Sw-motors.ru

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

Как правильно выбрать бесщеточный электродвигатель

Как правильно выбрать бесщеточный электродвигатель

При выборе бесщеточного электродвигателя для своих разработок инженеры имеют несколько вариантов. Неправильный выбор может привести к провалу проекта не только на этапе разработки – испытания, но и после выхода на рынок, что крайне не желательно. Для облегчения работы инженеров мы сделаем краткое описание преимуществ и недостатков четырех наиболее популярных видов бесщеточных электрических машин: асинхронный электродвигатель (АД), двигатель с постоянными магнитами (ПМ), синхронные реактивные электродвигатели (СРД), вентильные реактивные электродвигатели (ВРД).

Асинхронные электродвигатели

Асинхронные электрические машины смело можно назвать костяком современной промышленности. Благодаря своей простоте, относительно низкой стоимости, минимальным затратам на обслуживание, а также возможности работать напрямую от промышленных сетей переменного тока, они прочно въелись в современные производственные процессы.

Сегодня существует множество различных преобразователей частоты с самыми различными алгоритмами управления, которые позволяют регулировать скорость и момент асинхронной машины в большом диапазоне с хорошей точностью. Все эти свойства позволили асинхронной машине значительно потеснить с рынка традиционные коллекторные двигатели. Вот почему регулируемые асинхронные электродвигатели (АД) легко встретить в самых различных устройствах и механизмах, таких как тяговый асинхронный электропривод, электроприводы стиральных машин, вентиляторов, компрессоров, воздуходувок, кранов, лифтов и многом другом электрооборудовании.

АД создает вращающий момент за счет взаимодействия тока статора с индуцированным током ротора. Но токи ротора нагревают его, что приводит к нагреванию подшипников и снижению их срока службы. Замена традиционной алюминиевой обмотки на медную не устраняет проблему, а приводит к удорожанию электрической машины и может накладывать ограничения на прямой ее пуск.

Статор асинхронной машины имеет довольно большую постоянную времени, что негативно сказывается на реагировании системы управления при изменении скорости или нагрузки. К сожалению, потери связанные с намагничиванием не зависят от нагрузки машины, что снижает КПД АД при работе с малыми нагрузками. Автоматическое уменьшение потока статора возможно использовать для решения данной проблемы — для этого необходим быстрый отклик системы управления на изменения нагрузки, но как показывает практика, такая коррекция не существенно увеличивает КПД.

На скоростях превышающих номинальную поле статора ослабевает из-за ограниченного напряжения питания. Вращающий момент начинает падать, так как для его поддержания будет требоваться больший ток ротора. Следовательно, управляемые АД ограничиваются диапазоном скорости для поддержания постоянной мощности примерно 2:1.

Механизмы, которые требуют более широкого диапазона регулирования, такие как: станки с ЧПУ, тяговый электропривод, могут снабжаться асинхронными электродвигателями специального исполнения, где для увеличения диапазона регулирования могут уменьшать количество витков обмотки, снижая при этом значения крутящего момента на низких скоростях. Также возможен вариант с использованием более высоких токов статора, что требует установки более дорогих и менее эффективных инверторов.

Немаловажным фактором при работе АД является качество питающего напряжения, ведь максимальный КПД электродвигатель имеет при синусоидальной форме питающего напряжения. В реальности преобразователь частоты обеспечивает импульсное напряжение и ток, похожий на синусоидальный. Проектировщикам стоит иметь ввиду, что КПД системы ПЧ-АД будет меньше, чем сумма КПД преобразователя и двигателя в отдельности. Улучшения качества выходного тока и напряжения повышают увеличением несущей частоты преобразователя, это приводит к снижению потерь в двигателе, но при этом возрастают потери в самом инверторе. Одним из популярных решений, особенно для промышленных мощных электроприводов, является установка фильтров между преобразователем частоты и асинхронной машиной. Однако это приводит к увеличению стоимости, габаритов установки, а также к дополнительным потерям мощности.

