Основы электротехники-ликбез

Версия 09:16, 6 апреля 2021

силовая электротехника-----автор Книжников ВВ

Основоположник силовой электротехники английский ученый Фарадей придумывший первый рамочный электродвигатель!!! Электротехника это подраздел общей физики электромагнетизма или прикладной электродинамики!

Принцип действия любого электромотора основан всего на двух фундаментальных уравнениях электротехники -----

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 боковая площадь статора----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) х 2пиf 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 повышая 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!!!

Электрический заряд является носителем энергии, которую можно преобразовать в механическую мощность движения тела! 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 тойже силе тока, ограниченной омическими тепловыми потерями на обмотках!

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 обмотки электромотора на полном газу при максимальном КПД электродвигателя Iопт=(Рхх/Rобм)0.5=(IххUакку/Rэд)0.5 это очень красивая формула!!! например----например при омическом сопротивлении обмоток R=0.1ом Iопт=(1а х11в/0.1ом)=10.5а!

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/Rэд)0.5----- сила тока электромотора на максимальном КПД

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% , Ku=300гц/15в=20гц/в=1200 оборотов в минуту  на вольт!