Теория электротехники-ликбез

силовая электротехника

Основоположник силовой электротехники английский ученый Фарадей придумывший первый рамочный электродвигатель!!! В теории лежат фундаментальные закон физика Ампера и закон самоиндукции или электродвижущей силы! Электрический заряд является носителем энергии, которую можно преобразовать в механическую мощность движения тела!

1) закон Ампера описывает момент силы М(Нм) как произведение плотности магнитного потока или индукция B(Тесла=вб/м2) , на длину проводника фазы L(м), на диаметр статора d(м), на силу тока I(А) !!! M=(BLd) x I=Ki x I

На практике, чем сильней магнит---больше длина статора (боковая площадь) ----больше витков на зубе----больше диаметр железного статора----сильнее ток, тем выше момент силы вращения!

2) закон самоиндукции Фарадея---- это эдс наведенная как произведение полного магнитного потока Ф(Вольт с)=BS=BLd на круговую частоту изменения w=2пиf (считай кол-во переключений фаз в секунду) !эдс= Uинд=dФ/dt=Фw=(BLd) x 6.28fвращ При торможении ротора нагрузочным моментом,чем больше ток, тем меньше частота переключений фаз при которой наведенная эдс запирает напряжение питания -----разница или дельта между питанием и эдс деленная на активное электросопротивления обмоток и есть потребляемая сила тока мотором!

Pмех=Mw=(BLd I) x (Uинд/Ф)=IUинд-----мощность электромотора прямо пропорциональна напряжению питания и силе потребляемого тока,

то есть в теории любой электромотор можно форсировать по напряжению бесконечно много не превышая максимальный ток ограниченный тепловой мощностью омических потерь сопротивления обмоток Pтеп=RI2 не более 1вт на 1г массы мотора при интенсивном охлаждении,тогда Iмах=(Pтеп/R)0.5,но на практике повышшая удельную мощность мотора с 3-4 вт/г до 6-8 вт/г можно увеличить напряжение питания от номинала всего 1.5-2раза из-за возможности пробоя лаковой изоляции проводов обмоток соседних фаз!!!

Все преобразования энергии возможны лишь через гармоническое уравнение Фурье или возвратно-поступательную функцию вращения----то есть любая трансформация электроэнергии требует наличие переменного тока желательно формы синусоиды! За это отвечают генераторы переменного напряжения -----постоянной частоты для трансформаторов и асинхронных электродвигателей и переменной частоты для синхронных силовых приводов -----например модельные эд! Основоположник передачи электроэнергии на большие расстояния по принципу переменного напряжения сербский ученый Тесла! Чем выше частота переключений в фазах эд или частота питающего переменного напряжения, тем выше удельная мощность электро-потребителя по закону насыщения линий гистерезиса магнитного потока в железе статора трансформатора или эд! Для питания синхронных эд через БУМ типа регулятора хода справедливо закономерность--- чем выше напряжение, тем выше частота вращения и больше мощность, которую можно снять с эму при постоянной силе тока, ограниченной тепловыми потерями !

Для оптимизация полной электроцепи типа ---аккумулятор---регулятор хода----электромотор применима эмпирическая зависимость -----корень квадратный из потребляемой мощности на полном газу и есть напряжения акку в вольтах и ток в амперах!!! например для ВМГ электросамолёта Рпотр=340вт ,тогда корень получается по напряжению 18,3В и ток 18,3А!!!то есть достаточно липо акку на 5 банок и регулятор хода на 20А, провода сечением 2мм2 и разъём силовой на диаметр в 2 мм типа бананов

На практике оптимальная сила тока протекающая через электромотор на полном газу при максимальном КПД электромотора Iоптим=(0.1Uакку)/R ---это соотношение падения напряжения на обмотках к омическому сопротивлению бк эд например-----при омическом сопротивлении обмоток R=0.1ом

   Iоптим=0.1 х 11в/0.1ом=11а!

оптимальная мощность потребления для электромотора Pопт=0.1Uакку2/ Rэм

Математика следующая----

1) Ртеп =Copper Loss = I² × Rm----тепловые омические потери в обмотках эд в ваттах

2) Рпер =Iron Loss = U × Iхх---- электромагнитные потери на перемагничевание железа статора в вт

3) Рпот =Motor Losses = Copper loss + Iron Loss----общая мощность потерь в вт

4) Рпотреб =Power In = U × I----входная потребляемая электрическая мощность в вт

5) Рмех =Power Out = Power In − All Losses----механическая мощность на валу или полезная мощность эд

6) КПДэд =Efficiency = Power Out / Power In---- Коэффициент Полезного Действия эд или эффективность

7) Ki = 1/Ku (SI units: with RPM in rad/sec)----электромеханическая постоянная эд нм/а по моменту

8) Мвал=Torque = Ki × I----момент силы на валу в ньютон на метр

9) Ku/2пи=fхх/Uакку=Кхх----электромеханическая характеристика эд гц/в по частоте вращения

10) Iопт=(Iхх х Iкз )0.5=(Iхх x Uакку/R)0.5----- сила тока электромотора на максимальном КПД, обычно при удельной мощности потребления 1-1.5 вт/г

11) Iст= Fст h Кхх/КПДвинта ---сила тока вмг на стенде при полном газе

Pмех(Вт)=2пи M(Нм) f(Гц)=Рпот-Ртеп-Рпер=Uакку(В) Iэд(А)-Iэд(А)2 Rобм(Ом)-Uакку(В) Iхх(А)

например для бк эд массой 100 г Рмех=15в х 30а -30а х 30а х 0.05ом -15в х 2а= 450вт-45вт-30вт= 375 вт!

и КПДэд= 375вт / 450вт = 0.83 = 83% , Kхх=300гц/15в=20гц/в=1200 оборотов в минуту  на вольт!