Еще одним недостатком асинхронных машин переменного тока является то, что их обмотки распределены на протяжении многих пазов в сердечнике статора. Это приводит к появлению длинных концевых поворотов, которые увеличивают габариты и потери энергии в машине. Эти вопросы исключены в стандартах IE4 или классах IE4. В настоящее время европейский стандарт (IEC60034) специально исключает любые двигатели, требующие электронного управления.

Двигатели с постоянными магнитами

Двигатели с постоянными магнитами (английский PMMS) создают крутящий момент благодаря взаимодействию токов статора с постоянными магнитами внутри или снаружи ротора. Электродвигатели с поверхностным расположением магнитов являются маломощными и используются в IT оборудовании, офисной технике, автомобильном транспорте. Электродвигатели со встроенными магнитами (IPM) распространены в мощных машинах, используемых в промышленности.

Двигатели с постоянными магнитами (ПМ) могут использовать концентрированные (с коротким шагом) обмотки, если пульсации вращающего момента не являются критичными, но распределенные обмотки являются нормой в ПМ.

Поскольку PMMS не имеют механических коммутаторов, то преобразователи играют важную роль в процессе контроля тока обмотки.

В отличии от других видов бесщеточных электродвигателей, PMMS не требуют тока возбуждения, необходимого для поддерживания магнитного потока ротора. Следовательно, они способны обеспечить максимальный крутящий момент на единицу объема и могут быть лучшим выбором, если требования к массо-габаритным показателям выходят на первый план.

К наибольшим недостаткам таких машин можно отнести их очень высокую стоимость. Высокопроизводительные электрические машины с постоянными магнитами используют такие материалы как неодим и диспрозий. Данные материалы относятся к редкоземельным и добываются в геополитически нестабильных странах, что приводит к высоким и нестабильным ценам.

Также постоянные магниты добавляют производительности при работе на низких скоростях, но являются «Ахиллесовой пятой» при работе на высоких. Например, при увеличении скорости машины с постоянными магнитами возрастет и ее ЭДС, постепенно приближаясь к напряжению питания инвертора, при этом снизить поток машины не представляется возможным. Как правило, номинальная скорость является максимальной для ПМ с поверхностно-магнитной конструкцией при номинальном напряжении питания.

На скоростях больше номинальной, для электродвигателей с постоянными магнитами типа IPM, используют подавление активного поля, что достигается путем манипуляций с током статора при помощи преобразователя. Диапазон скорости, в котором двигатель может надежно работать, ограничен примерно 4:1.

Необходимость ослабления поля в зависимости от скорости приводит к потерям независящим от вращающего момента. Это снижает КПД на высоких скоростях, и особенно при малых нагрузках. Этот эффект наиболее актуален при использовании ПМ в качестве тягового автомобильного электропривода, где высокая скорость на автостраде неизбежно влечет за собой необходимость ослабления магнитного поля. Часто разработчики выступают за применение двигателей с постоянными магнитами в качестве тяговых электроприводов электромобилей, однако их эффективность при работе в данной системе довольно сомнительна, особенно после вычислений связанных с реальными циклами вождения. Некоторые производители электромобилей сделали переход от ПМ к асинхронным электродвигателям в качестве тяговых.

Также к существенным недостаткам электродвигателей с постоянными магнитами можно отнести их трудно управляемость в условиях неисправности из-за присущей им противо-ЭДС. Ток будет протекать в обмотках, даже при выключенном преобразователе, пока вращается машина. Это может приводить к перегреву и другим неприятным последствиям. Потеря контроля над ослабленным магнитным полем, например при аварийном отключении источника питания, может привести к неподконтрольной генерации электрической энергии и, как следствие, к опасному возрастанию напряжения.

Рабочие температуры – это еще одна не самая сильная сторона ПМ, кроме машин, изготовленных из самарий-кобальта. Также большие броски тока инвертора могут привести к размагничиванию.

Максимальная скорость PMMS ограничивается механической прочностью крепления магнитов. В случае повреждения ПМ его ремонт, как правило, осуществляется на заводе изготовителе, так как извлечение и безопасная обработка ротора практически невозможна в обычных условиях. И, наконец, утилизация. Да это тоже доставляет немного хлопот после окончания срока службы машины, но наличие редкоземельных материалов в этой машине должно упростить этот процесс в ближайшем будущем.

Читать еще:  Что с двигателем после разноса

Несмотря на перечисленные выше недостатки, электродвигатели с постоянными магнитами являются непревзойденными с точки зрения низкоскоростных мелкогабаритных механизмов и устройств.

Реактивные синхронные двигатели

Синхронные реактивные электродвигатели всегда работают только в паре с преобразователем частоты и используют тот же тип управления потоком статора, что и обычный АД. Роторы данных машин изготавливают из тонколистной электротехнической стали с пробитыми пазами таким образом, что бы они намагничивались с одной стороны меньше, чем с другой. Стремление магнитного поля ротора «соединится» с вращающимся магнитным потоком статора и создает вращающий момент.

Основным плюсом реактивных синхронных электродвигателей являются незначительные потери в роторе. Таким образом, хорошо спроектированная и работающая с правильно подобранным алгоритмом управления синхронная реактивная машина вполне способна соответствовать европейским стандартам премиум класса IE4 и NEMA, не используя при этом постоянных магнитов. Снижения тепловых потерь в роторе повышает крутящий момент и увеличивает плотность мощности, по сравнению с асинхронными машинами. Эти двигатели имеют низкий уровень шума благодаря низкому уровню пульсаций момента и вибраций.

Основным недостатком является низкий коэффициент мощности по сравнению с асинхронной машиной, что приводит к большей потребляемой мощности из сети. Это увеличивает затраты и ставит перед инженером сложную задачу, стоит ли применять реактивную машину или нет для конкретной системы?

Сложность в изготовлении ротора и его хрупкость делает невозможным применение реактивных электродвигателей для высокоскоростных операций.

Синхронные реактивные машины хорошо подходят для широкого спектра промышленных применений, которые не требуют больших перегрузок или высоких скоростей вращения, а также все чаще применяются для частотно-регулируемых насосов из-за повышенной их эффективности.

Вентильные реактивные электродвигатели

Вентильный реактивный двигатель (с английского SRM) создает вращающий момент за счет притягивания магнитных полей зубцов ротора к магнитному полю статора. Вентильные реактивные двигатели (ВРД) имеют относительно небольшое количество полюсов обмотки статора. Ротор имеет зубчатый профиль, что упрощает его конструкцию и улучшает создаваемое магнитное поле, в отличии от реактивных синхронных машин. В отличии от синхронных реактивных двигателей (СРД), ВРД используют импульсное возбуждение постоянного тока, что требует обязательное наличие специального преобразователя для их работы.

Для поддержания магнитного поля в ВРД необходимы токи возбуждения, что уменьшает плотность мощности по сравнению с электрическими машинами с постоянными магнитами (ПМ). Однако они все же имеют габаритные размеры меньшие, чем обычные АД.

Основным преимуществом вентильных реактивных машин является то, что ослабления магнитного поля происходит естественным образом при снижении тока возбуждения. Это свойство дает им большое преимущество в диапазоне регулирования при скоростях выше номинальной (диапазон устойчивой работы может достигать 10:1). Высокая эффективность присутствует у таких машин при работе на высоких скоростях и с малыми нагрузками. Также ВРД способны обеспечить удивительно постоянную эффективность в довольно широком диапазоне регулирования.

Вентильные реактивные машины обладают также довольно хорошей отказоустойчивостью. Без постоянных магнитов эти машины не генерируют неуправляемый ток и момент при неисправностях, а независимость фаз ВРД позволяет им работать с уменьшенной нагрузкой, но с повышенными пульсациями момента при выходе из строя какой-то из фаз. Это свойство может быть полезно, если проектировщики хотят повышенной надежности разрабатываемой системы.

Простая конструкция ВРД делает его прочным и недорогим в изготовлении. При его сборке не используются дорогие материалы, а ротор из нелегированной стали отлично подходит для суровых климатических условий и высоких скоростей вращения.

