Переделка асинхронного электродвигателя

[andrey9806]

Хочу сделать электропривод для мотор колеса.

Почему переделка?
Основная часть двигателя, а именно магнитопровод статора изготовлять крайне затруднительно.
Мотор - колесо имеет большой диаметр и малую толщину, что не соответствует пропорциям обычных двигателей.

Почему асинхронный?
Коллекторный двигатель не рассматриваю из-за наличия коллектора..
и Из известных машин остаётся двигатель на постоянных магнитах (подробнее не ) или асинхронный
КПД двигателей соотносимые ( пока правда без учета веса)
есть рекуперация и торможение есть (поднять напряжение и снизить частоту)
снижение напряжения снизит потери в стали при незначительной мощности и нет потерь на холостом ходу(переобразователь выключен остаточное намагничивание минимально)как не забавно но эти потери на скорости менее 10 км/ч для веломоторов 300-500вт превышают потери все остальные потери на перемещение(30вт).

предполагаемые параметры:
Мощность: 200-500 вт при частоте 500-600об/мин долго временная с допустимой перегрузкой до 2-3 раз (развитие стартового момента)
о другом пока говорить рано.
Требование: кпд не менее 80% с преобразователем указанной частоте

Идея:

вместо штатной обмотки помещается многополюсная трех- или шести -фазная обмотка (не уверен можно ли заставить работать 2-полюса 6-фазный как 4-полюсный 3-фазный хотя и с бо'льшими потерями) с разделенными катушками( свой источник питания )
Мотор сможет работать как трёх/шести/двенадцати фазный двигатель с изменяемым количеством полюсов.

Отмеченные достоинства и недостатки:
Уменьшения потерь в железе при увеличении стартового момента.

Увеличенные потери в меди при работе с неродным количеством полюсов из-за частичной компенсации магнитного поля при протекании тока в противоположных направлениях в одном и том же окне

система управления... вроде сложнее, но силовых элементов не больше, а шим или коммутация та же stm-ка решит на ура, только драйверов полевиков больно много понадобиться, но все решаемо

в соседней ветке обсуждали двигатель из автогенератора и он тоже состоит из трехфазного многополосного статора

Вопросы к специалистам (уже искал и не нашел):
1.почему кпд асинхронного двигателя малой мощности меньше чем большого причем очень значительно 60-95% ?
2.Очевидно что при уменьшении нагрузки кпд двигателя уменьшиться
как изменится кпд двигателя при изменении напряжения если нагрузка на него заведомо мала ?
3. какова роль зазора между статором и ротором?
4. правильно ли я понял что максимальный момент возникает не от относительного скольжения а от абсолютного (например 5Гц) и
при его обеспечении мотор становиться аналогом транса с кз на выходе
5. Для обеспечения наиболее жесткой нагрузочной кривой надо обеспечить минимальное сопротивление обмотки ротора?
6.какую толщину должен иметь пустотелый ротор?

Какие аспекты я не учёл? и каково ваше мнение о таком типе двигателя.

При изучении любого новой области возникают вопросы. Я не очень хорошо знаком с темой поэтому заранее прошу не пинать за возможно не очень корректные вопросы. Я буду исправляться

ЗЫ: двигатель делается в основном из-за спортивного интереса типа сам и лучше всех и просто попробовать
Экономия денех хоть и возможна но скорее нет

[akegor]

3. какова роль зазора между статором и ротором?

Очень просто: в руку по магниту и исследовать силу взаимодействия от расстояния.

На остальные вопросы ответить гораздо сложнее.
Когда интересовался (нужно было подобрать двигатель) помогла Вики со своей серией статей. Толчок был - BLDC. Основываясь на статьях из Вики смог правильно формулировать поисковые запросы.

[Alex9797]

Я бы начал с конца:

двигатель делается в основном из-за спортивного интереса типа сам и лучше всех и просто попробовать

Вопрос:
1. Двигатель будет делаться в железе, или на бумаге?
2. Если в железе, то какова производственная база? Есть материал для статора и ротора? Есть инструмент и оборудование для изготовления статора и ротора, и намотки обмоток?

Ладно, остальные вопросы будут после ответов на эти.

Ну, и дам свои варианты ответов на первые три вопроса:
2. Если мы говорим об асинхроннике, при конкретной частоте и небольшой нагрузке будет существоветь некоторое напряжение, при котором кпд максимален. Если напряжение уменьшать ниже оптимального, будет уменьшаться крутящий момент, что приведет к увеличению коэффициента проскальзывания, и к уменьшению кпд. Если напряжение увеличивать выше оптимального, то скорость вращения практически не увеличится (она определяется частотой питающего напряжения), но будет увеличиваться потребляемый ток. То есть, потребляемая мощность будет расти, при неизменной мощности в нагрузке - а это уменьшение кпд.

1 и 3. Чем меньше зазор между полюсами ротора и статора, тем выше кпд двигателя. Сразу замечу: зазор - это не единственный фактор, влияющий на кпд. Но довольно важный. Но, так как сейчас речь именно о влиянии зазоров, остальные факторы предлагаю считать равными для рассматриваемых двигателей.

Так вот, если сравнивать эффективность двигателей, имеющих одинаковые габариты, то выше эффективность будет у того, у которого зазор меньше. То есть, в этом случае уместно сравнивать абсолютные значения зазоров.

Но, если габариты двигателей существенно разнятся, то и влиять зазоры будут в разной степени. Тут надо учитывать отношение величины зазора к длине магнитной цепи ротора и статора. То есть, грубо говоря, большой двигатель может позволить себе и соответственно большие зазоры.

В реале уменьшить зазоры до нуля мешают допуски при изготовлении деталей ротора и статора, и люфты в подшипниках. Поэтому величина зазора и у маленьких двигателей, и у больших, отличается несущественно. Как следствие, соотношение длины зазора к длине магнитной цепи у больших двигателей более выгодное, чем у маленьких.

[kreking]

andrey9806
Вопросов много, а экспериментов ещё больше. Дабы не переводить металл в стружку, рекомендовал бы Вам освоить какой-нибудь пакет анализа, например ANSYS, COMSOL Multiphysics. Составите модель и узнаете ответы на все вопросы. В сети найдёте дистрибутивы с витамином, книги и уроки по Вашим вопросам. В начале у Вас разбегутся глаза от количества данных, потом привыкните. Если зададитесь целью, за неделю научитесь создавать корректные модели. Посмотрите на работы, выложенные в интернете. При изучении, найдёте много вопросов, которые всплывут при анализе и не озвученные Вами.

[andrey9806]

Alex9797
Про напряжение и кпд была такая мысль
А то что зазор сильно влияет на кпд нет
это типа увеличивается индукция рассеяния, уменьшается cos fi, увеличивается ток... ?

Оборудования не много:
токарник с приспасобами для фрезирования
ну и всякое бытовое... болгарки,сварки,тп.

мотать точно придется ротор и корпус сделать не сложно используя деталь от заводских а вот статор скорее не смогу сделать и надо будет купить готовое и подогнать
Но если не смогу что-то изготовить, то ведь и заказать можно

на бумаге хорошо а в металле лучше! и практическая сторона не исключена

kreking
Конечно моделирование необходимо, но сначала надо с конструктивом и принципами разобраться а то и модель работать не будет . в ансисе работал даже с магнитными полями.

[kreking]

в ансисе работал даже с магнитными полями

Оказывается не так плохо. Значит эскиз набросать придётся для ясности отвечающим.

[fox327]

Для мотор-колёс, да и вообще для транспорта, двигатель
должен иметь тяговую характеристику. Поэтому и АД должен быть
специальный-тяговый. У обычного АД пусковой момент не большой,
меньше критического. А критический, самое большее 2-2,4 от номинального. Придётся выправлять системой управления.
Жесткая характеристика, в общем-то ни к чему.
А кпд 80% на такой мощности вряд ли получится. Лучше BLDC, у него
нет потерь на возбуждение. Постоянные магниты.

[Сергей_Ковалев]

1.почему кпд асинхронного двигателя малой мощности меньше чем большого причем очень значительно 60-95% ?

Как и у любой электрической машины - из-за потерь холостого хода.

[andrey9806]

по результатам моделирования асинхронного двигателя сделал вывод о том что он не пригоден для моей цели

двигатель получился весом около 8 кг развивал момент до 30Hm
кпд не выше 87 % на 500 об и мощности 200Вт

занимаюсь пока вентильным двигателем собственной конструкции
момент до 35Nm при 200Вт мощности в тепло меди 1кг стали 2,5кг
и корпус грамм 50в
расчетные потери в стали и меди не велики
рассчитываю на частоте 500об при мощности 200 вт иметь кпд до 90%

шас подбираю формы выступов ротора для обеспечения равномерного хода при 2 или 3 фазном питании для управления будет использован энкодер

и очень сложена рекуперация при торможении

от статора асинхронной машины уже отсказался

[Alex9797]

и очень сложена рекуперация при торможении

О рекуперации лучше забыть сразу же. Ее эффективность составляет единицы процентов от затрат. Ну, разве что ездить в горной местности, где есть затжные спуски. А если по городу, то длительность торможения составляет единицы секунд. Причем при скоростях чуть больше черепашьих. Даже если предположить, что при такой скорости аккумулятор заряжается таким же током, какой отдает двигателю при работе - то этого заряда хватит ровно на столько же секунд. Не наелся - не налижешься.