Электрическая схема магнитного двигателя - Авто журнал kupim-avto57.ru
6 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электрическая схема магнитного двигателя

Теория магнитного двигателя. Магнитного двигателя схема

Конфигурация магнитных полей элементов двигателя производит силу для поддержания движения компонентов системы. Эффективная конфигурация магнитного поля представляет особенное значение в устройстве магнитного двигателя.

В случае с SEG генератором Серла работает принцип квадратов — точно подсчитанные числа создают рабочую формулу. Эта формула создаёт вокруг движущихся частей силовые линии магнитного поля, которые заставляют ролики кататься не по внешней поверхности кольца, а парить над ней в нескольких миллиметрах. Это избавляет от трения и делает двигатель генератором свободной энергии.

Генератор Серла, схемы. Searl Effect Generator Schemes

Джон Серл не только просчитал структуру магнитных полей, но и подобрал материалы для изготовления колец и роликов двигателя. К своему изобретению он шёл пол-жизни.

Генератор Серла, подробнее:

SEG Searl Effect Generator

Другие схемы имеют более простые принципы работы. Представленные схемы магнитных двигателей демонстрируют принцип: как использовать магнитные силовые линии, чтобы противодействовать трению. Также двигатели могут иметь электрические схемы для управления силами внутри схемы.

ALME, Wankel, АКМД. Схемы магнитных двигателей

Mini Romag

Magnetic Wankel

PERPETUAL MOTION MAGNETIC MACHINE (PM3)

Рис.2 Обратимый ЭМДГ с внешним МП- магнитным ротором (неполная конструкция)

Рис.6 Конструкция простейшего макета ЭМДГ на базе индуктивного электросчетчика

ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА МАГНИТНОЙ ЦЕПИ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ИНКОРПОРИРОВАННЫМИ МАГНИТАМИ

  • Аннотация
  • Об авторах
  • Список литературы
  • Cited By

Аннотация

Одним из важнейших этапов проектирования синхронного двигателя с инкорпорированными магнитами является расчет магнитной системы, который упрощенно можно осуществить с помощью метода эквивалентных схем магнитных цепей. Рассмотрена магнитная цепь синхронного двигателя с инкорпорированными в роторе магнитами, имеющая четыре участка: постоянные магниты с полюсом из магнитомягкой стали; участки рассеяния магнитного потока, включающие воздушные барьеры и стальные мосты; воздушный зазор; пазы, зубцы и ярмо статора. Получена эквивалентная схема магнитной цепи. В качестве постоянных магнитов использованы высокоэнергетические магниты, у которых кривая размагничивания описывается линейным уравнением. Магнитный поток на полюс создается двумя магнитами. Падением магнитного потенциала в стали полюса пренебрегали вследствие допущения о том, что магнитная проницаемость полюсов µ = ∞. В конструкции ротора предусматриваются воздушные барьеры и стальные мосты, через которые замыкается магнитный поток рассеяния. Для учета насыщения стальных мостов выполнена линеаризация кривой намагничивания, которая представлена ломаной линией, состоящей из двух прямолинейных участков. Расчет участка магнитной цепи, включающего зубцы и ярмо статора, осуществляли с учетом насыщения стали. При этом магнитные проводимости зубца и ярма зависели от степени насыщения. На основании эквивалентной схемы магнитной цепи получена система из двух уравнений, записанных по первому и второму законам Кирхгофа для магнитной цепи. Данные уравнения позволяют решить две задачи: определить размеры магнитов по заданному значению магнитного потока в зазоре и рассчитать магнитный поток в зазоре при заданной конструкции ротора и статора двигателя.

Ключевые слова

Об авторах

Список литературы

1. Штелтинг, Г. Электрические микромашины: пер. с нем. / Г. Штелтинг, А. О. Байссе. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 229 с.

2. Буль, О. Б. Методы расчета магнитных систем электрических аппаратов: магнитные цепи, поле и программа FEMM: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / О. Б. Буль. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 336 с.

3. Бут, Д. А. Бесконтактные электрические машины: учеб. пособие для электромех. и электроэнерг. спец. вузов / Д. А. Бут. – М.: Высш. шк., 1990. – 416 с.

4. Séguier, G. Electrotechnique Industrielle / G. Séguier, F. Notelet. – Paris: Technique Documentation, 1996. – 484 p.

5. Осин, И. Л. Электрические машины: синхронные машины: учеб. пособие для вузов по спец. «Электромеханика» / И. Л. Осин, Ю. Г. Шакарян; под ред. И. П. Копылова. – М.: Высш. шк., 1993. – 304 с.

6. Бессонов, Л. А. Теоретические основы электротехники: электрические цепи: учеб. для студ. в электротехн., энергетич. и приборостроит. спец. вузов. – 7-е изд., перераб. и доп. / Л. А. Бессонов. – М.: Высш. шк., 1978. – 528 с.

7. Ледовский, А. Н. Электрические машины с высококоэрцитивными постоянными магнитами / А. Н. Ледовский. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 168 с. 8. M i l l e r, T. J. E. Brushless Permanent-Magnet and Reluctance Motor Drives / T. J. E. Miller. – Oxford: Clarendon Press, 1989. – 207 р.

8. Иванов-Смоленский, А. В. Электрические машины: учеб. для вузов / А. В. Иванов-Смоленский. – М.: Энергия, 1980. – 928 с.

9. Бронштейн, И. Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов / И. Н. Бронштейн, К. А. Семендяев. – М.: Наука. Главная ред. физ.-мат. лит-ры, 1981. – 720 с.

Для цитирования:

Нго Ф., Гульков Г.И. ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА МАГНИТНОЙ ЦЕПИ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ИНКОРПОРИРОВАННЫМИ МАГНИТАМИ. Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2015;(4):13-24.

For citation:

Ngo F., Gul’kov G.I. MAGNETIC CIRCUIT EQUIVALENT OF THE SYNCHRONOUS MOTOR WITH INCORPORATED MAGNETS. ENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations. 2015;(4):13-24. (In Russ.)


Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

ПОДКЛЮЧЕНИЕ В РЕВЕРСИВНОМ РЕЖИМЕ

Схема реверсивного магнитного пускателя необходима для подключения двигателей обеспечивающего их вращение, как в прямом, так и в обратном (реверсивном) направлении.

Читать еще:  Что чистить в инжекторном двигателе

Типичный пример использования реверсивного пуска – внутрицеховые грузоподъёмные механизмы. В реверсивном режиме работают двигатели, выполняющие подъём и опускание груза, а также двигатели, перемещающие таль или кран-балку по цеху.

Для того, чтобы заставить асинхронный двигатель вращаться в реверсивном направлении, необходимо произвести смену чередования фаз на его выводах. Для реализации реверсивной схемы включения необходимо подключить два магнитных пускателя.

К входным клеммам одного из них производится подключение трёх фаз в прямой последовательности, на вход другого – в обратной (реверсивной) последовательности. Выходные клеммы устройства соединены параллельно и подключены к выводам асинхронного двигателя.

Для реверсивного управления используется кнопочный пост из трёх кнопок – «Стоп», «Вперёд» и «Назад». Нажатие кнопки «Вперёд» подключает к двигателю прямую последовательность фаз, «Назад» — реверсивную, обратную. Одновременное включение прямого и реверсивного магнитных пускателей недопустимо, так как приводит к междуфазному короткому замыканию.

Для увеличения надёжности реверсивной схемы дополнительно применяют механическую блокировку устройства от одновременного включения реверсивных магнитных пускателей. В цепях запуска прямого и реверсивного пускателей используется самоподхват, аналогично типовой схеме.

Для смены направления вращения двигателя необходимо сначала нажать «Стоп», после чего выбрать требуемое направление. Термин «реверсивный» часто употребляют в качестве характеристики разновидности МП. Если быть точным, то реверсивным является не сам МП, а определённая схема управления двумя устройствами, позволяющая осуществлять реверсивный пуск двигателей.

Нереверсивная схема подключения магнитного пускателя

Приветствую вас, уважаемые читатели сайта elektrik-sam.info!