ВРД имеет коэффициент мощности меньший, чем ПМ или АД, но его преобразователю не нужно создавать выходное напряжение синусоидальной формы для эффективной работы машины, соответственно такие инверторы имеют меньшие частоты коммутации. Как следствие – меньшие потери в инверторе.

Основными недостатками вентильных реактивных машин являются наличие акустических шумов и вибрации. Но с этими недостатками довольно хорошо борются путем более тщательного проектирования механической части машины, улучшения электронного управления, а также механическое объединение двигатель – рабочий орган.

ВРД хорошо подходят для широкого спектра применения и их все чаще используют для обработки сверхпрочных материалов из-за большой перегрузочной способности и большого диапазона регулирования скоростей. Большая перегрузочная способность делает их все более привлекательными для использования в качестве тяговых электроприводов современных электромобилей. Также ВРД получили широкое распространение и в электробытовой технике.

Создан первый высокоинтегрированный синхронный двигатель без редкоземельных материалов

Исследователи, работающие над одним из крупнейших европейских проектов в области электротранспорта, завершили разработку полностью интегрированной трансмиссии электрического транспортного средства, в синхронных моторах которой впервые не используются магниты из редкоземельных металлов

Четыре года назад исследователи из девяти европейских стран и более чем 30 партнерских организаций, университетов и компаний объединились с единственной целью: разработать высокоэффективные и надежные силовые агрегаты для электрических транспортных средств, которые сочетали бы в себе энерго-, ресурсо- и затратоэффективность. Значительная часть проекта общей стоимостью €36 млн., названного «MotorBrain», была посвящена разработке не содержащих редкоземельных металлов, коммерчески жизнеспособных двигателей для гибридных и электрических транспортных средств.

«Редкоземельные металлы позволяют создавать мощные и надежные постоянные магниты. Именно поэтому сегодня они используются практически всеми ведущими производителями гибридных и электрических транспортных средств, – говорит доктор Ив Бюрхар (Yves Burkhardt), инженер-конструктор корпорации Siemens и участник европейского проекта MotorBrain. – Однако их доступность ограничена – приблизительно 90% мировых поставок контролируется Китаем – а их добыча может быть сложной и потенциально опасной, что делает редкоземельные металлы ключевым фактором стоимости электродвигателей».

Возглавляемая Siemens подгруппа разработчиков сразу же отбросила варианты с асинхронными двигателями из-за присущих им конструктивных ограничений и приступила к поиску альтернативы редкоземельным постоянным магнитам в синхронных электродвигателях.

«Полученные нами результаты показали, что магниты на основе ферритов, хоть и уступают редкоземельным магнитам, но, тем не менее, позволяют добиться такой же или даже лучшей плотности мощности, как и в асинхронных двигателях, однако при всех преимуществах, которые дают нам синхронные моторы», – сказал доктор Бюрхар.

Например, более простые однопазовые обмотки, которые могут использоваться в синхронных двигателях, требуют меньше проводов, а процесс их производства проще поддается автоматизации, поскольку каждый паз может быть заполнен одинаковым образом, а окончательная сборка произведена позже. Однако при производстве асинхронных двигателей стальное кольцо статора должно изготавливаться как одно целое со сложными обмотками, распределенными вокруг нескольких зубьев сердечника.

«Мы можем использовать меньше компонентов и сделать производственный процесс более простым и быстрым. Для конечного пользователя это означает, что моторы станут легче, дешевле и эффективнее», – сказал он.

Проект MotorBrain затрагивает не только двигатели. Группа разработчиков, стремясь уменьшить стоимость и количество компонентов, а также упростить и ускорить производственный процесс, предложила новаторский интегральный подход к изготовлению всей трансмиссии.

«В силовых агрегатах электрических транспортных средств предыдущих поколений механика и силовая электроника были разделены, но нам удалось интегрировать в одном корпусе электродвигатель, коробку передач и системы управления, – продолжал доктор Бюрхар. – Без разъемов и кабелей, и с меньшим количеством внешних интерфейсов, нуждающихся в герметизации, мы создали общую систему, занимающую меньше места, требующую меньшего числа компонентов, более дешевую и более надежную».

Читать еще:  Гильзация двигателя что это

Интегрированные системы силовых агрегатов также позволили разработчикам использовать более сложное программное обеспечение с усовершенствованными алгоритмами управления.

«Проект MotorBrain позволил совершить значительный шаг вперед в области разработки и производства силовых агрегатов для гибридных и электрических транспортных средств, – говорит он. – Я считаю, что коммерческое использование аналогичных систем электрических трансмиссий мы сможем увидеть в ближайшие несколько лет».

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Управление синхронным двигателем с постоянными магнитами преобразователем частоты Danfoss

Синхронные двигатели с постоянными магнитами или магнитоэлектрические машины не имеют обмоток возбуждения на роторе. Вращение осуществляется за счет взаимодействия магнитных полей обмоток статора и постоянных магнитов, размещенных на роторе электрической машины.

Синхронные машины с постоянными магнитами совмещают простоту конструкции двигателей переменного тока и возможности управления ДПТ. Они обладают следующими преимуществами:

  • Высокий к.п.д. во всем диапазоне частот вращения ротора, в том числе, и на пониженных скоростях.
  • Простота конструкции и отсутствие потерь на возбуждение.
  • Невысокая инерция при значительном моменте.
  • Небольшие габариты. Например, асинхронная машина аналогичной мощности и класса энергоэффективности в 2 раза больше синхронного двигателя.
  • Поддержание момента на валу, независимо от скорости вращения ротора.

Синхронные двигатели с постоянными магнитами выпускают малой и средней мощности. Их широко применяют в системах автоматики, оборудовании с высокими требованиями к стабильности частоты вращения.

К недостаткам синхронных машин относятся необходимость применения дополнительного оборудования для пуска и входа в синхронный режим, возможность размагничивания ротора при высоких температурах, необходимость установки датчиков обратной связи. Появление частотных преобразователей и современных материалов для магнитов позволило решить эти проблемы.

Конструкция электрических машин синхронного типа с постоянными магнитами

СДПМ состоит из подвижной (ротора) и неподвижной (статора) части. Исполнение ротора различается:

  • По установке магнитов. Они могут размещаться на поверхности (SPMSM ) и внутри (IPMSM) вращающегося узла. Роторы со встроенными магнитами применяются в двигателях, работающих при значительной нагрузке на валу и высоких скоростях. Стоимость таких роторов существенно выше.
  • По конструкции (явнополюсные и неявнополюсные роторы). Последние имеют равную индуктивность по осям горизонтальной плоскости. Роторы с явновыраженными полюсами имеют разное отношение индуктивности.

Постоянные магниты изготавливают из ферритов, сплавов редкоземельных металлов и других материалов с высокой коэрцитивной силой.

Статор синхронных электрических машин состоит из сердечника, набранного из листов электротехнической стали, и двух- или трехфазной обмотки. Различают статоры с распределенной и сосредоточенной обмоткой. Первая имеет различное положения витков в магнитном поле. Витки в сосредоточенных обмотках имеют одинаковое положение.

Сосредоточенная обмотка:

Распределенная обмотка:

Принцип работы синхронного двигателя

Принцип работы синхронных машин основан на законе Ампера. Вращающий момент появляется при взаимодействии поля ротора, образуемого постоянными магнитами, и магнитного поля обмоток статора. Синхронный двигатель не может запуститься при прямом включении в сеть. Для этого применяют:

  • Запуск при помощи дополнительного двигателя. Для этого вал СДПМ соединяют с валом другой электрической машины. Такой способ дорог и практически не применяется.
  • Пуск в асинхронном режиме. Роторы таких электродвигателей имеют короткозамкнутую обмотку типа “ беличья клетка”. При этом пуск происходит в асинхронном режиме. После входа в синхронизм, стержневая обмотка ротора отключается.
  • Запуск при помощи частотного преобразователя. При этом ПЧ включается в цепь обмотки статора и подает на них напряжение плавно увеличивающейся частоты.

Управление синхронным двигателем с постоянными магнитами

Управление синхронными машинами осуществляется при помощи частотных преобразователей и сервоконтроллеров. Существует насколько принципов управления СДПМ. Выбор схемы осуществляется исходя из требований к электроприводу и экономической целесообразности. Наиболее распространенные схемы реализации управления синхронным электроприводом:

Скалярное

Такая схема отличатся простотой и дешевизной. При низких скоростях вращения и переменной нагрузке на валу, такой метод не подходит. При превышении нагрузки предельного момента силы на валу, электрическая машина выходит из синхронного режима и становится неуправляемой.

Векторное

Векторное управление синхронным двигателем с постоянными магнитами реализуется 3 способами:

  • Полеориентированное управление с датчиком положения. Первая схема позволяет осуществлять плавное регулирование частоты вращения и момента на валу, а также задавать точное положение ротора. В качестве датчиков применяются оптические, магнитные и магниторезистивные устройства, синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы, индуктивные энкодеры и другие устройства. Такие схемы требуют наличия контроллеров и точной настройки. Их стоимость достаточно высока. Применять схемы векторного управления имеет смысл только в претенциозных электроприводах высокоточных станков, дозаторов и т.д.
  • Полеориентированное управление синхронными машинами без датчика обратной связи. Принцип определения угла поворота ротора при таком методе основан на генерации электродвигателем противо ЭДС при вращении. Вычисление ее величины позволяет определить положение ротора в стационарной системе координат. Управление без датчика не подходит при невысоких скоростях вращения, так как величина обратной ЭДС слишком мала и не превышает уровень обычных электромагнитных шумов. Кроме того, при неподвижном роторе противо ЭДС не генерируется вовсе. Схема без датчика позволяет изменять характеристики электропривода СДПМ с явнополюсным ротором. При использовании синхронных машин другого типа диапазон регулировки сильно снижается. Для этой схемы необходим процессорный управляющий блок.
  • Прямое управление моментом. Такая схема обеспечивает хорошие динамические характеристики электропривода и широкий диапазон регулировки. Ограничивают ее применение значительная погрешность определения положения ротора и высокие пульсации тока статора и момента на валу. Кроме того, прямое управление создает высокую вычислительную нагрузку, для таких схем требуется мощное процессорное устройство.

Трапециидальное управление

Такая схема применяется для вентильных двигателей. Конструкция таких машин ничем не отличаются от СДПМ. Главная их особенность – принцип питания. На обмотки статора ВД подается трапециевидное напряжение. Переключение по фазам осуществляется в зависимости от угла поворота ротора.

Схемы управления ВД также бывают с датчиком и без них. В качестве устройства, обеспечивающего обратную связь, обычно используются датчики Холла. Чем больше их количество, тем точнее определяется угол поворота. Например, 3 датчика Холла позволяют определить положение ротора с точностью ±300. Бездатчиковые системы управления определяют положения по заранее известным функциям. Такие схемы применяются для решения несложных задач.

Основные направления развития контроллеров и преобразователей частоты Danfoss для СДПМ

Синхронные электродвигатели с постоянными магнитами превосходят машины постоянного тока по возможности и точности управления. Они позволяют реализовать множество схем и алгоритмов. Ведущие производители электротехники для приводов, в том числе, компания Danfoss разработали несколько линеек контроллеров и преобразователей частоты для электродвигателей такого типа. Ведутся дальнейшие разработки в следующих направлениях:

  • Повышения точности отработки управляющего сигнала. Возможности изменять подсинхронные скорости вращения, определять границы динамических режимов, осуществлять регулирование во всем допустимом диапазоне.
  • Снижения энергопотребления. Разрабатываются алгоритмы, оптимизирующие потребляемую СДПМ мощность путем подачи размагничивающих токов.
  • Увеличения стабильности момента на малых оборотах путем устранения пульсаций.
  • Упрощения алгоритмов управления, что позволит применять более дешевые контроллеры и ПЧ.
  • Уменьшения количество датчиков. Безэнкодерный электропривод более надежен, однако, более чувствителен к разбросу характеристик.
  • Уменьшения чувствительности привода к помехам. При усилении противо ЭДС на низких оборотах в полеориентированных схемах управления без датчика обратной связи, возрастает чувствительность к помехам.
  • Создания контроллеров для использования СДПМ в качестве серводвигателей в сложных динамических системах с высокими требованиями к точности отработки команд.

Компания Danfoss может предложить технические решения управления синхронными двигателями с постоянными магнитами, отвечающими современным требованиям к электроприводу.

Давняя задумка — кольцевой трансформатор на сердечнике от асинхронного электродвигателя.

Когда-то очень давно, в начале 90-х я служил в Литве в г. Каунас на ведущем авиаремонтном заводе ВВС по вертолетам Ми-8. Сказать, что этот завод был большим, значит ничего не сказать. Одно то, что завод выпускал по 22 откапиталенных вертолета в месяц говорит о многом. Но речь не о том. Стал я там начальником смешанного цеха по ремонту вооружения, слесарно-механической обработки, гальваники и пр. и т.д. и т.п.
Чем отличались люди, работающие на авиаремонтных заводах, а это был мой второй завод (я начинал службу в Омске на таком же заводе, только значительно меньшем). Люди отличались высокой степенью «рукастости», то есть самодельщики, да еще вооруженные авиационными знаниями и технологиями.
Как известно, в те годы самодельщикам было очень тяжело, в магазинах практически ничего не было. Высоким статусом обладал гаражный «кулибин», владевший сварочным аппаратом. Вот и у меня давно зрело решение построить свой сварочник. Да еще такой, чтобы работал от простой гаражной розетки.
Перелопатив горы журналов и литературы по самодеятельности, я несколько раз встречал самодельные аппараты построенные на основе ЛАТРов.
ЛАТР — лабораторный автотрансформатор, однообмоточный, позволяющий регулировать напряжение от 0 до несколько большего, чем в сети напряжения, как правило, до 250 Вольт. Но главное полезное свойство для сварочного аппарата у ЛАТРа было то, что изготавливались они на тороидальном или, по-русски, кольцевом сердечнике, не имевшем зазоров и поэтому обладавшим практически 100% КПД, вследствие отсутствия потерь в магнитном зазоре. Мощность ЛАТРов выбиралась 10 А, т.е 2 кВт, что при 40-50 Вольтах на выходе, обеспечивало сварочный ток 40-50 Ампер. Это конечно было хорошо, но хотелось большего.
Теперь, немного теории, я думаю, полезной и для современных кулибиных.
Как известно, мощность трансформатора определяется, в основном, площадью сечения магнитопровода — сердечника, на который установлены, намотаны обмотки. Второй фактор — сечение обмоточных проводов, оно определяется по токам и ограничиваются еще и возможностью уместить обмотки в окна сердечника.
Итак, имеем сердечник, ранее работавший (новый врятли доступен) в трансформаторе известной мощности. Для расчета, радиолюбители-электронщики применяют упрощенные формулы.
Измеряем площадь сечения сердечника. Для Ш-образных пластин, из которых набран сердечник — площадь среднего штыря, куда будет намотана обмотка. Площадь вычисляется в квадратных сантиметрах
Измеряем ширину пластины, умнощаем на толщину набора пластин и вычисляем:
50/S, где 50 — коэффициент для трансформаторов длительной или непрерывной работы, можно применить 40 — для трансформаторов, выключаемых после работы. В результате этих вычислений получаем количество витков на 1 Вольт
Для намоточных проводов применяют правило — 1 квадратный мм сечения на 10 Ампер, ВНИМАНИЕ не путать площадь сечения с диаметром! Вспоминаем школу и вычисляем площадь круга.
И вот, возвращаясь к кольцевым сердечникам, попросил меня мастер слесарно-механического участка помочь ему сделать сварочник.
Не помню уже где, но вычитал идею использовать в качестве кольцевого сердечника статор от асинхронного электродвигателя. Нашел мастер на свалке старый 4 кВт двигатель (тогда еще всё валялось), разобрали мы его, выковыряли обмотки, выбили сердечник. На токарном станке срезали пазы для обмоток внутри сердечника, и я занялся расчетом. Намотали авиационными несгораемыми проводами (ПТЛ-200) вторичку сделали на 50 Вольт. Результат превзошел ожидания! Сварочник варил даже электродом пятеркой. И всё из розетки.
Впоследствии к нему добавили выпрямитель и и регулятор тока, мастер ходил как петух довольный.
Вот сейчас, заимев гараж, захотелось мне в его оснащение добавить этот чудо-трансформатор. О его возможном применении напишу ниже.
На свалке завода «приватизировал» статор от могучего электродвигателя. Весу в нем было, килограмм 60-70, но своё же не тянет, пыхтя, кряхтя и попёрдывая, завалил я его в багажник своей Волги.
Фото его еле нашел

Разбив кувалдой ребристую чугуняку корлуса, я из него добыл сердечник статора. Медь обмоток выковыряли еще до меня.
Сын на работе вырезал на токарном станке пазы и приварил к сжимающим кольцам ножки и ручку для переноски этого тяжеловеса.

Обмерил сердечник, получилось 15 см — толщина набора, 2,5 см — ширина кольца. Площадь сечения — 37,5 кв. см.
Далее, обмотал сердечник стеклотканевой лентой, чтобы предохранить изоляцию проводов.

Далее, рассчитал число витков первичной обмотки. 220 х 50/37,5 = 293 Витка.
Далее — провод. На 20 Ампер (4 кВт из розетки) решил мотать сложенным вдвое проводом БПВЛ-0,7
Несколько запутанную бухту 440 метров перемотали сложив начало и конец.

Для намотки из ДВП я вырезал челнок.

Далее, пошло самое интересное и муторное — намотка. 293 витка — это и много и немного, по сравнению с маломощными трансформаторами.

В результате получилась обмотка в два слоя. Для контроля работы, тем же проводом намотал 2 витка, замерял напряжение — 2,4 Вольта. Всё правильно! В качестве баловства замыкаю концы, они начинают весело светиться.

На этом позавчера закончили. Вчера вечером занимались с Жекой Ascender с его БК Мультитроникс, а сегодня я опять продолжил эксперименты с уже наполовину намотанным трансформатором.
Тут надо прояснить для чего он нужен. Задумывался он как трансформатор для точечной сварки и споттера.
А тут еще назрела переборка передней подвески, решил попробовать его для разогрева прикипевших болтов и гаек.
Накрутил вторичку счетверенным проводом 5 мм диаметром. Концы временно, для экспериментов стянул на болты с большими шайбами.

Она выдала 1,2 Вольта.

Далее — пробы. Беру шпильку М12 с накрученной гайкой. Прижимаю один коней обмотки к свободному концу шпильки, второй — к гайке. Трансформатор глухо зарычал, свет при этом не потух. Секунд 5-10 я держал шпильку под током, потом мне стало горячо, держал-то голыми руками, разогрелись болты, стягивающие провода. И вот, что интересно, испытуемая шпилька была просто теплой, зато гайка почти дымилась. Это можно объяснить худшим сопротивлением в резьбе, по сравнению со сплошным телом шпильки. Основная энергия выделилась на сопротивлении — т.е. резьбе. Это очень хорошо, в закисших соединениях важно разогреть ржавчину в резьбе.

В дальнейшем будем пробовать на объекте, изменяя напряжение и ток.
Еще одно применение данного трансформатора — разделитель. Поскольку первичная обмотка намотана двойным проводом, то, расцепив их, получаем две идентичные обмотки. Это позволит «отвязаться» от «земли» в обычной розетке и пользоваться 220 Вольт в сырых местах, не боясь электротравмы. Ударит только, если тупо взяться за оба провода. Если держаться за один, можно стоять босиком в луже и ничего не произойдет.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector