14 и холодильник 15. Через холодильник 15 двигателя 1 проходит контур охлаждения 2, связывающий двигатель 1 с аккумулятором холода 3 и холодильным блоком 8. Для циркуляции теплоносителя в контуре охлаждения 2 предназначен насос 16. Камера сгорания 14 двигателя 1 связана с емкостью жидкого кислорода 4 магистралью подачи 6, проходящей через холодильный блок 8, эжектор 17, экономайзер 9 и содержащей насос 18. Сжиженный природный газ из емкости 5 поступает в камеру сгорания 14 по магистрали 7, проходящей через холодильный блок 8, экономайзер 9 и содержащей насос 19. Линия отработанных газов 11 содержит сепаратор 20, размещенный после теплообменника-охладителя 10, и подсоединена к линии кислорода 6 через эжектор 17. Анаэробная энергоустановка с двигателем Стирлинга работает следующим образом. Предварительно перед началом функционирования подводной лодки в автономном режиме в нем запасаются в необходимых количествах рабочие среды: жидкий кислород в емкости 4 и сжиженный природный газ в емкости 5. Для обеспечения полноты сгорания природного газа, которая характеризуется содержанием СО (окиси углерода) и С (углерода) в отработанных газах, в камеру сгорания 14 подается избыточный кислород по сравнению с его количеством, которое определяется стехиометрическим соотношением. В камере сгорания 14 происходит реакция горения СПГ и кислорода (с избыточным его количеством) с выделением теплоты, которая передается рабочему телу двигателя Стирлинга 1. Для высокоэффективной работы двигателя 1 в его холодильник 15 подается теплоноситель контура охлаждения 2, который, охлаждая двигатель 1, нагревается и подается в аккумулятор холода 3, где теплоноситель отдает значительную часть теплоты, полученной от двигателя 1, забортной воде, охлаждается и насосом 16 подается в холодильный блок 8. Здесь теплоноситель охлаждается до температуры ниже температуры окружающей среды (забортной воды) за счет теплообмена с криогенными компонентами топлива (СПГ и кислородом), после чего вновь поступает в холодильник 15 для охлаждения двигателя 1. Охлаждение теплоносителя до более низких, чем окружающая среда, температур позволяет значительно повысить кпд двигателя Стирлинга 1 за счет снижения его минимальной температуры цикла. В холодильный блок 8 жидкий кислород и сжиженный природный газ подаются из емкостей 4 и 5 соответственно насосами 18 и 19 по магистралям 6 и 7. В холодильном блоке 8 природный газ и кислород нагреваются, переходят в газообразное состояние с повышением давления, охлаждая теплоноситель контура охлаждения 2, так как имеют более низкий уровень температур, после чего поступают в экономайзер 9, где перегреваются до высокой температуры ввиду теплообмена с отработанными газами, выходящими из камеры сгорания 14. Затем природный газ и кислород поступают в камеру сгорания 14, где происходит реакция горения. Продукты сгорания (отработанные газы) удаляются из камеры сгорания 14 по линии 11. После экономайзера 9 отработанные газы поступают в теплообменник-охладитель 10, где охлаждаются забортной водой до температуры окружающей среды. Затем отработанные газы поступают в сепаратор 20, где из них отделяется Н₂О, а оставшийся кислород и СО₂ из отработанных газов поступают в эжектор 17, где смешиваются с кислородом из магистрали 6, после чего эта смесь поступает через экономайзер 9 в камеру сгорания 14. Подмешивание части отработанных газов в новую порцию кислорода, с одной стороны, позволяет снизить температуру горения топлива, а следовательно, увеличить надежность и долговечность работы камеры сгорания 14, а с другой стороны, утилизировать отработанные газы внутри подводной лодки. Забортная вода в подводную лодку подается по магистрали 12 с помощью насоса 13. Источники информации
1. Седых А.Д., Роднянский В.М. Политика Газпрома в области использования природного газа в качестве моторного топлива. //Газовая промышленность. 10, 1999. — стр. 8-9. 2. Чириков К.Ю., Пронин Е.Н. Перспективы применения СНГ на транспорте. //Газовая промышленность. 10, 1999. стр. 28-29. 3. Чечеткин А.В., Занемонец Н.А. Теплотехника. М: «Высшая школа», 1986 — стр. 104-105. 4. Г.Ридер., Ч.Хупер Двигатели Стирлинга. М.: Изд. «Мир», 1986, стр. 55. 5. Кириллов Н.Г. Автономная энергоустановка с двигателем Стирлинга. Заявка РФ на изобретение 96116770, F 02 G 1/04, Бюл. 32 от 20.11.98, стр. 192 — прототип. Электродвигатель

— принцип работы, схема

Последнее обновление: 30 апреля 2020 г., Teachoo

Это вращающееся устройство (устройство, которое вращается или перемещается по кругу).

Преобразует электрическую энергию в механическую.

Они используются в электрических вентиляторах, холодильниках, стиральных машинах, миксерах и т. Д.

вот как это выглядит

Принцип электродвигателя

Электродвигатель работает по принципу

когда прямоугольная катушка помещена в магнитное поле и через нее проходит ток,

сила действует на катушку, которая вращает ее непрерывно

Строительство электродвигателя

Электродвигатель состоит из

• Прямоугольная катушка провода ABCD
• А сильный подковообразный магнит (или 2 разных магнита) — Если взять 2 магнита, северный полюс первого магнита обращен к южному полюсу другого магнита, как показано на рисунке…
• В катушка размещена перпендикулярно магниту как показано на рисунке
• Концы катушки подключены к разрезные кольца — P&Q
  Разрезные кольца действуют как коммутатор — который меняет направление тока в цепи
• Внутренняя сторона разрезных колец изолирован и прикреплен к оси (который можно свободно вращать)
• Наружные токопроводящие кромки разъемных колец жесткие два стационарные щетки — X и Y
• Эти кисти прикреплены к аккумулятор завершить цепь

Работа электродвигателя

Давайте посмотрим на работу электродвигателя.

• Когда батарея включена, ток течет через катушку AB от A к B,
  и магнитное поле с севера на юг…
  Итак, по правилу левой руки Флеминга к AB приложена направленная вниз сила.

  Точно так же к CD прилагается направленная вверх сила.
  Таким образом, катушка вращается, при этом AB движется вниз, а CD движется вверх.

• Теперь катушки AB и CD меняются местами,
  Так как ток течет от C к D, а магнитное поле с севера на юг
  CD получит силу вверх и двинется вверх

  Аналогично AB будет двигаться вниз
  Итак, наша катушка будет делать половину оборота.

• Но мы не хотим полуворотов,
  Нам нужно полное вращение катушки.
• Итак, для этого … мы меняем направление тока в катушке, когда она совершила половину оборота.
• Чтобы изменить направление тока, мы используем коммутатор.
  Коммутатор состоит из разрезных колец (два кольца с некоторым промежутком между ними) и щеток, прикрепленных к цепи.
• Теперь, когда катушка вращается, кольца вращаются вместе с ней.
  Когда катушка становится параллельной магнитному полю,
  щетки X и Y касаются зазора между кольцами
  и разрыв цепи
• Теперь по инерции кольцо продолжает двигаться… так что противоположный конец кольца теперь подключен к положительному концу провода
  Разъемное кольцо P подключено к катушке CD, а разрезное кольцо Q подключено к катушке AB.
  который меняет направление тока в цепи.
• Теперь, когда CD находится слева, а AB — справа ..
  Ток в CD становится обратным, т. Е. С D на C.
  Итак, сила на CD направлена ​​вниз, а сила на AB — вверх
  Таким образом, катушка продолжает вращаться
• Это изменение направления электрического тока происходит каждые пол-оборота.
  и катушка продолжает вращаться, пока не отключится аккумулятор

Запись — Если бы разрезное кольцо не использовалось, катушка повернулась бы наполовину по часовой стрелке и наполовину против часовой стрелки.
Следовательно, разрезное кольцо предназначено для обратного потока тока и вращения катушки в одном направлении.

Чтобы написать «Работа электродвигателя» в экзаменационной работе, отметьте — NCERT Вопрос 11

Каким образом коммерческие электрические двигатели увеличивают создаваемую силу и мощность двигателей?

Они увеличивают создаваемую силу и мощность двигателей на

• Использование электромагнита вместо постоянного магнита
• Большое количество витков проводящего провода (чем больше витков провода, тем больше магнитное поле)
• Мягкое железо Сердечник, на который намотана катушка

Заметка : Сердечник из мягкого железа, на который намотана катушка вместе с катушками, называется сердечником. арматура .
Это увеличивает мощность двигателя.

Запись : Для тебя Экзамены,
напишите, пожалуйста, принцип работы, устройство электродвигателя.
И не забудьте сделать первую цифру (указанную в NCERT)

Вопросов

NCERT Вопрос 3 — Устройство, используемое для производства электрического тока, называется

1. генератор.
2. гальванометр.
3. амперметр.
4. мотор.

Посмотреть ответ

Вопрос 6 (а) NCERT — Укажите, верны ли следующие утверждения.

(а) Электродвигатель преобразует механическую энергию в электрическую.

Посмотреть ответ

Вопрос 11 NCERT — Нарисуйте маркированную схему электродвигателя. Объясните его принцип и работу.Какова функция разрезного кольца в электродвигателе?

Посмотреть ответ

NCERT Вопрос 12 — Назовите некоторые устройства, в которых используются электродвигатели.

Посмотреть ответ

Вопросы 2 Страница 233 — Каков принцип работы электродвигателя?

Посмотреть ответ

Вопросы 3, страница 233 — Какова роль разрезного кольца в электродвигателе?

Посмотреть ответ

Подпишитесь на наш канал Youtube — https: // you.трубка / teachoo

Двигатели постоянного тока

| Принцип работы | Ресурсы для инженеров

Электродвигатели, работающие на электромагнетизме. Однако существуют и другие типы двигателей, в которых используются электростатические силы или пьезоэлектрический эффект. В случае двигателя PMDC (постоянного магнита постоянного тока) движение создается электромагнитом (якорем), взаимодействующим с магнитом с фиксированным полем (корпус в сборе).

В щеточном двигателе электрический ток протекает через клеммы двигателя в узле торцевой крышки, который входит в контакт с коммутатором в узле якоря через угольные щетки или щеточные листы.Электрический ток питает катушки, создавая магнитное поле, заставляющее якорь вращаться, когда он взаимодействует с магнитами, заключенными в корпус в сборе. Правило левой руки Флемминга помогает определить направление силы, тока и магнитного потока.

В бесщеточном двигателе, когда электричество подается на вывод двигателя, ток течет через фиксированное поле статора и взаимодействует с движущимся постоянным магнитом или движущимся индуцированным магнитным полем внутри ротора / якоря.После того, как движение и силовая нагрузка будут удовлетворены доступным источником тока, он возвращается обратно к источнику, выходящему из двигателя.

Ключевые элементы, взаимодействующие для создания движения

Магнитный поток — Двигатель может иметь катушку с фиксированной обмоткой или статор с постоянным магнитом и якорь с подвижной обмоткой или ротор с постоянными магнитами, которые будут иметь взаимодействующие поля магнитного потока для создания силы и движения.

Force — величина тока, протекающего через электромагнитное поле, пропорциональна величине силы взаимодействующего электромагнитного поля, необходимой для достижения противоположной рабочей нагрузки.Помимо силы и движения, необходимых для устройства, необходимо учитывать любую потерю эффективности при преобразовании электроэнергии в механическую работу (ватты).

Обзор шагового двигателя

Что такое шаговый двигатель

Шаговые двигатели работают иначе, чем другие двигатели постоянного тока, которые просто вращаются при подаче напряжения. Вращательный шаговый двигатель — это электромеханическое устройство, которое может разделить один полный оборот (360 °) на большое количество шагов вращения. Шаговые двигатели управляются электроникой и не требуют дорогостоящих устройств обратной связи.Линейный шаговый двигатель похож на вращательный двигатель, за исключением того, что вал движется линейно или продольно. Оба типа имеют две схемы обмотки электромагнитных катушек: униполярную и биполярную. Униполярный означает, что каждый конец катушки имеет одну полярность. Рекомендуемый стабилитрон используется для обеспечения быстрого спада тока в отключенной катушке. Это приведет к увеличению крутящего момента двигателя, особенно на более высоких частотах.

Биполярный означает, что каждый конец катушки имеет обе полярности.Катушка будет положительной и отрицательной во время каждого цикла движения. Поскольку каждая катушка используется полностью, двигатель имеет более высокий крутящий момент по сравнению с униполярной катушкой. Биполярный драйвер может включать в себя возможность управления постоянным током, называемую приводом прерывателя. Это обеспечит увеличенный выходной крутящий момент на более высоких частотах и ​​снизит влияние колебаний температуры и напряжения питания.

Основы шагового двигателя

Шаговый двигатель PM или «консервная банка» — недорогое решение для ваших приложений позиционирования с типичным углом шага 7.5 ° — 15 °. Меньшие углы шага могут быть получены с помощью Microstepping. Вал двигателя перемещается с определенным шагом при подаче электрических управляющих импульсов. Текущая полярность и частота подаваемых импульсов определяют направление и скорость движения вала.

Одним из наиболее значительных преимуществ шагового двигателя является его способность точно регулироваться в системе без обратной связи. Управление разомкнутым контуром означает, что обратная связь о положении вала не требуется.Этот тип управления устраняет необходимость в дорогостоящих устройствах обратной связи, просто отслеживая входные ступенчатые импульсы. Шаговый двигатель — хороший выбор, когда требуется контролируемое движение. Они рекомендуются в приложениях, где необходимо контролировать угол поворота, скорость, положение и синхронизм. Возможности фиксации, удержания, втягивания и извлечения крутящего момента, скорости (об / мин) и шагов на оборот (угол шага) характеризуют шаговый двигатель.

Момент фиксации — определяет максимальный крутящий момент, который может быть приложен к обесточенному двигателю, не заставляя двигатель вращаться.

Удерживающий момент — определяет максимальный крутящий момент, с которым двигатель под напряжением может быть нагружен, не вызывая вращательного движения.

Pull-In — производительность определяет способность двигателя запускаться или останавливаться. Это максимальная частота, при которой двигатель может запускаться или останавливаться мгновенно с приложенной нагрузкой без потери синхронизации.

Pull-Out определяет максимальный крутящий момент при применении рампы ускорения / замедления без потери шагов.Он определяет максимальную частоту, на которой двигатель может работать без потери синхронизма.

Наш шаговый двигатель можно комбинировать с полной линейкой редукторов для увеличения крутящего момента и снижения скорости.

Принцип работы синхронного двигателя

— Скачать PDF бесплатно

СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ Геометрия синхронной машины очень похожа на геометрию индукционной машины.Сердечник статора и обмотки трехфазной синхронной машины практически идентичны

Дополнительная информация

Основы моторики. Двигатель постоянного тока

Основные принципы работы двигателя Прежде чем мы сможем исследовать функцию привода, мы должны понять основные принципы работы двигателя. Он используется для преобразования электрической энергии, подаваемой контроллером, в механическую

. Дополнительная информация

Теория асинхронного двигателя

Курс PDHonline E176 (3 PDH) Инструктор по теории асинхронных двигателей: Джерри Р.Беднарчик, П. 2012 PDH Online PDH Center 5272 Meadow Estates Drive Fairfax, VA 22030-6658 Телефон и факс: 703-988-0088 www.pdhonline.org

Дополнительная информация

Основы электричества

Основы теории электрогенераторов Государство и члены PJM Департамент обучения PJM 2014 8/6/2013 Цели Студент сможет: Описать процесс электромагнитной индукции Определить основные компоненты

Дополнительная информация

Лабораторная работа 14: Трехфазный генератор переменного тока.

Лабораторная работа 14: Трехфазный генератор переменного тока. Цель: получить кривую насыщения генератора без нагрузки; для определения характеристики регулирования напряжения генератора с резистивной, емкостной и индуктивной

Дополнительная информация

Установка 33 Трехфазные двигатели

Модуль 33 Трехфазные двигатели Задачи: Обсудить работу двигателей с фазным ротором. Обсудите работу сельсиновых моторов.Обсудите работу синхронных двигателей. Определить направление вращения

Дополнительная информация

Ключевые слова: синхронный генератор, синхронный двигатель, автоматический регулятор напряжения, V-образные кривые, синхронизирующая мощность, охота, система возбуждения.

СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ Tze-Fun Chan Гонконгский политехнический университет, Гонконг, Китай Ключевые слова: синхронный генератор, синхронный двигатель, автоматический регулятор напряжения, V-образные кривые, синхронизирующая мощность, охота,

Дополнительная информация

Двигатели и генераторы

Двигатели и генераторы Электромеханические устройства: преобразуют электрическую энергию в механическое движение / работу и наоборот. Работают на связи между токонесущими проводниками и магнитными полями. Дополнительная информация

ГЕНЕРАТОРЫ ПРЯМОГО ТОКА

ГЕНЕРАТОРЫ ПРЯМОГО ТОКА Редакция 12:50 14 ноя 2005 г. ВВЕДЕНИЕ Генератор — это машина, которая преобразует механическую энергию в электрическую, используя принцип магнитной индукции.Этот принцип

Дополнительная информация

БЛОК II: СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

БЛОК II: СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ Известно, что генератор постоянного тока удовлетворительно работает как двигатель. Причем разницы в конструкции генератора постоянного тока и

практически нет. Дополнительная информация

Двигатели постоянного тока

Двигатели постоянного тока ДВИГАТЕЛИ постоянного тока Машина постоянного тока может работать как генератор и как двигатель.Глава 5. Электрические машины Вилди, 6 e Лектор: Р. Альба-Флорес Государственный колледж Альфреда Весна 2008 г. Когда машина постоянного тока

Дополнительная информация

ПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ЧАСТОТНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

ПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ЧАСТОТНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ 1.0 Характеристики стандартных электродвигателей переменного тока Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором — это тип электродвигателя, наиболее широко используемый в промышленности. Эта лидирующая позиция приводит в основном к

Дополнительная информация

ИНДУКЦИОННЫЙ РЕГУЛЯТОР.Задача:

ИНДУКЦИОННЫЙ РЕГУЛЯТОР Цель: Используя асинхронный двигатель с фазным ротором и индукционный регулятор, изучить влияние положения ротора на выходное напряжение регулятора. Также изучите его поведение под нагрузкой

Дополнительная информация

Трехфазный асинхронный двигатель

ЭКСПЕРИМЕНТ Асинхронный двигатель Трехфазные асинхронные двигатели 208 В LL ЦЕЛЬ Этот эксперимент демонстрирует производительность асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором и метод получения электрического эквивалента

Дополнительная информация

Генераторы переменного тока и двигатели

Курс «Генераторы переменного тока и двигатели» №: E03-008 Кредит: 3 PDH A.Bhatia Continuing Education and Development, Inc. 9 Greyridge Farm Court Stony Point, NY 10980 P: (877) 322-5800 F: (877) 322-4774 [email protected]

Дополнительная информация

Индуктивность. Моторы. Генераторы

Индуктивные двигатели Генераторы Самоиндуктивность Самоиндукция возникает, когда изменяющийся поток через цепь возникает из самой цепи. По мере увеличения тока магнитный поток через петлю из-за

Дополнительная информация

Информация о приложении

Moog Components Group производит обширную линейку щеточных и бесщеточных двигателей, а также бесщеточные контроллеры.Цель этого документа — предоставить руководство по выбору и применению

. Дополнительная информация

C Стандартные двигатели переменного тока

C Стандартный AC Стандартный AC C-1 Обзор, серия продуктов … C-2 Постоянный … C-9 C-21 C-113 Реверсивный C-147 Обзор, серия продуктов Реверсивный электромагнитный тормоз постоянного действия C-155 Электромагнитный тормоз

Дополнительная информация

Глава 6.Синхронные машины

48550 Электроэнергетика Глава 6. Синхронные машины Темы для обсуждения: 1) Введение 2) Структуры синхронных машин 3) Вращающееся магнитное поле 4) Модель эквивалентной схемы 5) Характеристики

Дополнительная информация

PI734D — Лист технических данных

PI734D — Технический паспорт PI734D ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И СТАНДАРТЫ ОПЦИЙ Промышленные генераторы Newage Stamford соответствуют требованиям BS EN 60034 и соответствующим разделам других национальных и международных стандартов

. Дополнительная информация

PI734B — Лист технических данных

PI734B — Технический паспорт PI734B ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И СТАНДАРТЫ ОПЦИЙ Промышленные генераторы Newage Stamford соответствуют требованиям стандарта BS EN 60034 и соответствующих разделов других национальных и международных стандартов

. Дополнительная информация

Глава 3 АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Глава 3 АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ.ВВЕДЕНИЕ В СИСТЕМУ ВОЗБУЖДЕНИЯ Основная функция системы возбуждения — подача необходимого постоянного тока на обмотку возбуждения синхронного генератора.

Дополнительная информация

ГЛАВА 5 СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР

ГЛАВА 5 СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР Резюме: 1. Конструкция синхронного генератора 2. Скорость вращения синхронного генератора 3. Внутреннее генерируемое напряжение синхронного генератора 4.Эквивалент

Дополнительная информация

UCI274C — Лист технических данных

— Технический паспорт ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И СТАНДАРТЫ ОПЦИЙ Промышленные генераторы Newage Stamford соответствуют требованиям BS EN 60034 и соответствующему разделу других международных стандартов, таких как BS000,

Дополнительная информация

UCI274H — Лист технических данных

— Технический паспорт ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И СТАНДАРТЫ ОПЦИЙ Промышленные генераторы Newage Stamford соответствуют требованиям BS EN 60034 и соответствующему разделу других международных стандартов, таких как BS000,

Дополнительная информация

ТЕХНОЛОГИЯ ВЕТРОВОЙ ТУРБИНЫ

Модуль 2.2-2 ТЕХНОЛОГИЯ ВЕТРОВОЙ ТУРБИНЫ Электрическая система Герхард Дж. Гердес Семинар по возобновляемым источникам энергии 14-25 ноября 2005 г. Нади, Республика острова Фиджи Содержание Модуль 2.2 Типы генераторных систем

Дополнительная информация

Блок управления станком с ЧПУ

Оборудование ЧПУ и Оборудование ЧПУ Блок управления станком с ЧПУ Управление сервоприводом Гидравлический сервопривод Гидравлический блок питания Сервоклапан Сервоусилители Гидравлический двигатель Гидравлический сервоклапан Гидравлический сервопривод

Дополнительная информация

ГЕНЕРАТОРЫ СУДОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ (AC)

ГЛАВА 14 СУДОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ (AC) ВВЕДЕНИЕ Все генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую.Это самый простой способ передачи энергии на расстояние. Топливо используется для работы

Дополнительная информация

Генераторы переменного тока. Базовый генератор

Генераторы переменного тока Базовый генератор Базовый генератор состоит из магнитного поля, якоря, контактных колец, щеток и резистивной нагрузки. Магнитное поле обычно представляет собой электромагнит. Арматура — любой номер

Дополнительная информация

Основы работы с частотно-регулируемым приводом (принцип работы)

Частотно-регулируемый привод (VFD), базовая конфигурация
Базовая конфигурация частотно-регулируемого привода следующая.

Рис. 1 Базовая конфигурация частотно-регулируемого привода

Каждая часть частотно-регулируемого привода выполняет следующие функции.

Преобразователь: Цепь для изменения коммерческого источника переменного тока на постоянный ток
Схема сглаживания: Цепь для сглаживания пульсации, включенная в постоянный ток
Инвертор: Цепь для изменения постоянного тока на переменный с переменной частотой
Цепь управления : Цепь для основного управления инверторной частью

Принцип работы преобразователя
Блок преобразователя состоит из следующих частей, как показано на следующем рисунке:

• Конвертер
• Схема управления пусковым током
• Схема сглаживания

Инжир.2 Часть преобразователя

Способ создания постоянного тока из переменного (коммерческого) источника питания
Преобразователь — это устройство для создания постоянного тока из источника переменного тока. См. Основной принцип работы с однофазным переменным током в качестве простейшего примера. На рис. 3 показан пример метода преобразования переменного тока в постоянный с использованием резистора для нагрузки вместо сглаживающего конденсатора.

Рис. 3 Выпрямительная схема

В элементах используются диоды. Эти диоды пропускают или пропускают ток в зависимости от направления приложения напряжения, как показано на рис.4 шоу.

Рис. 4 Диод

Такая природа диода позволяет следующее: Когда напряжение переменного тока подается между A и B схемы, показанной на рис. 3, напряжение всегда прикладывается к нагрузке в том же направлении, что и в таблице 1.

Таблица 1 Напряжение, приложенное к нагрузке

То есть, переменный ток преобразуется в постоянный. (Преобразование переменного тока в постоянный обычно называется выпрямлением.)

Рис. 5 (Непрерывные формы сигналов в таблице 1)

Для трехфазного входа переменного тока объединение шести диодов для выпрямления всех волн источника питания переменного тока позволяет выходному напряжению, как показано на рис.6.

Рис.6 Форма сигнала преобразователя

Форма кривой входного тока при использовании конденсатора в качестве нагрузки
Принцип выпрямления объясняется резистором. Тем не менее, сглаживающая способность или фактически используется для нагрузки. Если используется сглаживающий конденсатор, формы волны входного тока становятся не синусоидальными, а искаженными, показанными на рисунке 7, поскольку переменное напряжение течет только тогда, когда оно превышает постоянное напряжение.

Рис.7 Принцип действия преобразователя

Схема управления пусковым током
Основной принцип выпрямления объясняется с помощью резистора.Однако на самом деле для нагрузки используется сглаживающий конденсатор. Конденсатор имеет свойство накапливать электричество. В момент подачи напряжения протекает большой бросок тока для зарядки конденсатора.

Чтобы предотвратить повреждение выпрямительных диодов этим большим пусковым током, выполните принудительное последовательное соединение с конденсаторами в течение приблизительно 0,05 секунды после включения питания, чтобы контролировать значение пускового тока. После этого закоротите оба конца этих резисторов с помощью магнитного переключателя, чтобы настроить схему с обходом резисторов.

Эта схема называется схемой управления пусковым током.

Рис.8 Пусковой ток

Принцип работы сглаживающей цепи
Сглаживающая схема создает постоянное напряжение E ₂ с небольшой пульсацией выпрямленного постоянного напряжения E ₁ с помощью сглаживающего конденсатора.

Рис.9 Сглаженная форма сигнала постоянного тока

Принцип работы инвертора
Способ создания переменного тока из постоянного тока
Инвертор — это устройство для создания переменного тока из источника постоянного тока.См. Основной принцип с однофазным постоянным током в качестве простейшего примера. На рис. 10 показан пример метода преобразования постоянного тока в переменный с использованием лампы для нагрузки вместо двигателя.

Рис.10 Метод создания переменного тока

Когда четыре переключателя, от S1 до S4, подключены к источнику питания постоянного тока, S1 и S4, а также S2 и S4 соответственно попарно, и пары попеременно включаются и выключаются, переменный ток течет как показано на Рис. 11.

• Когда переключатели S1 и S4 включены, ток течет в лампе в направлении A.
• Когда переключатели S2 и S3 включены, ток течет в лампе в направлении B.

Если эти операции повторяются в течение определенного периода, создается переменный ток, поскольку направление тока, протекающего в лампе, изменяется.

Способ изменения частоты
Частота изменяется путем изменения периода включения и выключения переключателей S1 — S4. Например, если переключатели S1 и S4 включены на 0,5 секунды, а переключатели S2 и S3 на 0.5 секунд, и эта операция повторяется, создается переменный ток с одним чередованием в секунду, то есть переменный ток с частотой 1 [Гц].

Рис. 12 Форма сигнала переменного тока 1 Гц

Обычно, если S1 / S4 и S2 / S3 соответственно включены в течение одного и того же периода, а общее время для одного цикла составляет t0 секунд (с), частота f становится f = 1 / t0 [ Гц].

Рис.13 Частота

Способ изменения напряжения
Напряжение изменяется включением и выключением переключателей с более коротким периодом.Например, если переключатели S1 и S4 включены на половину периода, выходное напряжение будет E / 2, половиной напряжения постоянного тока E. Чтобы получить более высокое напряжение, включите на более длительный период. Чтобы получить более низкое напряжение, включите его на более короткий период.

Рис.14 Форма сигнала напряжения E / 2

Рис. 15 Способ изменения напряжения

Этот метод управления обычно используется и называется ШИМ (широтно-импульсная модуляция), поскольку он контролирует ширину импульса. Частота, на которую нужно ссылаться для определения времени для ширины импульса, называется несущей частотой.

Трехфазный переменный ток
Принципиальная схема трехфазного инвертора и способ создания трехфазного переменного тока показаны на рисунках 16 и 17.

Рис.16 Базовая схема трехфазного инвертора

Рис. 17 Способ создания трехфазного переменного тока

Чтобы получить трехфазный переменный ток, подключите переключатели S1 к S6 к цепи и одновременно включите / выключите все шесть переключателей во время, показанное на рисунке 17. Если Порядок включения / выключения шести переключателей изменяется, порядок фаз изменяется между UV, VW и WU, а направление вращения может быть изменено.

Переключающий элемент
В качестве переключающего элемента в объяснении выше используется полупроводник, называемый IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором).

Схема V / F
Изменение скорости двигателя возможно путем изменения частоты, как показано в следующей формуле. При изменении выходной частоты преобразователя частоты необходимо изменить выходное напряжение.

Крутящий момент TM = K x Φ x I = K x (V / F) x I

Выходной крутящий момент двигателя выражается как произведение магнитного потока внутри двигателя (Φ) на ток, протекающий в катушке (I).

Связь между магнитным потоком (Φ), напряжением, приложенным к двигателю (V), и частотой (F) выражается как Φ = V / F. Если напряжение фиксировано (например, 200 В) и уменьшается только частота, увеличенный магнитный поток (Φ) вызывает магнитное насыщение железного сердечника, а затем повышенный ток вызывает перегрев и выгорание.

Изменение напряжения, подаваемого на двигатель (V), и частоты (F) при постоянном их соотношении позволяет выходному крутящему моменту двигателя оставаться постоянным даже при изменении скорости двигателя.По этим двум причинам выходное напряжение должно контролироваться низким, когда выходная частота преобразователя частоты низкая, и высоким, когда частота высокая.

Это соотношение между выходной частотой и выходным напряжением называется V / F-образцом.

Рис.18 Схема V / F и выходной крутящий момент двигателя

Рекуперативный тормоз
Когда скорость двигателя превышает выходную частоту частотно-регулируемого привода (команда скорости от частотно-регулируемого привода), например, когда лифт выходит из строя, двигатель работает как генератор, а выработанная электроэнергия (энергия) возвращается в частотно-регулируемый привод.Этот статус называется регенерацией.

Когда электричество возвращается в преобразователь частоты, напряжение постоянного тока преобразователя частоты (рис. 19 E1) увеличивается. Если это напряжение постоянного тока превышает определенное указанное значение (370 В постоянного тока для класса 200 В), выпрямительные диоды или IGBT части привода переменной частоты выходят из строя. Чтобы предотвратить это, вставьте последовательно резистор и силовой конденсатор для переключающего элемента в цепь постоянного напряжения (между P и N), как показано на рис. 19. Это предотвращает повышение постоянного напряжения за счет включения силового транзистора для потребления ток как тепло, когда напряжение постоянного тока превышает определенное заданное значение.См. Рис. 20. Этот резистор называется рекуперативным тормозным резистором, а этот силовой конденсатор — рекуперативным тормозным конденсатором.

Рис.19 Рекуперативный тормозной контур

Рис.20 Напряжение постоянного тока (между P и N)

Для частотно-регулируемого привода большой мощности, которому требуется большой тормозной резистор рекуперативного торможения, используется система возврата мощности, которая возвращает рекуперативную энергию на сторону источника питания, чтобы предотвратить нагрев влияние на атмосферу.

Control
Разница между универсальным VFD и векторным VFD
Хотя одна и та же основная схема используется между частотно-регулируемым приводом общего назначения (VFD) и векторным частотно-регулируемым приводом, существуют следующие различия в общих чертах в зависимости от используемой схемы управления или наличия / отсутствия энкодера, что зависит от применен мотор.

Таблица. 2 Разница между универсальным и векторным частотно-регулируемыми приводами

	Универсальный частотно-регулируемый привод	Вектор ЧРП
Выход	От 100 Вт до 560 кВт	От 1,5 до 250 кВт
Передаточное число трансмиссии (прибл.)	От 1:10 до 1:20 до 200	От 1: 1000 до 1: 1500
Процент колебания скорости (%)	От 3 до 4% (1% или менее для расширенного векторного управления магнитным потоком и реального бессенсорного векторного управления)	0.03% (колебание нагрузки от 0 до 100%)
Амплитудно-частотная характеристика	Низкий от 1 до 19 Гц	От 30 до 125 Гц
Указание частоты пуска / останова	Прибл. 15 раз / мин.	Прибл. 100 раз / мин.
Точность позиционирования	Прибл.От 1 до 5 мм	Прибл. От 10 мкм до 100 мкм
Характеристики крутящего момента	Постоянный крутящий момент (крутящий момент уменьшен для базовой частоты или более)	Постоянный крутящий момент (от 0 до номинальной скорости)
Применяемый мотор	Двигатель общего назначения (Асинхронный двигатель)	Выделенный двигатель (двигатель с энкодером)

Метод управления
Существует три основных метода управления частотно-регулируемым приводом: регулирование скорости для управления скоростью двигателя в основном с помощью аналогового напряжения, регулирование положения для управления скоростью вращения двигателя с помощью простых концевых выключателей, высокоточный энкодер и т. Д. И регулирование крутящего момента для управления двигателем. ток, протекающий в двигатель с постоянным значением крутящего момента.

Подробный отчет приводится ниже.
Регулятор скорости
1) Управление без обратной связи
Этот метод управления не обеспечивает обратной связи по скорости, как это принято в частотно-регулируемых приводах общего назначения.

Система команд представляет собой команду аналогового напряжения, которая используется во многих приложениях, таких как управление скоростью конвейера, управление количеством ветра вентилятора, управление количеством потока насоса и т. Д. Скольжение при номинальном крутящем моменте зависит от характеристик двигателя. Колебания скорости составляют примерно 3-5%.Современные частотно-регулируемые приводы устойчивы к температурным дрейфам для цифрового управления, что позволяет устанавливать данные скорости внутри и для цифровой команды (последовательность импульсов, параллельные данные и связь). Кроме того, доступны частотно-регулируемые приводы усовершенствованного векторного управления магнитным потоком или реального бессенсорного векторного управления с колебанием скорости 1% или меньше.

Этот метод управления скоростью работает почти для всех частотно-регулируемых приводов общего назначения.

2) Управление с обратной связью
Чтобы обеспечить изменение скорости двигателя, необходимо установить энкодер, который определяет фактическую скорость и передает ее обратно в схему управления.Этот метод называется замкнутым контуром управления.

Для определения скорости используются ТГ (тахогенератор), энкодер и т. Д. В наши дни в основном используются кодеры. Для управления с обратной связью аналоговое напряжение или ток также используется для команды скорости. Однако ввод последовательностей импульсов или использование цифрового входа обеспечивает высокоточное управление скоростью для операции вытяжки или операции непрерывного управления скоростью.

Контроль положения
Позиционное управление позволяет не только управлять скоростью двигателя, но и управлять остановом в целевом положении остановки.Существует множество методов управления: от простого метода остановки в заданном положении путем преобразования сигналов внешнего датчика в сигнал остановки до метода выполнения высокоточного позиционирования с помощью энкодера, установленного на двигателе, и до расширенного метода выполнения позиционирование к постоянно меняющимся целевым позициям остановки путем отслеживания или синхронизации.

1) Управление без обратной связи
Этот элемент управления используется в тех случаях, когда для остановки не требуется высокая точность. Двигатель замедляется до остановки по сигналам от концевых выключателей, установленных перед целевым положением остановки для команды замедления.Это самый простой и наиболее разумный метод, хотя колебания точек замедления влияют на точность положений остановки.

2) Управление с полузамкнутым контуром
Энкодер, установленный на двигателе, выполняет обратную связь. Например, электродвигатель, предназначенный для работы с вектором, работает для командного ввода в векторный преобразователь частоты, когда обратная связь является обратной. В этот момент вычисляется команда скорости для обнуления разницы между величиной входной команды и величиной обратной связи для вращения двигателя.

3) Управление с полным замкнутым контуром
Это управление осуществляется посредством обратной связи от линейной шкалы или энкодера, установленного на стороне машины. Установка линейной шкалы или энкодера на конечную кромку станка обеспечивает высокую точность позиционирования без люфтов или механических системных ошибок. Вместо этого требуется повысить жесткость машины. Этот контроль иногда используется для станков, часть которых требует контроля высокой точности.

Регулятор крутящего момента
Управление крутящим моментом указывает на управление крутящим моментом (током) на выходе двигателя, и его следует отличать от ограничения крутящего момента.Однако оба они доступны в зависимости от приложения. Следует выбрать наиболее подходящий метод. Управление крутящим моментом выполняет управление крутящим моментом (током) в зависимости от значения команды крутящего момента. Следовательно, скорость автоматически увеличивается, когда момент нагрузки меньше, и уменьшается, когда он больше. Если момент нагрузки равен значению команды крутящего момента, оба значения крутящего момента уравновешиваются, и скорость становится нулевой. То есть двигатель останавливается. Короче говоря, работает тот же принцип, что и перетягивание каната.

С другой стороны, предел крутящего момента используется, когда машина может быть повреждена из-за ненужного крутящего момента для управления положением или скоростью, когда остановка выполняется нажатием на машину или когда выполняется механическая блокировка. Для управления крутящим моментом необходимо обнаруживать и контролировать ток, протекающий в двигателе. Следовательно, управление крутящим моментом может поддерживаться векторным частотно-регулируемым приводом или частотно-регулируемым приводом реального бессенсорного векторного управления, которые выполняют определение тока.