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

Выбрать двигатель для режима работы s3

Выбрать двигатель для режима работы s3

Выбор электродвигателей по мощности

От правильного выбора электродвигателя по мощности зависят надежность его работы в электроприводе и энергетические показатели в процессе эксплуатации. В тех случаях, когда нагрузка двигателя существенно меньше номинальной, он недоиспользуется по мощности, что свидетельствует об излишних капитальных вложениях, его КПД и коэффициент мощности заметно снижаются.

Если нагрузка превышает номинальную, это приводит к увеличению токов и потерь мощности выше соответствующих номинальных значений, вследствие чего температура (превышение температуры) обмоток и магнитопровода двигателя может превысить допустимое значение. Рост температуры выше заданных значений приводит к резкому ускорению старения изоляции вследствие из-

менения ее физико-химических свойств и соответственно уменьшению срока службы и надежности двигателя в целом, поэтому одним из основных критериев выбора двигателя по мощности является температура (превышение температуры) обмоток.

Задача выбора электродвигателя по мощности осложняется тем обстоятельством, что нагрузка на его валу в процессе работы, как правило, изменяется во времени, вследствие чего изменяются также потери мощности и соответственно температура двигателя. Если при этих условиях выбрать двигатель таким образом, чтобы его номинальная мощность была равна наибольшей мощности нагрузки, он будет недоиспользован по мощности. Очевидно также, что недопустимо выбирать номинальную мощность двигателя равной минимальной мощности нагрузки.

Для обоснованного решения вопроса выбора электродвигателя по мощности необходимо знать характер изменения нагрузки двигателя во времени, т. е. зависимость от времени мощности, электромагнитного момента и потерь двигателя. С этой целью для машин, работающих в циклическом режиме, обычно строится нагрузочная диаграмма, представляющая собой зависимость нагрузки электропривода от времени в течение рабочего цикла.

Зависимость изменения нагрузки от времени позволяет судить об изменениях потерь в электродвигателе, что в свою очередь дает возможность оценить температуру его отдельных частей при известном характере процесса их нагрева.

Этот подход позволяет выбрать двигатель таким образом, чтобы максимальная температура изоляции обмоток не превышала допустимого значения. Это условие является одним из основных для обеспечения надежной работы электродвигателя в течение всего срока его эксплуатации.

Второе условие выбора двигателя заключается в том, что его перегрузочная способность должна быть достаточной для устойчивой работы электропривода в периоды максимальной нагрузки или аварийного снижения напряжения.

Таким образом, для правильного выбора двигателя необходимо знать точную зависимость нагрузки от времени, на базе которой можно рассчитать потери в его отдельных частях. Затем необходимо провести подробный тепловой расчет с учетом в большинстве случаев переходных процессов (пуска, реверса, торможения, перехода от одной нагрузки к другой), на основании которого

электропривода; kj — коэффициент инерции. Выбор двигателя для работы в режимах

S6 и S7. Для работы в режимах S6 и S7 обычно выбираются двигатели, работающие в режиме S1. Расчет эквивалентных величин в этом случае выполняется по (6.6) и (6.8). Для режима S6 по этим формулам может быть осуществлен выбор двигателя, тогда как для режима S7 они используются для проверки выбранного двигателя, так как для этого режима расчет и построение достаточно точной нагрузочной диаграммы до выбора двигателя невозможны. Для обоих указанных режимов обязательна проверка по условиям (6.12).

Выбор двигателя для работы в режиме S8. При работе электропривода в режиме S8, как правило, выбираются двигатели режима S1. В этом случае предварительно расчет мощности двигателя может быть выполнен по (6.6) или (6.8). При выборе его мощности следует ввести коэффициент запаса, учитывающий специфику регулирования скорости электропривода, ухудшение условий охлаждения при снижении скорости, динамические нагрузки при переходе от одной ступени скорости к другой. После выбора двигателя строится уточненная нагрузочная диаграмма, для которой по (6.4) или (6.6) находятся эквивалентные за цикл значения тока или момента.

Частным случаем режима S6 является режим ударной нагрузки, когда момент статической нагрузки резко увеличивается, а затем снижается до момента холостого хода. К механизмам указанного типа могут быть отнесены ковочные машины, прессы, некоторые прокатные станы, поршневые насосы, компрессоры и т. п.

Обычно в электроприводах, работающих с ударной нагрузкой, на валу двигателя устанавливается дополнительный маховик, который берет на себя часть нагрузки при резком ее возрастании. Происходит это вследствие снижения скорости электропривода во время пика нагрузки, благодаря чему часть кинетической энергии, запасенной маховиком, передается на вал электропривода.

В период снижения нагрузки, когда скорость электропривода возрастает, запас кинетической энергии маховика вновь возрастает; двигатель при этом несет нагрузку большую, чем момент сопротивления холостого хода Mcq.

Во всех случаях общий принцип совместного выбора двигателя и маховика для механизмов с ударным характером нагрузки заключается в том, что кинетическая энергия

Рис. 6.1. График ударной нагрузки двигателя с маховиком

маховика к началу нового цикла должна оставаться неизменной, а скорость двигателя — постоянной и равной шсо. В процессе прохождения пиков нагрузки во время цикла маховик отдает энергию на вал (на рис. 6.1 соответствует площади заштрихованных участков со знаком « — »), а в период холостого хода, т. е. с увеличением скорости, запасает ее (площадь заштрихованных участков со знаком «+»). Энергия, отданная маховиком за цикл, должна быть равна энергии, вновь накопленной маховиком. Если это условие не соблюдается, то в последующие периоды начальная скорость цикла не будет оставаться постоянной, двигатель при этом будет перегружен либо выбран завышенной мощности.