В этой статье мы подробно рассмотрим нереверсивную схему подключения магнитного пускателя для управления трехфазным асинхронным электродвигателем.

Также я для Вас записал видео с подробным описанием работы схемы, которое Вы можете просмотреть в конце этой статьи.

Вначале давайте рассмотрим схему подключения магнитного пускателя с катушкой на 220В.

Три фазы питающего напряжения подаются на клеммы асинхронного двигателя через:

— силовые контакты магнитного пускателя КМ;

— тепловое реле Р.

Обмотка катушки магнитного пускателя подключена с одной стороны к нулевому рабочему проводу N, с другой, через кнопочный пост к одной из фаз, в нашей схеме — к фазе С.

Кнопочный пост содержит 2 кнопки:

1) нормально-разомкнутую кнопку ПУСК ;

2) нормально-замкнутую — СТОП .

Нормально-разомкнутый вспомогательный контакт пускателя КМ подключен параллельно кнопке ПУСК .

Для защиты электродвигателя от перегрузок используется тепловое реле Р, которое устанавливается в разрыв питающих фаз. Вспомогательный нормально-замкнутый контакт теплового реле Р включен в цепь обмотки магнитного пускателя.

Рассмотрим работу схемы.

Включаем трехполюсный автоматический выключатель , его контакты замыкаются, питающее напряжение подается к силовым контактам пускателя и в цепь управления. Схема готова к работе.

Запуск.

Для запуска двигателя нажимаем кнопку ПУСК . Цепь питания обмотки магнитного пускателя замыкается, якорь катушки притягивается, замыкая силовые контакты КМ и подавая три питающих фазы на обмотки двигателя. Происходит запуск и двигатель начинает вращаться.

Одновременно с этим замыкается вспомогательный контакт пускателя КМ, шунтируя кнопку ПУСК .

Теперь, отпуская кнопку ПУСК , питание на обмотку пускателя продолжает поступать через его замкнутый вспомогательный контакт КМ. Двигатель запущен и продолжает работать.

Останов.

Чтобы остановить двигатель, нажимаем кнопку СТОП . Цепь питания обмотки пускателя разрывается. Якорь под действием пружины возвращается в исходное состояние, размыкая силовые контакты, обесточивая тем самым обмотки электродвигателя. Он начинает останавливаться.

Одновременно с этим размыкается вспомогательный контакт КМ в цепи питания обмотки пускателя.

После отпускания кнопки СТОП питание на обмотку не подается, поскольку вспомогательный контакт КМ разомкнут. Двигатель выключен и цепь готова к следующему запуску.

Защита от перегрузок.

Предположим, что двигатель запущен. Если по каким-то причинам ток нагрузки двигателя увеличится, биметаллические пластины теплового реле Р под действием повышенного тока начнут изгибаться, и приведут в действие механизм расцепителя. Он разомкнет вспомогательный контакт Р в цепи обмотки магнитного пускателя. Цепь обмотки пускателя разомкнется, силовые и вспомогательный контакты пускателя вернуться в исходное разомкнутое состояние, двигатель остановится.

Если катушка магнитного пускателя рассчитана на 380В, то схема подключения будет, как на рисунке ниже.

В этом случае, обмотка пускателя подключается к любым двум фазам, на схеме к фазам В и С.

Для дополнительной защиты цепи управления магнитным пускателем устанавливают предохранитель FU. В случае, например, межвиткового замыкания в катушке пускателя, плавкая вставка предохранителя перегорит, обесточив цепь управления.

Для большей наглядности я записал видео, в котором поэтапно показан весь процесс работы схемы.

Если видео оказалось для Вас полезным, нажмите НРАВИТСЯ при просмотре на YouTube. Подписывайтесь на мой канал, и Вы первым узнаете о выходе новых интересных видео по электрике!

Рекомендую также прочитать:

Моделирование магнитных приводов в среде COMSOL Multiphysics

Магнитные приводы представляют собой бесконтакные механизмы для преобразования крутящего момента в скорость перемещения за счет использования постоянных магнитов или электромагнитов. Они применяются в различных возобновляемых источниках энергии и легко согласовываются с техническими параметрами электромагнитного генератора, повышая тем самым эффективность источников ветровой энергии, приливной энергии океана, и маховиковых накопителей энергии. В отличие от своих механических аналогов, магнитные приводы обладают внутренней защитой от перегрузок, имеют высокую надежность за счет функционирования при отсутствии трения, и не требуют смазки. Сегодня мы рассмотрим, каким образом моделировать магнитные приводы в 2D- и 3D-случаях с помощью среды COMSOL Multiphysics.

Читать еще:  Что такое циркуляция двигателя

Конструкция и принцип работы магнитных приводов

Типичный магнитный привод состоит из трех роторов с разным числом пар магнитных полюсов, разделенных небольшим воздушным зазором. Стальные ферромагнитные полюса (средний ротор) модулируют магнитные поля, порождаемые внутренним и внешним роторами и создают пространственные гармоники в воздушных зазорах. Модулированные магнитные поля через стальные полюса взаимодействуют с магнитным полем на другой стороне для передачи крутящего момента.

На рисунке ниже, приведена иллюстрация принципа действия типичного магнитного привода. Для простоты и наглядности мы выбрали конфигурацию линейного магнитного привода. Принцип действия останется тем же и в случае вращающегося магнитного привода. В данной конфигурации, модель содержит 11 пар полюсов на внешнем, 4-х пар полюсов на внутреннем и 15 пар полюсов на среднем роторах. Они обозначаются P_o , P_i и P_s , соответственно.

Четыре пары полюсов внутреннего ротора порождают магнитное поле с преобладанием 4 ой гармоники. Затем данное поле модулируется 15 парами стальных полюсов для генерации поля с доминированием 11 ой гармоники. Промодулированное поле взаимодействует с основной 11 ой гармоникой поля, возбужденного внешним ротором для передачи крутящего момента. Это вызывает кручение, определяемое степенью согласования гармонической компоненты поля от внешнего ротора с гармонической компонентой, создаваемой промодулированным полем от внутреннего ротора.


Схема, изображающая компоненты линейного магнитного привода. Красные стрелки указывают направление намагниченности постоянных магнитов. Магнитные поля порождаемые внутренним и внешним роторами представлены в виде голубых кривых. Воздушный промежуток между роторами на рисунке для наглядности представлен не в реальном масштабе.

С целью достижения наибольшей мощности крутящего момента, число пар полюсов каждого из роторов должно подчиняться следующему соотношению:

Соотношение между парами полюсов и угловой скоростью для всех трех роторов при максимальной передаче крутящего момента задается выражением:

где omega_i , omega_o и omega_s обозначают скорость внутреннего, внешнего роторов и стальных полюсов, соответственно. Если средний ротор остается неподвижным, то соотношение между скоростью и числом пар полюсов становится:

Лучшей комбинацией для P_i , P_s и P_o является та, при которой пульсации в крутящем моменте будут минимальны. Такие пульсации связаны, главным образом, со сцеплением крутящего момента, которое создается в результате взаимодействия между постоянными магнитами двигателя и стальными полюсами. Параметр, используемый для минимизации сцепления момента называется коэффициентом сцепления. Он задается следующим выражением:

где LCM есть наименьшее общее кратное (LCM — least common multiple). Минимум сцепления момента достигается при C_f = 1 . Во всех приводимых здесь примерах, данное условие считается выполненным, и, стальные ферромагнитные полюса сохраняют свою неподвижность.

Типы магнитных приводов

Магнитные приводы можно разделить на при типа по принципу их действия: линейные, коаксиальные и аксиальные магнитные приводы (ЛМП, КМП и АМП, соответственно). В случае ЛМП или КМП, генерируемое магнитное поле, как правило, направлено радиально (внутрь или наружу) по отношению к оси вала. Однако, в случае АМП, силовые линии создаваемого магнитного поля параллельны оси ротора. В данном топике, мы представим примеры реализации всех трех типов магнитных приводов в пакете COMSOL Multiphysics.

Коаксиальный магнитный привод

Как показано на рисунке ниже, коаксиальный магнитный привод состоит из трех концентрических роторов с различающимся числом пар полюсов. Внутренний ротор содержит восемь постоянных магнитов (ПМ) и магнитопровод из мягкого железа, который формирует расходящийся из центра 2-х пар полюсов на роторе (2 сборки по 4 ПМ), внешний поток. Внешний ротор содержит 20 ПМ и еще один магнитопровод из мягкого железа, формирующий поток, сходящийся внутрь к оси ротора из 5 пар полюсов. На внешнем и внутреннем роторе, постоянные магниты упорядочены в конфигурацию в виде магнитной сборки Халбаха. Семь стальных блоков (наконечников), и такое же число промежутков между ними, составляют неподвижное среднее кольцо и формируют, таким образом, неподвижный ротор с 7 парами полюсов.

Слева: Схема коаксиального магнитного привода, показывающая внутренний и внешний роторы, а также неподвижные стальные полюса. Красные стрелки указывают направление намагниченности постоянных магнитов. Постоянные магниты упорядочены таким образом, что внутренний ротор служит рассеивающим фокусом, направленного наружу потока э/м поля, а внешний ротор действует, как концентратор потока внутрь. Справа: Магнитная индукция (её норма), компонента магнитного векторного потенциала (Az), радиальная компонента вектора магнитной индукции (Br) и графическое отображение КЭ-сетки, с 1 го по 4 ый квадрант, соответственно.

В данном примере, число пар полюсов выбрано так, чтобы передаточное отношение для привода составило 5:2 и достигался минимум сцепления крутящего момента при коэффициенте сцепления равном единице. В среде COMSOL Multiphysics было смоделировано 2D поперечное сечение коаксиального магнитного привода с использованием интерфейса Rotating Machinery, Magnetic (Вращающие магнитные механизмы) модуля АС/DC. Поскольку модель состоит из трех отдельных частей, то необходимо сформировать их сборку. Для этого нужно создать объединение составных элементов каждой из этих частей, а затем финализировать геометрию используя операцию Form Assembly, при этом в областях воздушных зазоров появятся две отдельные т.н. тождественные пары (Identity Pairs).

Мы применяем нелинейную модель материала BH Curve в области мягкого железа, а неподвижные стальные полюсные наконечникизадаем как линейный материал с относительной магнитной проницаемостью mu_r=4000 . Вращение внутреннего и внешнего роторов можно определить в узле Prescribed Rotational Velocity (Прудустановленная скорость вращения). Осевой крутящий момент обоих роторов рассчитывается на основе тензоров напряжений Максвелла при инициализации узла Force Calculation (Расчет Силы).

Читать еще:  Воздушный фильтр двигателя схема

Анимация, изображающая поверхностный график магнитной индукции и контурный график компоненты магнитного векторного потенциала, A_z . Показывается вращение по часовой и против часовой стрелки внешнего и внутреннего роторов, соответственно, наряду с взаимодействием полей.


Профиль осевого крутящего момента на внутреннем и внешнем роторах. Пульсации крутящего момента выше на внутреннем роторе (меньшее число пар полюсов).

Вы можете скачать файл модели данного примера из нашей Галереи моделей и приложений.

Аксиальный магнитный привод

Когда речь заходит об аксиальном магнитном приводе, то его принцип действия оказывается таким же, что и у коаксиальных магнитных приводов описанных выше. В данной конструкции, роторы укладываются друг над другом в осевом, а не в радиальном направлении, разделенные небольшими воздушными зазорами. Поскольку поверхность взаимодействия магнитного поля больше, а длина всех трех роторов одна и та же, АМП обеспечивает более высокую мощность крутящего момента по сравнению с КМП. 3D-конструкция типичного аксиального магнитного привода изображена на рисунке ниже слева.

Слева: Схема АМП: малооборотный ротор, высокооборотный ротор и неподвижные стальные полюса. Черные стрелки указывают направление намагниченности постоянных магнитов. Справа: Результаты расчета: вектор магнитной индукции и КЭ-сетка.

Скачав учебную модель, вы сможете самостоятельно разобрать все аспекты настройки данной модели. Доступна версия модели со стационарным исследованием, скомбирированным с параметрическим свипов, а также полная трехмерная TD-постановка. В моделях использован интерфейс Rotating Machinery, Magnetic (Вращающие магнитные механизмы). Некоторые из результатов представлены ниже.

Анимация, показывающая векторное поле магнитной индукции: распределение нормы и стрелочная диаграмма. Показывается вращение по часовой и против часовой стрелки высокооборотного и низкооборотного роторов, соответственно, наряду с взаимодействием полей.

Данные о передаче крутящего момента в магнитных приводах могут быть получены при выполнении стационарного исследования с параметрическим свипом по различным угловым позициям между высокоскоростным и низкоскоростным роторами. При исследовании коммутационных процессов потребуется настроить исследование во временной области. Стоит отметить, что вы получите идентичные результаты для передачи крутящего момента в обоих этих исследованиях.

Профиль осевого крутящего момента на внутреннем и внешнем роторах. Слева: Стационарное исследование и параметрическое исследование. Справа: Решение во временной области. Пульсации крутящего момента выше на высокооборотном роторе (с меньшим числом пар полюсов).

Линейный магнитный привод

Линейные магнитные приводы используются в целом ряде приложений. В нефтяной и газовой промышленности, к примеру, они обеспечивают передачу для скважинных буровых моторов, преобразуя высокую скорость в высокий крутящий момент, что является необходимым при бурении. Такие приводы интегрируются в состав свободно-поршневых генераторов для линейных синхронных двигателей в электродвижущихся средствах передвижения, а также для генерации электричества в приложениях по использованию энергии природных волн (морских, океанских, приливных, ветровых и т.д.).

Конструкция типичного линейного магнитного привода показана на следующем рисунке. Привод состоит из трех роторов с двумя линейно перемещающимися направляющими (называемыми также роторами), с неподвижными стальными полюсами между ними. Поскольку геометрия симметрична вдоль азимутального направления, мы можем решать модель используя 2D-осесимметричную постановку. В примере представленном здесь, предполагается, что все роторы имеют одну и ту же длину и, что они бесконечны в направлении движения. Это условие означает, что нам требуется смоделировать только сектор геометрии.

Такая модель настраивается в среде COMSOL Multiphysics с использованием интерфейсов Magnetic Fields (Магнитные поля) и Moving Mesh (Подвижная сетка). Из-за того, что встроенных периодических граничных условий для линейной периодичности нет, мы создадим пользовательские периодические граничные условия при помощи оператора General Extrusion и для низко- и для высокоскостной направляющей. Подробнее о реализации такого условия можно прочитать в следующей заметке нашего копоративного блога.

Для расчета электромагнитной силы сцепления между низко- и высокоскоростной направляющими мы используем исследование во временной области. Вы можете скачать файл данной модели и связанную с ней документацию из Галереи моделей и приложений.

Слева: Конструкция ЛМП, показывающая низко- и высокоскоростную направляющие, и неподвижные стальные полюса. Черные стрелки указывают направление намагниченности постоянных магнитов. Справа: Норма магнитной индукции (поверхностный график) и контурный график магнитной индукции. Показана радиальная компонента поля.

Z-компонента электромагнитной силы на высокоскоростной направляющей (слева) и низкоскоростной направляющей (справа).

Анимация, представляющая визуализацию нормы вектора магнитной индукции и контурный график её радиальной компоненты. Показываются линейное перемещение обеих низко- и высокоскоростной – направляющих, а также поля взаимодействия.

Итоги

В данной статье мы представили основные типы магнитных приводов, которые вы можете смоделировать с помощью среды COMSOL Multiphysics и соответствующих интерфейсов Модуля AC/DC. Кроме этого, используя стационарное исследовании и расчет во временной области, мы продемонстрировали в сравнении передачу крутящего момента между роторами.

Для коаксиальной и аксиальной конфигураций, вы можете непосредственно настроить модель при помощи интерфейса Rotating Machinery, Magnetic. Однако, для линейных магнитных приводов, вам потребуется соединить интерфейсы Magnetic Fields и Moving Mesh и доопределить периодические граничные условия для линейного перемещения.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector