alexxlab дифавтоматы EKF на 6 кА — Продукция — Статьи — компания EKF
С ростом электропотребления и развитием электротехники, защитных устройств для бытовых электросетей становится все больше: появляются технологичные новинки, привычные приборы совершенствуются и приобретают новые функции.
Примером является «дифавтомат» (он же – АВДТ, автоматический выключатель дифференциального тока) – сложный прибор с функционалом нескольких защитных устройств (автоматического выключателя и УЗО). Он одновременно защищает от ударов током и от пожаров, возникающих из-за перегрузок, коротких замыканий или токов утечки.
Востребованная новинка
Одна из ключевых характеристик АВДТ – предельная коммутационная способность (ПКС). Это максимально возможный ток короткого замыкания (КЗ), при котором прибор сможет отключить защищаемую цепь и при этом остаться работоспособным.
Наиболее распространенным является значение ПКС в 4,5 кА, однако заметно растет спрос на приборы с более высокими показателями, в частности, на дифавтоматы, способные выдержать 6 кА.
Это связано с распространением проектов густозаселенных жилых комплексов с высокой плотностью застройки, где распределительные подстанции устанавливают в подвале дома, чтобы сэкономить занимаемую оборудованием площадь и освободить дворовое пространство. В таком ЖК расстояние от подстанции до первой квартиры может составлять десятки метров, а не сотни, как в более старых проектах. Сокращение протяженности линий электропередачи приводит к росту расчетных токов КЗ в электросетях и, соответственно, к востребованности модульного оборудования, рассчитанного на большие токи КЗ.
«Мы постоянно следим за пожеланиями клиентов по расширению нашего ассортимента. Анализ показал, что более 60% нашей аудитории, состоящей из электриков, сборщиков, строителей, проектировщиков, были заинтересованы в появлении дифавтоматов с ПКС в 6 кА в линейках АД-2 и АД-4 от EKF, – рассказывает директор по стратегическому развитию EKF Дмитрий Кучеров. – И сейчас мы вводим эти новинки в линейку модульной автоматики нашего производства.
Новые устройства обладают всеми привычными нашим партнерам преимуществами и в то же время имеют более высокую номинальную отключающую способность, благодаря чему их можно использовать в современных строительных проектах».
Бытовые ситуации
Рассмотрим ситуацию, когда происходит повреждение изоляции кабеля в незаземленной электроплите. Если неисправный кабель прикасается к корпусу плиты, то она вполне может продолжить работу. А вот человек попадет под напряжение, если, не подозревая о поломке, прикоснется к ее металлическим частям. В то же время ток, проходящий по поврежденному проводу, будет вызывать локальный разогрев на корпусе, из-за которого могут воспламениться находящиеся рядом материалы. В обоих случаях дифавтомат отключит сеть до того, как ток достигнет опасного значения: и при прикосновении человека к проблемному оборудованию, и при большой утечке тока, которая может вызвать возгорание.
Дифференциальные автоматы от EKF к тому же оснащаются встроенным блоком защиты от перенапряжения.
Благодаря этому они дополнительно оберегают домашнюю технику от поломок, которые могут быть вызваны скачками напряжения, обрывом нулевого провода, последствиями ударов молнии. Применение одного комбинированного прибора вместо нескольких разных дает возможность сэкономить деньги, время на монтаж и место в электрощите.
Дифавтоматы также отличаются по номиналу дифференциального тока утечки. Для защиты от ударов током во влажных помещениях (ванной, бане, подвале) необходимо использовать приборы, рассчитанные на ток утечки в 10 мА, а для домашней цепи (розеточных групп на кухне или в спальне) – устройства на 30 мА. От пожаров из-за больших утечек, вызываемых неисправной техникой и электропроводкой, обезопасят дифавтоматы на 100 мА и 300 мА.
Посмотреть в каталоге
Посмотреть в IMS2
Монтаж Диф автоматов (дифференциальный автомат) в квартире, доме, на предприятии
Услуги электрика по установке диф автоматов (дифференциальный автомат)
Появление огромного количества посудомоечных, стиральных машин, бойлеров, гидромассажных ванн в квартирах, технологического оборудования на предприятиях работающего с водой, потребовали более ответственного отношения к безопасности.
Вода является проводником электричества, попадая на контакты электроприборов, поврежденную изоляцию проложенных кабелей представляет серьезную угрозу здоровью и жизни человека. Монтаж диф автоматов (дифференциальный автомат) , наравне с УЗО (устройство защитного отключения) в монтажной схеме многократно уменьшают риск поражения электрическим током. Смонтированные в распределительных щитах или специальных боксах приборы защищают групповые линии работающие во влажных помещениях от несанкционированных утечек тока, дифференциальные автоматы так же от перегрузок и короткого замыкания. В компании ООО Ск «Элит-Сервис» Вы можете срочно вызвать электрика для монтажа щита и системы защиты и автоматики. . В кратчайшие сроки, удобное время специалист выедет на объект и окажет услуги в области электромонтажа, установит диф автоматы (дифференциальные автоматы) , смонтирует автоматические выключатели, УЗО (устройство защитного отключения) с соблюдением СНиПов (строительные нормы и правила) и ПУЭ (правила устройства электроустановок).
Для чего устанавливать диф автоматов (дифференциальный автомат
Почему монтаж диф автомата (дифференциальный автомат) для защиты от утечки тока в электрических сетях предпочтительней. УЗО не срабатывает при перегрузках в рабочей цепи, не защищает от сверх токов, короткого замыкания, дифференциальный автомат совмещает все эти функции. Обычный блок утечки в схеме должен обязательно монтироваться последовательно с автоматическим выключателем, что занимает дополнительное место в щите, ведет к удорожанию электромонтажных работ, усложнению дальнейшей эксплуатации. Диф автомат одинаково хорошо срабатывает на перегрузку и утечку тока. Напомним, при напряжении 220 вольт смертельным для человека является ток всего в 50-100 миллиампер, срабатывание устройства происходит при 10-30 миллиамперах утечки. В большинстве случаев поражение электрическим током происходит в нештатных ситуациях, повреждение изоляции проложенного кабеля, пробой на корпус и неисправность электроприборов, попадание воды в розетки, распределительные коробки.
Установленный в распределительном щите диф автомат (дифференциальный автомат) защитит Вас от утечки тока, а проложенные кабели от перегрузки. Согласно ПУЭ (правила устройства электроустановок) УЗО или ДИФ обязательно должен устанавливаться на группы питающие влажные помещения, в сухие помещениях установка обязательной не является, однако подумайте, выбор
Принцип действия ДИФа
В диф автомате как в обычном автоматическом выключателе есть два расцепителя. Тепловой, срабатывающий от перегрузки защищаемой группы и электромагнитный, отключающий линию при коротком замыкании. Аналогично УЗО в приборе используются дифференциальный трансформатор в качестве датчика, срабатывающего при утечке тока. Принцип его работы основан на изменение дифференциального тока в проводниках, по которым электроэнергия подается на электроустановку, для которой организована защита. Без специального образования разобраться в хитросплетении терминов непросто. Упрощенная схема работы приведена на рисунке.
Монтируем диф автомат (дифференциальный автомат) в электроцепь для защиты «Нагрузки». По линии обозначенной синим цветом ток протекает в нормальном режиме работы электрооборудования. Происходит нештатная ситуация, перегрузка — срабатывает тепловое. Короткое замыкание — приходит на помощь электромагнитный расцепитель. Самое опасное для человека утечка тока, возникающая от пробоя изоляции, попадания воды, касания оголенного провода. Красной стрелкой на рисунке показана утечка, установленный диф автомат (дифференциальный автомат) мгновенно отключит напряжение. Время срабатывания качественного ДИФа всего 25-30 м/секунд, ток утечки 10-30 миллиампер. Напомним, для жизни человека опасными являются 50-100 миллиампер.
Технические характеристика наиболее популярных устанавливаемых в Санкт-Петербурге Диф автоматов
Дифференциальный автомат ABB
ABB, один из крупнейших мировых производителей электротехнического оборудования. Шведский концерн имеет производство и представительства во многих странах мира.
Качество продукции очень высокое, цена вполне доступная. Компания ООО Ск «Элит-Сервис» выполняет монтаж и установку Диф автоматов (дифференциальный автомат), других комплектующих фирмы более десяти лет. За все время монтажа электропроводки нам не разу не попадалось некачественное оборудование.
|
Параметр |
Значение |
|
Номинальное напряжение Un, B |
220, 380 |
|
Рабочая частота fn, Гц |
|
|
Номинальный ток нагрузки In, A |
16 |
|
Номинальный отключающий дифференциальный ток IDn, мА |
30 |
|
Максимальный условный ток короткого замыкания А Inc |
6000 |
|
Время отключения при номинальном дифференциальном токе Тn, не более, мс |
25 |
|
Максимальное сечение подключаемых проводов, мм2 |
25 |
|
Количество циклов электрических |
6000 |
|
Количество циклов механических |
10000 |
Дифференциальный автомат Legrand
Международный концерн Legrand является крупнейшим производителем электроустановочных изделий.
Наша компания достаточно давно работает с комплектующими французского изготовителя. Установка Диф автоматов (дифференциальный автомат), наравне с монтажом другого электротехнического оборудования фирмы Legrand, является приоритетом обеспечения безопасности при проведении электромонтажных работ. Хорошее соотношение цена – качество.|
Параметр |
Значение |
|
Номинальное напряжение Un, B |
220, 380 |
|
Рабочая частота fn, Гц |
50 |
|
Номинальный ток нагрузки In, A |
16 |
|
Номинальный отключающий дифференциальный ток IDn, мА |
30 |
|
Максимальный условный ток короткого замыкания А Inc |
6000 |
|
Время отключения при номинальном дифференциальном токе Тn, не более, мс |
25 |
|
Максимальное сечение подключаемых проводов, мм2 |
25 |
|
Количество циклов электрических |
4000 |
|
Количество циклов механических |
10000 |
Дифференциальный автомат Schneider electric
Всемирно известный производитель Schneider electric , выпускающий широкий ассортимент электрооборудования относительно недавно появился на рынке Санкт-Петербурга.
|
Параметр |
Значение |
|
Номинальное напряжение Un, B |
220, 380 |
|
Рабочая частота fn, Гц |
50 |
|
Номинальный ток нагрузки In, A |
16 |
|
Номинальный отключающий дифференциальный ток IDn, мА |
30 |
|
Максимальный условный ток короткого замыкания А Inc |
6000 |
|
Время отключения при номинальном дифференциальном токе Тn, не более, мс |
30 |
|
Максимальное сечение подключаемых проводов, мм2 |
25 |
|
Количество циклов электрических |
4500 |
|
Количество циклов механических |
10000 |
Дифференциальный автомат IEK
Компаний IEK – крупнейший российский производитель электротехнической продукции.
|
Параметр |
Значение |
|
Номинальное напряжение Un, B |
220, 380 |
|
Рабочая частота fn, Гц |
50 |
|
Номинальный ток нагрузки In, A |
16 |
|
Номинальный отключающий дифференциальный ток IDn, мА |
30 |
|
Максимальный условный ток короткого замыкания А Inc |
6000 |
|
Время отключения при номинальном дифференциальном токе Тn, не более, мс |
30 |
|
Максимальное сечение подключаемых проводов, мм2 |
25 |
|
Количество циклов электрических |
4500 |
|
Количество циклов механических |
10000 |
Дифференциальный автомат DEK
Компания DEKraft является очень молодым российский производителем электротехнической продукции.
|
Параметр |
Значение |
|
Номинальное напряжение Un, B |
220, 380 |
|
Рабочая частота fn, Гц |
50 |
|
Номинальный ток нагрузки In, A |
16 |
Номинальный отключающий дифференциальный ток IDn, мА |
30 |
|
Максимальный условный ток короткого замыкания А Inc |
6000 |
|
Время отключения при номинальном дифференциальном токе Тn, не более, мс |
30 |
|
Максимальное сечение подключаемых проводов, мм2 |
25 |
|
Количество циклов электрических |
4500 |
|
Количество циклов механических |
10000 |
Монтаж и установка диф автоматов (дифференциальный автомат) Что выбрать?
Характеристики пяти наиболее популярных в Санкт-Петербурге диф автоматов (дифференциальный автомат) мы рассмотрели выше, кратко описали производителей.
На рынке электромонтажных работ в Санкт-Петербурге ООО Ск «Элит-Сервис» не один год. Многолетний опыт работы с оборудованием различных производителей позволяет делать определенные выводы, которыми готовы поделиться с коллегами и заказчиками. Установленные диф автоматы и УЗО исчисляются сотнями. Когда был поставлен первый блок утечки тока вспомнить достаточно сложно. Изначально выполнялась установка дифференциальных автоматов концерна ABB. В те времена это была диковинка, СНиПы (строительные нормы и правила) и ПУЭ (правила устройства электроустановок) установки блоков утечки не предусматривали. Проблем с ДИФами и устройствами защитного отключения ABB не возникало, однако цена была достаточно высока, не все клиенты выполняя электромонтажные работы были готовы платить за безопасность. В Санкт-Петербурге начала появляться электротехническая продукция концерна Legrand, диф автомат (дифференциальный автомат) и УЗО стоили процентов на двадцать дешевле. Компания переключилась на Legrand. Известный в Европе производитель, французское качество.
Каково было наше удивление, когда на третьем… или четвертом объекте из пяти установленных УЗО, два были неисправны, кнопка «Тест» не работала. Несколько лет мы не устанавливали эти блоки утечки. Время прошло, «обида» улеглась, сейчас монтируем Legrand без опасений, наверное просто не повезло, может попалась подделка, однако осадок остался. Сейчас появилось большое количество дифференциальных автоматов разных уважаемых производителей, ABB, Legrand, Schneider electric, Hager, Siemens, а есть такие, упоминать не хочется. Блоки утечки Schneider electric устанавливаем достаточно недавно, нареканий нет, достойные приборы. Хочу остановиться на ДИФах IEK, DEKraft. В принципе это одно и то же. За счет низкой стоимости и Российской сертификации приборы этих компаний получили широкое распространение. Процент брака достаточно большой, устройство может проработать много лет, а иногда вылетает в первый месяц эксплуатации. Компания ООО Ск «Элит-Сервис» не дает гарантию на системы защиты и автоматики собранных на комплектующих этих фирм.
Господа! Устанавливайте диф автоматы (дифференциальные автоматы) проверенных производителей, это сохранит время, нервы и деньги. Помните, скупой платит дважды! Качественное оборудование – это Ваша безопасность.
Оптимальное соотношение цены и качества — выбор умных людей.
Вам остается только позвонить и сделать заказ.
Т. +7 (921) 930-58-85
Заказать
Упрощенный электронный дифференциал с скользящим режимом для электромобиля с двумя независимыми приводами колес
Электронный дифференциал с упрощенным режимом скольжения для электромобиля с двумя независимыми ведущими колесами
Азеддин Драу
Факультет электротехники, Хаильский университет, Хаиль, Саудовская Аравия
Электронная почта: [email protected]
Copyright © 2013 Azeddine Draou. Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.
Поступила в редакцию 19.05.2013 г.; пересмотрено 19 июня 2013 г.; принято 26 июня 2013 г.
Ключевые слова: Электромобиль; Управление скользящим режимом; электронный дифференциал; Синхронный двигатель с постоянными магнитами; Многомашинная многоконвертерная система
АННОТАЦИЯ
В данной статье представлена простая стратегия управления скользящим режимом, используемая для электронной дифференциальной системы электромобиля с двумя независимыми ведущими колесами. Когда транспортное средство движется по криволинейной дороге, скорость внутреннего колеса должна отличаться от скорости внешнего колеса, чтобы транспортное средство не вибрировало и не двигалось по неровной траектории. Поскольку каждое колесо этого электромобиля имеет независимую движущую силу, для замены системы зубчатого дифференциала требуется электрическая дифференциальная система. Однако трудно анализировать нелинейное поведение дифференциальной системы в зависимости от скорости и угла поворота рулевого колеса, а также конструкции автомобиля. Предлагаемая двигательная установка состоит из двух синхронных машин с постоянными магнитами, обеспечивающих привод двух задних ведущих колес. Предлагаемая структура управления, называемая независимыми машинами для контроля скорости, позволяет получить электронный дифференциал, который обеспечивает контроль поведения автомобиля на дороге. Он также позволяет независимо контролировать каждое ведущее колесо, чтобы оно вращалось с разной скоростью по любому изгибу. В данной статье представлены результаты анализа и моделирования предлагаемой системы.
1. Введение
Электромобиль с двигателями в колесах имеет замечательное преимущество в быстром создании точного крутящего момента на каждом ведущем колесе [1,2]. Некоторые приложения в области электроприводов требуют использования нескольких электрических машин и столько же статических преобразователей, занимающих важное место среди электромеханических систем. Эти системы получили название многоконверторных многомашинных систем (ММС) [3].
Разработан формализм для изучения систем, состоящих из нескольких электрических машин и/или силовых преобразователей. Он указывает на три энергетические связи внутри цепей электромеханического преобразования: электрическую, магнитную и механическую связь. Для управления такими системами предлагаются адаптивные правила, основанные на принципе инверсии. Энергетические критерии перераспределения должны быть определены для решения проблем связи [4]. Они распознаются по наличию типа соединительной системы электрического, магнитного и/или механического типа, используемого в нескольких электрических машинах, приводящих в движение транспортное средство. В такой системе мы моделируем связь, используя соответствующие структуры, включая независимое управление, ведомый-ведущий, накладывая критерии распределения энергии, чтобы получить единую машину или единую систему преобразователя. Одна из этих управляющих структур может применяться для управления ведущими колесами электромобиля.
2. Предлагаемая тяговая система
Классическая схема тяговой системы электромобиля представлена на рисунке 1 [5].
Рис. 1. Обычная конструкция автомобиля с одним центральным двигателем.
На рис. 2 показана конструкция электромобиля, два задних колеса приводятся в движение двумя тяговыми двигателями через редукторы и карданные валы [6]. На этом рисунке представлена реализованная конфигурация транспортного средства с двумя синхронными двигателями с постоянными магнитами для двух независимых колес.
Многомашинные системы характеризуются соединением различных систем электромеханического преобразования. Система, представленная на рис. 2, характеризуется только одной муфтой, которая показана на рис. 3. Для разработки электронного дифференциала к силовой установке двух ведущих колес применяется структура управления «независимые машины» посредством управления скоростью, как показано на рис. 4.
Независимая система управления машиной
Эта структура состоит из двух машин, управляемых независимо как две отдельные структуры машины. Для каждой машины мы можем задать разное задание скорости () с помощью двух статических преобразователей.
Эти машины не связаны через структуру управления и отвергают все помехи, как управление одной машиной.
Рис. 2. Конструкция автомобиля с двумя независимыми приводами на задние колеса.
Рис. 3. Исследуемая топология.
Рис. 4. Независимая структура машины.
принцип этого управления показан на рисунке 4.
Энергетическое макроскопическое представление (ЭМИ) двигательной установки было предложено для получения общего представления об электронном дифференциале, как показано на рисунке 5.
Это исследование предлагает управление скоростями ведущих колес и структурой управления «независимые машины». Эта структура позволяет наложить два задания скорости (т. е. по кривой), приложенный крутящий момент к каждому колесу разный, система управления двумя колесами не получает одинаковое задание крутящего момента. Таким образом, невозможно установить одно и то же задание скорости.
Электронная дифференциальная система использует скорость автомобиля и угол поворота рулевого колеса в качестве входных параметров и рассчитывает требуемую скорость внутреннего и внешнего колес, когда два задних колеса управляются независимо двумя двигателями PMS. Входными данными эталонного блока являются скорость транспортного средства и угол поворота рулевого колеса, а выходными данными являются требуемые скорости вращения внутреннего и внешнего колес, называемые эталонными скоростями. В зависимости от направления угла поворота рулевого колеса (влево или вправо) скорость вращения внутреннего и внешнего колес соотносится со скоростью вращения левого и правого колес соответственно.
Силовая структура состоит из двух синхронных двигателей с постоянными магнитами, которые питаются от двух трехфазных инверторов и приводят в движение два задних колеса автомобиля через редукторы, как показано на рисунке 6.
3. Векторное управление
Рисунок 7 иллюстрирует Схема векторного управления синхронным двигателем с постоянными магнитами. Он представляет собой систему управления скоростью и током.
Для упрощения алгоритма управления и повышения надежности контура управления предлагается использовать стратегию управления скользящим режимом.
Уравнения СДПМ имеют следующий вид:
(1)
где
(2)
ЭМИ электронной системы дифференциала 5.
Рисунок 6. Компоненты предлагаемой системы.
Рис. 7. Блок-схема системы электропривода двигателей с постоянными магнитами.
— Регулятор скользящего режима скорости и тока Используя нелинейную модель СДПМ «Уравнение (1)», можно спроектировать регулятор скользящего режима как скорости, так и тока [7,8]. Определим поверхность скольжения
(3)
где и — задание скорости и ток статора соответственно.
Чтобы определить закон управления, который должен свести функцию скольжения (3) к нулю за конечное время, необходимо рассмотреть динамику, описываемую:
(4)
где
В методе устойчивости Ляпонова используется для обеспечения привлекательности и инвариантности, должно выполняться следующее условие
(5)
Таким образом, можно выбрать следующий закон управления переключением напряжений статора:
(6)
где,
Скользящий режим вызывает резкие изменения управляющей переменной, вносящие высокочастотные помехи.
Для уменьшения явления дребезга введена функция насыщения вместо переключающей:
(7)
где для с и
состояния во время движения по криволинейной дороге была проведена серия тестов путем моделирования в среде Matlab/Simulink. Система подвергалась изменению уровня скорости на 30 км/ч или 8,32 м/с. Транспортное средство начинает с места до достижения скорости отсчета, как показано на рисунке 8 (а). На этом этапе работы на транспортном средстве выполняются три поворота: первый поворот налево (при t = 22 с), второй поворот направо (при t = 36 с) и последний поворот налево (при t = 36 с). t = 68 с). На рис. 8 (б) показаны изгибы дороги, положительная кривая соответствует повороту направо.
На этом рисунке показан угол поворота рулевого колеса, максимальное значение которого равно (7˚). Автомобиль поворачивает влево в момент t = 22 с за 10 с со скоростью 30 км/ч.
Водитель задает угол поворота, который начинается с угла поворота прямых колес (передних колес).
Электронный дифференциал немедленно реагирует на два двигателя, снижая скорость левого ведущего колеса
(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i)
Рисунок 8. Переходные реакции автомобиля на кривой дороге.
(связанный с двигателем), который находится внутри витка, и напротив того двигателя, который расположен снаружи витка, как показано на рисунке 8(c). В это время значения скорости двигателей изменяются, это изменение будет отражаться на электрических и механических величинах.
Когда скорость левого колеса уменьшается в соответствии с его новым заданием, крутящий момент имеет тенденцию менять знак вслед за резким скачком изменения скорости. Двигатель работает в режиме торможения, развивая отрицательный крутящий момент, который можно использовать для возврата энергии к источнику.
Двигатели развивают противоположные крутящие моменты, как показано на рисунке 8(e), один из которых является кумулятивным для ускорения колеса снаружи, а другой дифференциальный для замедления колеса, находящегося внутри поворота.
На рис. 8(d) показаны линейные скорости ведущих колес. Как только скорость левого колеса стабилизируется, крутящий момент возвращается к значению соответствующего момента сопротивления, как показано на рисунке 8(g). На выходе из первого поворота в t = 31 с водитель задает противоположный угол поворота прямых колес и дифференциал действует таким же образом, чтобы сделать разность скоростей равной нулю.
Во время поворотов ведущие колеса проходят разные пути, они поворачиваются в одном направлении с разной скоростью. Эти скорости показаны на рисунке 8(c). Когда скорость правого колеса (R) увеличивается, момент двигателя, связанный с этим колесом, увеличивается и стремится догнать увеличение скорости.
На рис. 8(f) показаны силы тяги, создаваемые двигателями. На первом этапе мы замечаем большие силы тяги, создаваемые двигателями, которые заставляют автомобиль двигаться при трогании с места. Это кажется очевидным, поскольку эти силы должны преодолевать силы сопротивления продвижению автомобиля.
Также можно заметить расхождение между силами тяги при прохождении в поворотах.
Действительно, двигатели, находящиеся внутри кривой поворота, создают тяговое усилие ниже, чем те двигатели, которые находятся вне кривой. Аналогично для резистивных крутящих моментов, действующих на двигатели, как показано на рисунке 8(g).
Изменения фазных токов двигателей (M1 и M3) показаны на рисунках 8(h) и (i).
5. Заключение
В области электроприводов с переменной скоростью в данной статье представлено применение электромобиля, управляемого электронным дифференциалом. В этой статье предлагается структура управления «независимая машина», применяемая к двигательной установке посредством управления скоростью. Результаты, полученные путем моделирования, показывают, что эта структура позволяет спроектировать и реализовать электронный дифференциал и обеспечивает хорошие динамические и статические характеристики. В работе показано, что электронный дифференциал с высокой точностью управляет скоростью вращения ведущих колес как на ровных, так и на криволинейных дорогах.
Помехи не влияют на работу приводных двигателей.
6. Благодарности
Автор хотел бы выразить глубокую благодарность Университету Хаиля в Саудовской Аравии за постоянную моральную поддержку и поощрение исследований.
ССЫЛКИ
- Й. Хори, «Водитель транспортных средств будущего с помощью электричества и исследования управления четырехколесным моторизованным UOT Electric March II», IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 51, № 5, 2004, стр. 954-962. doi:10.1109/TIE.2004.834944
- Ф. Таами, Р. Казами и С. Фарханги, «Новая система стабилизации для полноприводных электромобилей», IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 52, № 3, 2003, стр. 683-692. doi:10.1109/TVT.2003.811087
- А. Бускайлор, Б. Дават, Б. де Форнель и Б. Франсуа, «Многомашинная многоконвертерная система: применение для электромеханических приводов», Европейский физический журнал — прикладная физика, том. 10, № 2, 2000, стр. 131-147.
- А. Бускайлор, Б.
Дават, Б. де Форнель и Б. Франсуа, «Многомашинная многоконвертерная система для приводов: анализ связи с помощью глобального моделирования», Труды IEEE-IAS, 2000, стр. 1474-1481. doi:10.1109/IAS.2000.882078 - К.С. Чан и К.Т. Чан, «Обзор силовой электроники в электромобилях», IEEE, Vol. 44, № 1, 1997, стр. 3-13. doi:10.1109/41.557493
- Ю. Хори, Ю. Тойода и Ю. Цуруока, «Управление тяговым усилием электромобиля на основе оценки состояния дорожного покрытия. Основные экспериментальные результаты с использованием тестового EV UOT Electric March», IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 34, № 5, 1998, стр. 1131-1138. doi: 10.1109/28.720454
- В. И. Уткин, «Принципы проектирования управления скользящим режимом и приложения к электроприводам», IEEE Transactions on Industry Electron, Vol. 40, 1993, стр. 23-36. doi:10.1109/41.184818
- С.-И. Сакаи и Ю. Хори, «Преимущество электродвигателя для противоскольжения электромобиля», EPE Journal, Vol. 11, № 4, 2001, стр. 26-32.
Дават, Б. де Форнель и Б. Франсуа, «Многомашинная многоконвертерная система для приводов: анализ связи с помощью глобального моделирования», Труды IEEE-IAS, 2000, стр. 1474-1481. doi:10.1109/IAS.2000.882078
26-32.Сокращения
DFOC: Прямое управление, ориентированное на поле EC: Электрическая связь EM: Электрическая машина EMR: Энергетическое макроскопическое представление ES: Электрический источник EV: Электромобиль MMS: Многомашинная многоконвертерная система MS: Механический источник PMSM: Постоянный магнит Синхронная машинная ШИМ: Импульс с модуляцией
Номенклатура
,: и индуктивность оси
,: и токи оси
,: и напряжение оси
: сопротивление
: пары полюсов
: электрическое положение
: постоянный магнит Flux
: Rotor InortiaIIA
: постоянный магнит Flux: ROTOR InortiaIIA
66666666666666669: постоянный магнит.: Инерция транспортного средства
: Электромагнитный крутящий момент
: Момент нагрузки
: Масса транспортного средства
: Радиус колеса
: Отчет о скорости передачи 0006
: Расстояние между двумя колесами и осями
: Расстояние между задним и передним колесами
: Плотность воздуха
: Передняя часть автомобиля
: Аэродинамический коэффициент
: Ускорение свободного падения
0 0 : 0 Коэффициент трения : Угол наклона: Линейная скорость транспортного средства
: Напряжение батареи
Несоосные двигатели улучшают дифференциальные приложения
Автор: Инженер-проектировщик и дизайнер Independent Engineering Concepts Эпплтон, Висконсин Под редакцией Роберта Репаса [email protected] Ключевые моменты: • Электрические машины с несоосными роторами восходят к 19 веку, но сегодняшнее электронное управление делает их практичными. • Каждый узел ротора может иметь свой тип обмотки для оптимизации эффективности. • Роторы, вращающиеся в противоположных направлениях, могут устранять эффекты крутящего момента, обеспечивая более точное управление. Ресурсы: Independent Engineering Concepts, [email protected] |
В 1890 году был получен патент на электродвигатель, предназначенный для железнодорожного транспорта, в котором использовались соосные роторы противоположного вращения. два выходных вала с одной цепью, обеспечивающей поворот на 180 ° для вращения в одном направлении с приводным валом. Более поздние изобретения описывали многороторные электрические машины для железнодорожных, морских и автомобильных двигателей.
До недавнего времени многороторно-дифференциальные электрические машины подразделялись на две категории конструкции: радиально-слоистая конструкция с концентрически зажатыми роторами или бок о бок с аксиально смежными роторами. По большей части эти конструкции имели роторы соосные или на одной линии друг с другом. Тем не менее, можно привести некоаксиально-дифференциальную электрическую машину для использования в автомобильных трансмиссиях, морских силовых установках, химическом смешивании, компактных обрабатывающих установках, разделении материалов и отклоняющих конвейерах, и это лишь некоторые из них.
Электрическая машина с несоосными роторами содержит не менее двух роторов с осями вращения, не совпадающими на одной геометрической прямой.
Подходит любой тип ротора, в том числе индукционный, с обмоткой, с постоянным магнитом и с магнитным сопротивлением. Обычно они работают либо в радиальном, либо в осевом поле потока. Корпус в сборе образует жесткий каркас, который удерживает оси ротора в фиксированной ориентации по отношению друг к другу, а также, по меньшей мере, одну обмотку статора. Электронное управление управляет передачей электроэнергии к обмоткам статора или от них. Хотя между роторами может быть электромагнитное взаимодействие, они не связаны механически внутри электрической машины. Роторы могут вращаться с одинаковой или разной скоростью и в одном и том же или противоположном направлении.
Например, несоосно-дифференциальная электрическая машина с радиальным потоком может работать как дифференциальный привод между левым и правым колесами автомобиля. Это может быть выгодно для конструкции кузова, дорожного просвета и угла наклона карданного вала. Другими преимуществами могут быть снижение затрат и повышение производительности по сравнению с традиционными механическими дифференциальными коробками передач.
В случае механического дифференциала колесо, теряющее сцепление с дорогой, вращается с низким приложенным крутящим моментом, ограничивая крутящий момент, передаваемый на другое колесо. Чтобы преодолеть этот конструктивный недостаток, механические дифференциалы иногда оснащаются системами механической блокировки, ограничения проскальзывания или электронными системами контроля тяги. В отличие от механических дифференциалов, которые всегда передают одинаковый крутящий момент на оба колеса, дифференциальная электрическая машина может передавать более высокий крутящий момент на колесо, поддерживающее сцепление с дорогой.
Рассмотрим электрическую машину с идентичными асинхронными роторами асинхронного типа и электронным управлением с двумя обмотками статора, питающимися от одночастотного источника переменного напряжения. Если одно колесо начинает вращаться, в то время как тяга удерживает другое, к вращающемуся колесу прикладывается минимальный крутящий момент, в то время как крутящий момент, передаваемый неподвижному колесу, увеличивается по мере увеличения выходной частоты контроллера.
Если и второе колесо теряет сцепление с дорогой, вероятно, пора вызывать эвакуатор.
В общем случае, если выходная частота контроллера создает синхронную скорость выше скорости обоих роторов, то оба ротора будут работать как двигатели. Если синхронная скорость подачи меньше скорости обоих роторов, то оба ротора действуют как тормоза. Регенерированная энергия возвращается через контроллер в устройство накопления энергии. Если синхронная скорость источника находится между двумя скоростями ротора, то более быстрый ротор работает как генератор, а более медленный ротор действует как двигатель.
Однако эта одночастотная схема управления имеет один недостаток в дифференциале автомобиля. Во время поворота на более медленное внутреннее колесо передается больший крутящий момент, чем на более быстрое внешнее колесо. К сожалению, это означает, что колесо с меньшим сцеплением из-за наклона кузова получает больший крутящий момент. Эта ситуация самокорректируется в том смысле, что если внутреннее колесо начинает проскальзывать, энергия, подаваемая на это колесо, падает (уменьшая крутящий момент), в то время как энергия, подаваемая на внешнее колесо, остается неизменной, сохраняя тот же крутящий момент.
Можно настроить систему управления для отдельного питания каждого набора обмоток статора собственной независимой частотой. Это разделяет энергию, подаваемую на каждое колесо, для регулировки крутящего момента по желанию на основе обратной связи от датчиков скорости вращения колес.
Несоосно-дифференциальная электрическая машина с осевым магнитным потоком и дисковыми роторами может иметь на выходных валах планетарные редукторы. Для роторов синхронного типа, например, с постоянным магнитом, электромагнитом или магнитным сопротивлением, для электронного управления требуется датчик положения для каждого ротора. Простой метод создания дифференциальных скоростей с двумя синхронными роторами состоит в том, чтобы подавать на каждую группу обмоток статора свой собственный независимый ток. Однако, если синхронные роторы имеют разное количество полюсов, они могут приводиться в движение с разной скоростью за счет подачи одного тока, который накладывает два переменных тока с разными частотами.
Как правило, асинхронные двигатели работают более эффективно при высокой скорости и низком крутящем моменте, а двигатели с постоянными магнитами более эффективно работают при низкой скорости и высоком крутящем моменте. Оба типа могут быть встроены в одну несоосно-дифференциальную электрическую машину.
Например, машина может содержать один асинхронный ротор с короткозамкнутым ротором и один синхронный ротор с двойным корпусом. Асинхронный ротор приводит в движение задние колеса полноприводного автомобиля через карданный вал и механический дифференциал. Синхронный ротор аналогичным образом приводит в движение передние колеса. Электронное управление получает обратную связь по крутящему моменту от каждого ротора. Когда транспортное средство работает в крейсерских условиях с высокой скоростью и низким крутящим моментом, питание подается только на статор асинхронного ротора. Когда требуемый крутящий момент превышает установленный уровень из-за условий запуска или большой нагрузки, электронное управление синхронизирует свою выходную частоту и подает питание на статор для синхронного ротора.
Когда требуемый крутящий момент падает ниже заданного уровня, статор синхронного ротора отключается.
В морских условиях несоосная дифференциальная электрическая машина может работать как носовое подруливающее устройство. Машина монтируется в некоаксиальном туннеле через нос судна. Поскольку некоаксиальные отверстия туннеля повторяют контуры корпуса, сопротивление движению вперед меньше по сравнению с прямым туннелем с открытой передней стенкой. Управляющие гребные винты, установленные на роторах каждой электрической машины, обеспечивают поток с переменной скоростью в любом направлении через туннель. Винты могут быть одинаковыми и вращаться в одном направлении или иметь противоположный шаг и вращаться в противоположных направлениях. Последний отменяет крутящий момент и обеспечивает более точное управление.
Другим применением несоосных дифференциальных электрических машин являются приложения для смешивания химических веществ. Общий узел корпуса фиксирует оси ротора под углом для разделения лопастей, сохраняя при этом компактность узла двигатель-головка.
Хотя оси ротора могут быть параллельными, как в традиционном кухонном миксере, наклонные или скошенные оси обеспечивают более тщательное перемешивание.
Третий ротор и лопасть добавят перемешивания. Программирование электронного управления может включать циклы смешивания с реверсированием лопастей и изменением скорости по мере необходимости.
Другие области применения несоосных двигателей включают операции механической обработки. Например, станки с перпендикулярными роторами могут создать компактный обрабатывающий агрегат для изготовления цилиндрической детали с канавкой. Заготовка вставляется через опорный подшипник и зажимается в цанговом патроне. Электронные средства управления контролируют ротор заготовки и ротор инструментального шпинделя, одновременно задействуя соленоид, чтобы выдвинуть инструментальный шпиндель и контактировать с заготовкой. Это похоже на удлинение вала-шестерни в автомобильном стартере. В этом случае электронное управление крепится к корпусу в сборе.