Один из наиболее простых методов совместного предварительного выбора двигателя и маховика заключается в том, что из всего рабочего цикла рассматривается лишь наиболее тяжелый период нагрузки двигателя. На рис. 6.1 он определяется временем tj;. Указанный период характеризуется максимальным статическим моментом Ма моментом, который развивает двигатель в конце периода, Мё и начальным моментом двигателя Мсо- Для упрощения предварительных расчетов обычно полагают Мсо « Мс0.

Для приведенного графика, считая, что при Мс двигатель должен работать с максимальной перегрузкой, можно записать с — lvl maxlvi cmax 1 e J^ iw cO e >

где Mmax — максимальный электромагнитный момент двигателя; 7^, — электромеханическая постоянная времени, Тм = JE /р = = Ji;0)osHOM/MHOM. Найдем момент инерции электропривода:

доходит до 90%. Погрешности для отдельных составляющих потерь могут достигать 70 % даже при времени переключения, достигающем 1,2 с.

Максимальное число реверсов, которое выдерживает серийный асинхронный двигатель, как показали расчеты, не превышает 3600 в час, или 1 реверс в секунду. Если привод требует большего числа реверсов, то для него необходим специально спроектированный двигатель*.

Выбор асинхронного двигателя для режима стохастической нагрузки. Общие принципы и критерии выбора электродвигателей для режимов SI —S8 распространяются и на режим стохастической нагрузки. Различие заключается в том, что нагрузочная диаграмма электропривода в этом случае не может быть выражена в виде определенной детерминированной зависимости MH(t) и для оценки нагрева двигателя необходимо пользоваться методами теории случайных процессов.

Определяющими при выборе двигателя для работы при стохастической нагрузке являются вероятностные характеристики момента сопротивления, от которых зависят аналогичные характеристики токов двигателя и превышений температуры его частей. В этом случае оценка теплового состояния двигателя по среднему значению нагрузки приводит к занижению температуры обмоток и погрешность тем больше, чем больше рассеяние (дисперсия) момента сопротивления от его среднего значения.

Для большинства случайных процессов справедливо правило «трех сигм», заключающееся в том, что с большой степенью вероятности можно говорить, что все возможные значения функции x(t) лежат в интервале — Зстх + тх, Зах +^тх, где тх и ах соответственно математическое ожидание и среднеквадратичное отклонение случайного процесса х. Используя это правило, можно определить наибольшее значение превышения температуры обмотки двигателя:

здесь — математическое ожидание превышения температуры; аэ — среднеквадратичное отклонение температуры.

Условие (6.22) будет являться критерием правильности выбора электродвигателя при

стохастической нагрузке и неизвестной корреляционной функции случайного процесса. Если можно получить корреляционную функцию, то Д& = + fca3. Здесь /с = 0-ь 3 — коэффициент, учитывающий тепловую инерционность двигателя, интервал корреляции т и внутреннюю структуру случайного процесса изменения Д9((), который вследствие большой постоянной времени нагрева двигателя имеет закон распределения, приближающийся к нормальному.

Проверку правильности выбора электродвигателя по условиям нагрева для значений эквивалентного момента или эквивалентной мощности можно произвести по (6.7) и (6.9) с учетом того, что Мж и Рж определяются следующим образом:

где , — математические ожидания соответственно момента и мощности; ам и ар — их среднеквадратичные отклонения.

Можно также вычислять Мж и Рж соответственно по формулам (6.6) и (6.8), которые справедливы для эргодических процессов M 2 (t) и P 2 (t), имеющих место во многих случаях при продолжительной работе электродвигателя на случайную нагрузку. Для эргодических случайных процессов характерно то, что они определяются по одной реализации, т. е. для таких процессов при нахождении вероятностных характеристик усреднение по ансамблю реализаций заменяется усреднением во времени.

При больших размахах колебаний случайной составляющей процесса относительно среднего момента первостепенное значение приобретает перегрузочная способность двигателя. В этом случае важным критерием правильности его выбора является максимальный вращающий момент

Так как в режиме случайного нагруже-ния Мтах также представляет случайный процесс, то для того чтобы условие (6.23) выполнялось с большой долей вероятности, необходимо Мтах вычислять с учетом одностороннего доверительного интервала, причем в сторону уменьшения среднего значения Мтах:

Аналогичными соотношениями оценивается и пусковой момент двигателя при анализе условий пуска.

• Электромеханические процессы в асинхронном двигателе в режиме частых реверсов/

B. Я. Беспалов и др.//Электричество. 1985. № 1.

Режимы работы электродвигателей

Режимы работы электродвигателей по ГОСТ

Электродвигатели могут работать в разных режимах, которые различаются сроком рабочего цикла, характером и величиной нагрузки, величиной потерь на разных этапах работы и способом охлаждения.

Существует множество комбинаций этих параметров. Те из этих сочетаний, которые являются наиболее востребованными и повсеместно применяются на практике, составляют так называемые номинальные (типовые) режимы.

Режим работы электродвигателей можно описать разными способами. Во-первых, численно. Такой способ применяется, когда нагрузка электродвигателя остается постоянной или ее изменение заранее задано. Во-вторых, для этого может использоваться график зависимости каких-то характеристик двигателя от времени. В-третьих, потребитель может выбрать один из номинальных режимов согласно техническому паспорту – металлической табличке на щитке электродвигателя, в которой указаны тип, номер, мощность, КПД, а также рекомендуемый режим работы (в виде аббревиатуры от S1 до S8). В типовых режимах должны работать серийные электродвигатели, при этом безотказная и надежная работа машины гарантируется производителем в том случае, если двигатель эксплуатируется в указанном в его паспорте режиме при номинальной нагрузке. Быстрый выход из строя, как правило, связан именно с тем, что электрическая машина была выбрана без учета необходимого номинального режима. К примеру, может сгореть двигатель грузоподъемного механизма с частыми пусками, если он был рассчитан на более легкие условия эксплуатации. При условии правильной эксплуатации двигатель может работать до 20 лет без капитального ремонта. Значительное уменьшение срока службы, связанное с ранним разрушением изоляции, связано с превышением допустимой температуры.

Читать еще:  Форд фокус 2 грубо работает двигатель

Существует несколько номинальных режимов, описанных МЭК (Международной электротехнической комиссией) и принятых ГОСТом. Базовыми режимами являются первые три (S1, S2 и S3). Отечественные производители отмечают в паспортах данные именно для этих режимов. Более сложные условия требуют использования режимов S5 — S8 (торможение, переменная нагрузка, реверсирование). Базовая характеристика нагрузочных режимов – это выделение тепла. Эксплуатация электрической машины сопровождается ее нагревом, это объясняется происходящими в ней процессами.

Продолжительный режим работы S1

Большинство машин рассчитано на режим S1. Он подходит для двигателей конвейеров, компрессоров, насосов, вентиляторов, транспортеров. Для него свойственна постоянная нагрузка без перерыва, до достижения теплового равновесия. Это означает, что все части двигателя нагреваются, и температура приобретает постоянное значение.

Кратковременный режим работы S2

На определенном этапе машина работает при постоянной нагрузке (10, 30, 60 и 90 мин). Этого срока недостаточно для получения теплового равновесия. Затем наступает остановка, отключение и охлаждение. Такой режим характерен для электроприводов вентилей и шлюзов.

Повторно-кратковременный режим работы S3

Используется в подъемниках и кранах. Для него характерно повторение одинаковых этапов работы и последующей остановки машины. Температура не успевает достичь постоянного значения, а за время остановки машина не успевает полностью остыть. Цикл ограничивается 10 минутами.

Режим S4

Отличается продолжительным периодом пуска. Содержит повторяющиеся серии, в каждой из которых двигатель запускается, работает при постоянной нагрузке, затем остывает (но не полностью). Максимально возможный нагрев также не происходит. Существенным для этого режима является учет потерь во время запуска, которые обеспечивают превышение температуры отдельных частей машины.

Режим S5

Включает в себя серию одинаковых циклов, в каждом из которых двигатель продолжительный срок запускается, работает, осуществляет быстрое торможение и затем охлаждается. На нагрев влияют потери не только при запуске, но и при замедлении работы.

Режим S6

Это ряд повторяющихся циклов работы, когда машина не достигает постоянной температуры, но также и не остывает. Период каждого цикла не более 10 минут. Машина сначала работает с постоянной нагрузкой, затем на холостом ходу.

Режим S7

Это серия повторяющихся циклов, которые содержат продолжительный пуск, неизменную номинальную нагрузку и быстрое электрическое торможение. Отличается отсутствием остановок. Сроки работы не настолько велики, чтобы достичь теплового равновесия. При торможении наблюдаются существенные потери, которые обеспечивают нагрев машины.

Режим S8

Это сложный режим, включающий серию повторяющихся циклов, в течение которых осуществляется работа на нескольких различных уровнях нагрузки и скорости без остановки. Тепловое равновесие не достигается.

Об устройстве электродвигателя и принципе его работы вы можете узнать в следующей статье.

Выбор мощности электродвигателя.

Правильный выбор мощности двигателя для того или иного механизма с учетом его технического режима имеет большое значение для технико — экономических и эксплуатационных показателей. Если при выборе мощность ЭД занижена, то ЭД не обеспечит необходимой надежности и долговечности. Зависимость коэффициента мощности от нагрузки показана на графике. Если выбран ЭД завышенной мощности, т.е. с малым коэффициентом загрузки, то он обладает низкими экономическими и энергетическими показателями.

Поэтому стараются подобрать ЭД таким образом, чтобы Рном=Кзап*Рэф.

При этом эффективная мощность определяется при помощи нагрузочной характеристики, а коэффициент запаса вводится с учетом неточности графика нагрузочной характеристики.

Последовательность выбора мощности ЭД:

1. Предварительный выбор мощности: заключается в анализе нагрузочной диаграммы и выборе Кзап.

2. Проверка правильности предварительного выбора по тепловому режиму. Производится с помощью точного анализа.

3. Проверяется по возможности запуска.

4.Проверка правильности выбора по кратковременной механической нагрузки.

Выбор мощности двигателя для продолжительного режима:

А) при постоянной нагрузке.

В этом случае предварительный расчет мощности не требуется, а определяется эффективная мощность механизма с использованием точных или эмпирических выражений, которая в дальнейшем сравнивается с номинальной мощностью двигателя. Существуют определенные формулы для расчета эффективной мощности различных типов механизмов. Если Рэф

Для любых режимов с изменяющейся нагрузкой выбор мощности представляет собой значительно более сложную задачу и состоит из нескольких стадий, главной из которых является проверка правильности выбора по нагреву. При этом для любого режима наиболее точным методом такой проверки является построение кривой нагрева реального двигателя с учетом его режима с последующим сравнением tуст

Если условие 4 выполняется, то двигатель выбран правильно, если не выполняется, то выбирается двигатель или с большей перегрузочной способностью или с большей мощностью.

Однако несмотря на то, что метод средних потерь является достаточно точным и универсальным, т.е. может быть применен для любого типа двигателя, возникают некоторые затруднения. Поэтому в инженерных расчетах чаще всего применят менее точные и универсальные методы эквивалентных величин, к которым относят:

А) метод эквивалентных токов

Б) метод эквивалентных моментов

В) метод эквивалентных мощностей.

Метод эквивалентных токов:

Основан на том, что реальный ток, соответствующий нагрузочной диаграмме и соответственно изменяющийся, заменяется неким эквивалентным током, который за рабочий цикл выделяет в двигателе такое же количество тепла, что и реально изменяющийся ток.

При этом потери мощности в двигателе:

Последовательность выбора по данному методу:

1. Предварительно выбирают двигатель по нагрузочной диаграмме;

2. Проверка правильности выбора по нагреву: Iном ³ Iэкв;

3. Проверяется возможность пуска

4. Перегрузочная способность.

Метод эквивалентных токов среди всех методов является более универсальным и может быть использован для любого типа двигателя.

Метод эквивалентных моментов:

Основан на пропорциональности электромагнитного момента двигателя току:

M=KФI; M º I. Критерий правильности выбора двигателя Мном ³ Мэкв.

Чаще всего нагрузочная диаграмма ЭП задается именно в координатах М(t) , поэтому с этой точки зрения метод эквивалентных моментов является более удобным. Однако точная пропорциональная зависимость М(I) характерна только для ДПТ с НВ. Для АД момент кроме того зависит и от коэффициента мощности cosj. Поэтому применительно к АД этот метод не обеспечивает достаточной точности. Используется обычно для АД малой мощности и в линейной части характеристики.

Метод эквивалентных мощностей:

Основан на пропорциональной зависимости мощности от момента: Р=М×w, Р º М. Критерием правильности выбора является: Рном ³ Рэкв. Из всех перечисленных методов метод эквивалентных мощностей является наименее точным и применяется только для ДПТ с НВ.

Выбор мощности двигателя для кратковременного режима:

Серийно выпускаются двигатели, в паспорте которых задается номинальная длительность включения 10, 30, 60, 90 минут. Кроме того задается КПД при работе в кратковременном режиме и Ркр; в продолжительном hпр и Рпр.

Если изобразить нагрузочную диаграмму и кривую нагрева для двигателя, работающим в кратковременном режиме, то она будет иметь вид:

Если этот двигатель использовать в продолжительном режиме, то необходимо уменьшить нагрузку. Введем понятие о коэффициенте тепловой перегрузки двигателя:

Рт=DРкр/DРпр=tуст/t¢уст=tуст/tдоп .

В паспорте серийно выпускаемых двигателей для кратковременного режима S2 кроме времени включения указывается мощность при работе в кратковременном режиме, КПД при работе в кратковременном режиме, мощность и КПД в продолжительном режиме.

1. Определяют DРкр и DРпр:

2. Определяют коэффициент термической перегрузки: Рт=DРкр/DРпр.

3. Тн=tр/(ln(1-Рт)/Рт). Подставляя tр из паспорта и коэффициент термической перегрузки из предыдущего пункта, находим постоянную времени нагрева Тн, с помощью которой можно легко построить кривую нагрева двигателя и по этой кривой выбрать мощность двигателя.

Выбор мощности двигателя для повторно — кратковременных режимов работы:

Для режимов S4 и S5 обычно применяют двигатели серийно выпускаемые для режима S3 со стандартными ПВ%=15;25;40;60% либо двигатели серийно выпускаемые для режима S1. В этом случае при выборе мощности двигателя подразумевается ПВ=100%. Чаще всего в качестве математического аппарата для проверки правильности выбора по нагреву используют метод эквивалентных моментов. При этом в формуле эквивалентного момента введены поправочные коэффициенты, которые имеют обозначение b(), и которые учитывают ухудшение теплоотдачи двигателя во время разгона, торможения, паузы по сравнению с теплоотдачей при работе с w=const.

b2=1; b0=0,5; b1=b3=0,75.

М1 и М3 — средние значения момента за время пуска и торможения;

М2 — момент при работе с номинальной угловой скоростью.

Последовательность выбора мощности двигателя:

1. По нагрузочной диаграмме ориентировочно выбирается двигатель.

2. Производят проверку правильности выбора по нагреву. Для этого:

а) определяют реальную ПВ%: . ПВ%=tр+tп+tт/(tр+tо+tп+tт)100%. По каталогу выбирают ближайшую стандартную ПВ%;

б) по нагрузочной диаграмме определяют эквивалентный момент;

в) Найденное значение Мэкв приводят к стандартной ПВ% и находят Мэквприв:

г) по каталогу выбирают двигатель, у которого Мном ³ Мэквприв.

После этого двигатель проверяют по возможности запуска и кратковременным перегрузкам так же как для S1 с переменной нагрузкой.

Дата добавления: 2016-07-22 ; просмотров: 4786 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Электродвигатели

  • Основные параметры электродвигателя
    • Момент электродвигателя
    • Мощность электродвигателя
    • Коэффициент полезного действия
    • Номинальная частота вращения
    • Момент инерции ротора
    • Номинальное напряжение
    • Электрическая постоянная времени
    • Механическая характеристика
  • Сравнение характеристик электродвигателей
  • Области применения электродвигателей
  • Производители электродвигателей

В некоторых режимах работы электропривода электродвигатель осуществляет обратное преобразование энергии, то есть работает в режиме электрического генератора.

По виду создаваемого механического движения электродвигатели бывают вращающиеся, линейные и др. Под электродвигателем чаще всего подразумевается вращающий электродвигатель, так как он получил наибольшее применение.

Областью науки и техники изучающей электрические машины является — электромеханика. Принято считать, что ее история начинается с 1821 года, когда был создан первый электродвигатель М.Фарадея.

Читать еще:  Устройство и работа двигателя уаз

Конструкция электродвигателя

Основными компонентами вращающегося электродвигателя являются статор и ротор. Статор — неподвижная часть, ротор — вращающаяся часть.

У большей части электродвигателей ротор располагается внутри статора. Электродвигатели у которых ротор находится снаружи статора называются электродвигателями обращенного типа.

Принцип работы электродвигателя

    Подробное описание принципа работы электродвигателей разных типов:
  • Принцип работы однофазного асинхронного электродвигателя
  • Принцип работы трехфазного асинхронного электродвигателя
  • Принцип работы синхронного электродвигателя

Классификация электродвигателей

  1. Указанная категория не представляет отдельный класс электродвигателей, так как устройства, входящие в рассматриваемую категорию (БДПТ, ВРД), являются комбинацией бесколлекторного двигателя, электрического преобразователя (инвертора) и, в некоторых случаях, — датчика положения ротора. В данных устройствах электрический преобразователь, в виду его невысокой сложности и небольших габаритов, обычно интегрирован в электродвигатель.
  2. Вентильный двигатель может быть определен как электрический двигатель, имеющий датчик положения ротора, управляющий полупроводниковым преобразователем, осуществляющим согласованную коммутацию обмотки якоря [5].
  3. Вентильный электродвигатель постоянного тока — электродвигатель постоянного тока, вентильное коммутирующее устройство которого представляет собой инвертор, управляемый либо по положению ротора, либо по фазе напряжения на обмотки якоря, либо по положению магнитного поля [1].
  4. Электродвигатели используемые в БДПТ и ВРД являются двигателями переменного тока, при этом за счет наличия в данных устройствах электрического преобразователя они подключаются к сети постоянного тока.
  5. Шаговый двигатель не является отдельным классом двигателя. Конструктивно он представляет из себя СДПМ, СРД или гибридный СРД-ПМ.
  • КДПТ — коллекторный двигатель постоянного тока
  • БДПТ — бесколлекторный двигатель постоянного тока
  • ЭП — электрический преобразователь
  • ДПР — датчик положения ротора
  • ВРД — вентильный реактивный двигатель
  • АДКР — асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
  • АДФР — асинхронный двигатель с фазным ротором
  • СДОВ — синхронный двигатель с обмоткой возбуждения
  • СДПМ — синхронный двигатель с постоянными магнитами
  • СДПМП — синхронный двигатель c поверхностной установкой постоянных магнитов
  • СДПМВ — синхронный двигатель со встроенными постоянными магнитами
  • СРД — синхронный реактивный двигатель
  • ПМ — постоянные магниты
  • ЧП — частотный преобразователь

Типы электродвигателей

Коллекторные электродвигатели

Коллекторная машина — вращающаяся электрическая машина, у которой хотя бы одна из обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, соединена с коллектором [1]. В коллекторном двигателе щеточно-коллекторный узел выполняет функцию датчика положения ротора и переключателя тока в обмотках.

Универсальный электродвигатель

Коллекторный электродвигатель постоянного тока

  • С постоянными магнитами
  • С обмоткой возбуждения

Бесколлекторные электродвигатели

У бесколлекторных электродвигателей могут быть контактные кольца с щетками, таким образом не надо путать бесколлекторные и бесщеточные электродвигатели.

Бесщеточная машина — вращающаяся электрическая машина, в которой все электрические связи обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, осуществляются без скользящих электрических контактов [1].

Асинхронный электродвигатель

  • Однофазный
  • Двухфазный
  • Трехфазный

Cинхронный электродвигатель

  • С обмоткой возбуждения
  • С постоянными магнитами
  • Реактивный
  • Гистерезисный
  • Реактивно-гистерезисный
  • Шаговый

Специальные электродвигатели

Серводвигатель

Основные параметры электродвигателя

  • Момент электродвигателя
  • Мощность электродвигателя
  • Коэффициент полезного действия
  • Номинальная частота вращения
  • Момент инерции ротора
  • Номинальное напряжение
  • Электрическая постоянная времени
  • Механическая характеристика

Момент электродвигателя

Вращающий момент (синонимы: вращательный момент, крутящий момент, момент силы) — векторная физическая величина, равная произведению радиус вектора, проведенного от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы.

,

  • где M – вращающий момент, Нм,
  • F – сила, Н,
  • r – радиус-вектор, м

,

  • где Pном – номинальная мощность двигателя, Вт,
  • nном — номинальная частота вращения, мин -1 [4]

Начальный пусковой момент — момент электродвигателя при пуске.

1 oz = 1/16 lb = 0,2780139 N (Н)
1 lb = 4,448222 N (Н)

момент измеряется в унция-сила на дюйм (oz∙in) или фунт-сила на дюйм (lb∙in)

1 oz∙in = 0,007062 Nm (Нм)
1 lb∙in = 0,112985 Nm (Нм)

Мощность электродвигателя

Мощность электродвигателя — это полезная механическая мощность на валу электродвигателя.

Механическая мощность

Мощность — физическая величина, показывающая какую работу механизм совершает в единицу времени.

,

  • где P – мощность, Вт,
  • A – работа, Дж,
  • t — время, с

Работа — скалярная физическая величина, равная произведению проекции силы на направление F и пути s, проходимого точкой приложения силы [2].

,

  • где s – расстояние, м

Для вращательного движения

,

  • где – угол, рад,

,

  • где – углавая скорость, рад/с,

Таким образом можно вычислить значение механической мощности на валу вращающегося электродвигателя

Коэффициент полезного действия электродвигателя

Коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя — характеристика эффективности машины в отношении преобразования электрической энергии в механическую.

,

  • где – коэффициент полезного действия электродвигателя,
  • P1 — подведенная мощность (электрическая), Вт,
  • P2 — полезная мощность (механическая), Вт
    При этом потери в электродвигатели обусловлены:
  • электрическими потерями — в виде тепла в результате нагрева проводников с током;
  • магнитными потерями — потери на перемагничивание сердечника: потери на вихревые токи, на гистерезис и на магнитное последействие;
  • механическими потерями — потери на трение в подшипниках, на вентиляцию, на щетках (при их наличии);
  • дополнительными потерями — потери вызванные высшими гармониками магнитных полей, возникающих из-за зубчатого строения статора, ротора и наличия высших гармоник магнитодвижущей силы обмоток.

КПД электродвигателя может варьироваться от 10 до 99% в зависимости от типа и конструкции.

Международная электротехническая комиссия (International Electrotechnical Commission) определяет требования к эффективности электродвигателей. Согласно стандарту IEC 60034-31:2010 определено четыре класса эффективности для синхронных и асинхронных электродвигателей: IE1, IE2, IE3 и IE4.

Частота вращения

  • где n — частота вращения электродвигателя, об/мин

Момент инерции ротора

Момент инерции — скалярная физическая величина, являющаяся мерой инертности тела во вращательном движении вокруг оси, равна сумме произведений масс материальных точек на квадраты их расстояний от оси

,

  • где J – момент инерции, кг∙м 2 ,
  • m — масса, кг

1 oz∙in∙s 2 = 0,007062 kg∙m 2 (кг∙м 2 )

Момент инерции связан с моментом силы следующим соотношением

,

  • где – угловое ускорение, с -2 [2]

,

Номинальное напряжение

Номинальное напряжение (англ. rated voltage) — напряжение на которое спроектирована сеть или оборудование и к которому относят их рабочие характеристики [3].

Электрическая постоянная времени

Электрическая постоянная времени — это время, отсчитываемое с момента подачи постоянного напряжения на электродвигатель, за которое ток достигает уровня в 63,21% (1-1/e) от своего конечного значения.

,

  • где – постоянная времени, с

Механическая характеристика

Механическая характеристика двигателя представляет собой графически выраженную зависимость частоты вращения вала от электромагнитного момента при неизменном напряжении питания.

Сравнение характеристик внешне коммутируемых электрических двигателей

Ниже представлены сравнительные характеристики внешне коммутируемых электродвигателей, в ракурсе применения в качестве тяговых электродвигателей в транспортных средствах.

Силовые агрегаты 3S-GE Toyota: совершенство и надежность

Двигатель 3S исполнения GE выпускался японской компанией Toyota в период с 1989 по 2005 годы. В разработке головки блока принимала участие другая японская фирма — Yamaha, о чем говорит и обозначение двигателя.

В конце выпуска двигатели 3S GE Yamaha устанавливали на автомобили Toyota Altezza. А до этого им комплектовались модели Celica, Corona, Carina, Caldina, Camry, Vista, Avensis, и это еще не весь список. В чем же секрет такого долголетия этого мотора?

Голова «Ямахи», впуск «Тойоты»

Две пары букв в обозначении — 3S и GE — означают:

  • S — серия ДВС;
  • 3 — внутрисерийный номер;
  • E — распределенный впрыск;
  • G — форсированная версия.

Хотя блок цилиндров выполнен из чугуна, родоначальник семейства, 3S-GELU, весил немногим более 140 кг, ведь целью разработчиков было создать легкий двигатель. 2-вальная 16-клапанная головка блока разработки Yamaha, выполненная из алюминия, обеспечивает форсирование агрегата по сравнению с исполнением FE.

Конфигурация распредвалов — традиционная на сегодня DOHC, привод осуществляется зубчатым ремнем. Этим 3S GE мотор также отличается от FE, где ремнем приводятся только впускные валы, а выпускные получают вращение посредством шестерен.

Все двигатели GE оснащены головкой, разработанной при участии , независимо от того, упоминается или нет это слово в названии мотора. То есть это всего лишь один из маркетинговых приемов.

Благодаря системе OSTS прокладку головки блока можно снимать без демонтажа кулачковых валов. Клапана регулируются подбором компенсаторных шайб, размещенных внутри толкателей. В процессе модернизации головка получила механизм регулирования фаз газораспределения, сначала на впускных валах (VVT-i), а затем и на всех (Dual VVTi).

Агрегаты GE оснащены воздушным коллектором с регулируемым процессом впуска. При этом использовались две системы регулирования собственной разработки : T-VIS и ACIS. Первая основана на принципе изменения геометрии впускных каналов (увеличение проходного сечения с повышением оборотов).

Вторая функционирует на основе изменения длины впускного тракта (подключение сглаживающего или резонирующего ресивера). В качестве примера установки можно привести культовый заднеприводный автомобиль Altezza с мотором 3S GE.

Пять жизней одного мотора

Родословная двигателей GE насчитывает 5 поколений. После каждой модернизации технические характеристики (мощность и крутящий момент) изменялись в сторону увеличения.

Первый пошел…

Японцы всегда свято соблюдали внутренние приоритеты в своей маркетинговой политике. Первенец версии GE (выпуск 1984–89 гг.) устанавливали на Toyota Celica. Мотор, предназначенный для внутреннего рынка, показывал 160 сил и момент 186 Н·м, клапан рециркуляции (EGR) отсутствовал.

С целью расширения области повышенной тяги использована система регулирования впуска T-VIS. Агрегаты, устанавливаемые на экспортные автомобили (США), в угоду экологическим требованиям были «задушены» до 135 л. с.

2-й шаг: еще надежнее

90–93 годы отмечены заменой системы регулирования впуска T-VIS (Toyota Variable Induction System) на ACIS (Acoustic Controlled Induction System). Двигатель стал более надежным, при этом несколько мощнее — 165 л. с. (для Европы — 156) и тяговитее — 191 Н·м. На турбированном варианте 3S-GTE было сохранено прежнее устройство T-VIS.

3-gen: на любой вкус

3S GE третьей генерации (3 gen) производился с 94 по 99 годы. Мощность двигателя для японского рынка, благодаря степени сжатия 10,3 к 1, повысилась до 178 л. с. В качестве уступки «зеленым» экспортную мощь ограничили (168 «лошадок»). Крутящий момент в сравнении с первым поколением не изменился.

Соответственно типу коробки передач (АКПП или МКП) применяются «низовые» (240° и 8,7 мм — подъем) и «верховые» (252 и 9,8) распределительные валы. Это позволяет сравнительно легко тюнинговать двигатель с автоматической коробкой.

Рабочий объем агрегата для всех поколений постоянен и составляет ровно 2 л (без 5 кубиков). Удельная масса привода по сравнению с версией FE сократилась с 9,84 до 7,7 кг/л. с.

«Красные» и «серые»

97 год связан с появлением системы VVT-i. Движки этой генерации легко отличить по крупной надписи BEAMS («Беамс»). Краткий перевод этой аббревиатуры — «совершенные механизмы». Имеются в виду устройства для регулирования газораспределительных фаз. 3S GE Beams выпускались в версиях Red Top и Gray Top.

Читать еще:  Быстро повышается температура двигателя ваз

У первой голова цилиндров и корпус впуска — красные. У Gray Top серый только пленум коллектора, а клапанная крышка — матово-черная. Такая окраска сделана для того, чтобы отличить мотор 3S GE для Altezza. Мощность агрегата Red Top составила 197 «лошадок», с автоматом — 187. «Сероголовые» движки на разных моделях настроены по-разному. К примеру, у Toyota RAV4 мощность составляет 178 сил, а у Caldina GT — уже 187.

Сердце «Альтезы»

Последнее (5-е) поколение 3S GE было предназначено для модели Altezza RS200, выпускавшейся только в леворульном исполнении. Система изменения фаз стала 2-вальной (Dual VVT-i). Начинка агрегата соответствует типу трансмиссии и бывает различной.

Мотор, сопрягаемый с 6-ступенчатой МКП, оснащен титановыми клапанами, аварийным питанием для форсунок. При степени сжатия 11,5:1 эта модификация выдает от 200 до 210 л. с. и крутящий момент 216 Н·м, приходящийся на 6400 об./мин.

Мотор для 5-ступенчатого автомата обладал меньшей степенью сжатия (11,1:1), клапаны выполнены из легированной стали, а распределительные валы менее «злые». При меньшей мощности (197 л. с.) движок гораздо тяговитее, поскольку тот же крутящий момент приходится на 4800 об./мин вместо 6400 у первого варианта.

Еще раз следует напомнить, что последняя генерация двигателя 3S GE Black Top Dual VVT официально устанавливалась только на леворульные Toyota Altezza.

Распиновка эбу 3s ge beams

Распиновка компа (мозга) ST215W 3S-GTE (и 3S-GE) Автор: Андрей Келс
А 5 А 6 А 7 А 8 А 9 А 14 А 15 А 16 А 19 А 20 данные 10 контактов относятся к десятиконтактной фишке от АКПП для управления соленойдами.

С 3 это на фишку селектора коробки, сигнал второй передачи С 5 TC это минусовой сигнал поступает с мозга, на реле бензонасоса для для подачи питания на насос (мой коментарий на турбо селике и турбо калдине этот сигнал работает в паре с B 7 FPR зачастую у многих висит ошибка 78 именно FPR это минусовой сигнал идущий на дополнительноe реле с резистором бензонасоса. лечится просто берется реле любое 4х контактное на кидаем на него плюс и FPR на ногу минус, мозг сам подает минус на этот провод, реле срабатывает и получает сигна, и ошибка 78 пропадает.)

С 6 STP сигнал идущий с датчика педали тормоза.

C 10 OD2 сигнал отключения 4 передачи, идет на приборку и на ручку селектора. по нему считываются ошибки АКПП.

В последнее время пришлось много возится со схемами от 30-к — собирал под свой старый проданный 3SGE 2gen косу для висты 32-й под акпп, да и так много обращалось форумчан с вопросами. И вот столкнулся я с проблемой распиновок ЭБУ, а именно что они не совпадают с книжными и в связи с этим выкладываю правильные распиновки для 3SFE и 3SGE устанавливавшихся в камри/вистах 30-х кузовов. В табличках помимо самих распиновок указаны еще и типы кпп и номера самих ЭБУ.

Ну и напоследок кое-какие заметки: 1) Распиновку мозгов для 3S-FE и 4S-FE можно всегда посмотреть вскрыв верхнюю крышку блока, возле выводов будут подписи:

Для 3S-GE такой способ не подойдет, т.к. внутри блоков отсутствуют подписи, но вот в книгах, на удивление, распиновка в целом верная.

2) В вэдовых версиях 3SFE на управление акпп идет отдельный блок, который стоит над основным эбу двигателя

3) В книжных распиновках для 3SGE 2gen отсутствует информация о подключении кнопок выбора режима работы акпп и эту проблему при свапе моего старого двига в 32-ю висту мне пока победить не удалось — режимы не работают, точнее по ощущениям постоянно включен экономичный режим, т.е. передачи переключаются очень рано, при тапке в пол переключение происходит на 5500 вместо 7200. В 3SFE за выбор режима отвечает контакт «Р», в 3SGE такой вывод отсутствует в распиновках. Если кто располагает информацией как реализован выбор режимов работы акпп на 3SGE второго поколения, то буду рад выслушать.

А где неисправности?

Каких-либо специфических болезней у GE не отмечено, кроме возможности погнуть клапаны при обрыве зубчатого ремня. Хотя головки поршней у всего семейства, кроме последней модификации, оснащены выемками, в случае обрыва клапаны гнет и у других генераций.

Название «Бимс» как раз и созвучно с последним звуком, издаваемым мотором в этой ситуации. Не наблюдаются такие случаи только у поколений младше 3 gen, да и то если повезет.

Внимание: к преждевременному разрушению зубчатого ремня приводит чаще всего попадание на резину потеков тосола и жидкой смазки, которые размягчают материал. Корд при этом остается целым, а ведущий шкив просто срезает на внутренней поверхности изделия несколько зубцов.

Перспективы тюнинга

С практической точки зрения тюнинг агрегата 3S GE особо не актуален, поскольку этот мотор и так достаточно хорош. Приемлемый вариант дальнейшей прокачки заключается в следующем:

  • шлифовка и доводка ГБЦ, впускных и выпускных каналов;
  • использование отбалансированных элементов легкой кованой ШПГ и облегченного коленвала;
  • установка клапанов с тарелками из титана, распредвалов с фазой 272° и подъемом 10,2 мм, паука 4-2-1 и прямоточного выхлопа на трубе 63 мм;
  • подключение к бортовой сети топливного корректора Apexi S-AFC II («Сафк»-тюнинг).

Вышеперечисленные меры увеличат мощность движка примерно на четверть. Описание других, более «изуверских» методов раскрутки агрегата в статье не приводится.

Надежная, долговечная конструкция агрегата дает немало поводов использовать свап мотора 3S GE на другие легковые авто. Хотя и остальные моторы 3S пользуются не меньшей популярностью, например, 3S FE. Пробег в полмиллиона километров без капремонта при хорошем обслуживании — нормальное явление для этих двигателей.

О двигателе 3S GTE TOYOTA

Характеристики двигателя

Объем двигателя, куб.см1998
Максимальная мощность, л.с.185 — 260
Максимальный крутящий момент, Н*м (кг*м) при об./мин.240 (24) / 4000 271 (28) / 3200 304 (31) / 3200 304 (31) / 4000 324 (33) / 4400
Используемое топливоБензин Premium (АИ-98) Бензин Бензин АИ-98
Расход топлива, л/100 км5.6 — 12.4
Тип двигателярядный, 4-цилиндровый, DOHC
Доп. информация о двигателераспределенный впрыск топлива, DOHC
Максимальная мощность, л.с. (кВт) при об./мин.185 (136) / 6000 200 (147) / 6000 225 (165) / 6000 245 (180) / 6000 255 (188) / 6000 Показать все
Степень сжатия8.5 — 9.2
Диаметр цилиндра, мм86
Ход поршня, мм86
НагнетательТурбина
Количество клапанов на цилиндр4

Добрый день дорогие посетители и подписчики сайта .!

Сегодня речь пойдет о столь не малоизвестном и легендарном двигателе, так сказать изюминки разработок Японских инженеров концерна TOYOTA, таком как 3S GTE, производство которого началось в далеком 1990 году. Новоявленный, бензиновый движок мощностью 185 — 260 л.с., объемом 1998 куб. см. и расходом топлива 5,6 — 12,4 л/100 км, сразу получил статус самого перспективного двигателя с установленной на нем турбиной.

Лидирующий в серии двигателей по мощности, агрегат был изготовлен для автомобиля Celica GT — FOUR. Поначалу, мощность мотора достигала 225 л.с. при 6000 оборотов в минуту и у современных двигателей 3S GTE л.с. были увеличены до планки 260 л.с. при количестве этих же оборотов. Сегодня эти двигатели устанавливают исключительно на Caldina GT, которые на сегодняшний день УВЫ уже не выпускаются.

В перечень конкретных автомобилей, на которые устанавливался двигатель 3S gte входили:

88С;

Celica;

Caldina;

Supra GT LM.

В общей сложности, было изготовлено четыре модификации 3 S gte. В первой модели не самой лучшей оказалась конструкция головки блока, далее конструкторы экспериментировали со степенью сжатия, типом турбины, заменой распредвалов и все таки они добились положительных результатов, стабильности и выносливости данного двигателя. Все это сказалось на характеристиках силовой установки и процесса модернизации (рейстайлинга) на пути развития и усовершенствования 3S GTE.

Анализ ресурса мощного агрегата показал 400 000 км без ремонта, после реабилитации способен отработать еще 200 000 км, при хорошем обслуживании есть вероятность проехать на автомобиле с таким, силовом агрегатом в общей сложности 1 миллион км.

Рекомендуется каждые 10 000 км подвергать мотор техническому обслуживанию с заменой масла и масляного фильтра, но лучше производить замену после пробега 5000—6000 т.к., что значительно продлит жизненный ресурс данного двигателя.

Мотор 3S-GTE находится в числе последних миллионников с чугунным блоком цилиндров и рядной четверкой, который в настоящее время снят с производства концерна TOYOTA, но и на настоящий момент является рентабельным двигателем для очень впечатляемых по катушек.

Занимательный факт, что разработка алюминиевой головы проводилась совместно с конструкторами Yamaha и это привело к определенным результатам.

Двигатели серии S выпускались до 2007 года, но и в настоящее время пользуются особой популярностью у автолюбителей, достаточно только изучить технические возможности мотора, чтобы оценить его преимущества.

Агрегат 3S-GTE, продукт концерна TOYOTA, легко поддается доработкам, для бесперебойной эксплуатации. Просто сделать чип и получить дополнительные лошадиные силы.

Для увеличения мощности следует убрать стандартную турбину, найти турбо кит соответствующий желаемой мощи (самый оптимальная версия — Garrett GT28), исходя из этого, подобрать наиболее подходящие форсунки (от630сс), кованый низ, валы фазы 268, бензиновый насос от супры, выхлопной прямоток на 76 трубе и тогда результат просто паразит Вас. Конечно же многим известно, что турбомоторы живут не долго в отличии от атмосферных, так как надув выжимает из двигателя весь потенциал, после чего он просто, потихоньку начинает погибать.

Всем спасибо за чтение данной статьи. Всего Вам хорошего и до скорых встреч.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector