Rozsah otáček hnacího motoru automobilu je často poměrně široký, ale nedávno jsem se dostal do kontaktu s projektem inženýrského vozidla a cítil jsem, že požadavky zákazníka jsou velmi náročné.Není vhodné zde uvádět konkrétní údaje.Obecně řečeno, jmenovitý výkon je několik set kilowattů, jmenovitá rychlost je n(N) a maximální rychlost n(max) konstantního výkonu je asi 3,6krát vyšší než n(N);motor není hodnocen při nejvyšších otáčkách.výkon, o kterém se v tomto článku nemluví.
Obvyklým způsobem je odpovídajícím způsobem zvýšit jmenovité otáčky, aby se rozsah otáček konstantního výkonu zmenšil.Nevýhodou je, že napětí v bodě původní jmenovité rychlosti klesá a proud se zvětšuje;avšak vzhledem k tomu, že proud vozidla je vyšší při nízké rychlosti a vysokém točivém momentu, je obecně přijatelné posunout bod jmenovité rychlosti takto.Může se však stát, že automobilový průmysl je příliš komplikovaný.Zákazník požaduje, aby se proud v celém rozsahu konstantního výkonu v podstatě neměnil, takže musíme zvážit jiné metody.
První věc, která nás napadne, je, že protože výstupní výkon nemůže dosáhnout jmenovitého výkonu po překročení bodu maximální rychlosti n(max) konstantního výkonu, pak jmenovitý výkon přiměřeně snížíme a n(max) se zvýší (zdá se, trochu jako superstar NBA „nemůže porazit, stačí se připojit“, nebo protože jste u zkoušky neuspěli s 58 body a poté nastavili čáru pro absolvování na 50 bodů), jde o zvýšení kapacity motoru pro zlepšení schopnosti překračovat rychlost.Pokud například navrhneme 100kW motor a pak označíme jmenovitý výkon jako 50kW, nezlepší se výrazně rozsah konstantního výkonu?Pokud 100kW dokáže překročit otáčky 2x, není problém při 50kW překročit otáčky alespoň 3x.
Samozřejmě, že tato myšlenka může zůstat pouze ve fázi myšlení.Každý ví, že objem motorů používaných ve vozidlech je značně omezený a není zde téměř žádný prostor pro vysoký výkon a velmi důležitá je také kontrola nákladů.Takže tato metoda stále nemůže vyřešit skutečný problém.
Zamysleme se vážně, co tento inflexní bod znamená.Při n(max) je maximální výkon jmenovitým výkonem, tj. násobkem maximálního točivého momentu k(T)=1,0;pokud je k(T)>1,0 v určitém bodě rychlosti, znamená to, že má schopnost konstantní expanze výkonu.Je tedy pravda, že čím větší je k(T), tím silnější je schopnost expanze rychlosti?Pokud je k(T) v bodě n(N) jmenovitých otáček navrženo dostatečně velké, může být splněn rozsah regulace otáček konstantního výkonu 3,6krát?
Když je napětí určeno, pokud úniková reaktance zůstává nezměněna, maximální točivý moment je nepřímo úměrný rychlosti a maximální točivý moment se snižuje s rostoucí rychlostí;ve skutečnosti se úniková reaktance také mění s rychlostí, o čemž bude řeč později.
Jmenovitý výkon (točivý moment) motoru úzce souvisí s různými faktory, jako je úroveň izolace a podmínky rozptylu tepla.Obecně je maximální točivý moment 2~2,5násobek jmenovitého točivého momentu, tj. k(T)≈2~2,5.S rostoucí kapacitou motoru má k(T) tendenci klesat.Když je konstantní výkon udržován při otáčkách n(N)~n(max), podle T=9550*P/n, je vztah mezi jmenovitým momentem a otáčkami také nepřímo úměrný.Pokud se tedy (všimněte si, že toto je konjunktivní nálada) úniková reaktance nemění s rychlostí, maximální násobek točivého momentu k(T) zůstane nezměněn.
Ve skutečnosti všichni víme, že reaktance se rovná součinu indukčnosti a úhlové rychlosti.Po dokončení motoru je indukčnost (úniková indukčnost) téměř nezměněna;otáčky motoru se zvyšují a svodová reaktance statoru a rotoru se zvyšuje úměrně, takže rychlost, při které klesá maximální točivý moment, je rychlejší než jmenovitý točivý moment.Do n(max), k(T)=1,0.
Tolik toho bylo diskutováno výše, jen abychom vysvětlili, že když je napětí konstantní, proces zvyšování rychlosti je procesem postupného snižování kT.Pokud chcete zvýšit rozsah otáček konstantního výkonu, musíte zvýšit k(T) při jmenovitých otáčkách.Příklad n(max)/n(N)=3,6 v tomto článku neznamená, že k(T)=3,6 je dostatečné při jmenovitých otáčkách.Protože ztráty třením větrem a ztráty železného jádra jsou větší při vysokých rychlostech, je zapotřebí k(T)≥3,7.
Maximální točivý moment je přibližně nepřímo úměrný součtu svodové reaktance statoru a rotoru, tzn
1. Snížení počtu vodičů v sérii pro každou fázi statoru nebo délky železného jádra je významně účinné pro svodovou reaktanci statoru a rotoru a mělo by být upřednostněno;
2. Zvyšte počet statorových štěrbin a snižte specifickou svodovou permeanci statorových štěrbin (konců, harmonické), což je účinné pro svodovou reaktanci statoru, ale zahrnuje mnoho výrobních procesů a může ovlivnit další výkony, proto se doporučuje opatrný;
3. U většiny používaných rotorů klecového typu je zvýšení počtu rotorových štěrbin a snížení měrné netěsnosti rotoru (zejména měrné netěsnostní permeance štěrbin rotoru) efektivní pro únikovou reaktanci rotoru a lze ji plně využít.
Konkrétní výpočetní vzorec naleznete v učebnici „Motor Design“, která zde nebude opakována.
Motory se středním a vysokým výkonem mají obvykle méně otáček a mírné úpravy mají velký vliv na výkon, takže jemné doladění ze strany rotoru je schůdnější.Na druhé straně, aby se snížil vliv zvýšení frekvence na ztrátu jádra, se obvykle používají tenčí plechy z vysoce kvalitní křemíkové oceli.
Podle výše uvedeného schématu návrhu dosáhla vypočtená hodnota technických požadavků zákazníka.
PS: Omlouvám se za oficiální vodoznak účtu zakrývající některá písmena ve vzorci.Naštěstí lze tyto vzorce snadno najít v „Elektrotechnika“ a „Konstrukce motorů“, doufám, že to neovlivní vaše čtení.
Čas odeslání: 13. března 2023