Электромеханическая передача

[Илья МГУ]

Есть нужда спроектировать сельсинную передачу. Пытаюсь понять, реально ли аналитически расчитать обмотки...

Что такое сельсин:
Две синхронные трёхфазные машины замкнутые одна на другую. Вращение ротора одной машины приводит к синхронному вращению ротора второй. Получается кинематически точная передача. Используя разное количество полюсов можно получить нужное кинематическое соотношение. Сельсины активно применяются в судовой артиллерии в качестве приводов для поворота и стабилизации орудий.

Нахрена козе баян:
Мне интересна эта тема, поскольку до зарезу нужна повышающая передача примерно с 10 до 20 тыс об/мин, около киловатта. До недавнего времени использовал ремни, но на таких скоростях они имеют крайне малый ресурс. Хочется сделать передачу способную работать в длительном режиме. В качестве заготовок хочу использовать автогенераторные статоры и роторы на неодимах.

Учёные! Укажите, плиз верный путь!

[Александр]

Илья МГУ, неодимы применить не получится. Сельсины не содержат постоянных магнитов. Они содержат, как правило, двухполюсную обмотку возбуждения и три катушки фаз. Имеют невысокий КПД и предназначены не для силовых целей, а для индикаторных. Сельсин-передатчик измеряет значение угла поворота на своём валу и преобразует его в три электрических фазных сигнала. Они подаются на сельсин-приёмник, который тупо крутит стрелку на контрольном приборе. А если нужно от сельсина чем-то управлять, то его сигнал усиливается и передаётся на мощное исполнительное устройство, но оно уже не совсем сельсин.
Для повышающей передачи сельсины не годятся - это весьма медленные устройства.
Тут лучше всего парочка: многополюсный генератор - двухполюсный синхронный двигатель. Генератор вырабатывает, скажем, 400 герц, а двигатель при такой частоте крутится с синхронной скоростью 24000 об/мин. Тут ещё можно побороться и за КПД. Под 80% можно получить. Только движок для этого дела лучше делать на ферритах.

[Илья МГУ]

Тут лучше всего парочка: многополюсный генератор - двухполюсный синхронный двигатель. Генератор вырабатывает, скажем, 400 герц, а двигатель при такой частоте крутится с синхронной скоростью 24000 об/мин. Тут ещё можно побороться и за КПД. Под 80% можно получить. Только движок для этого дела лучше делать на ферритах.

Всё так. Я неправильно понимал что такое сельсины. Сейчас всё про них прочитал. Силовые бывают тоже, но почему-то мало распространены. И машины там используют асинхронные.

Что ж, значит передаче из двух синхронников специального названия пока не придумали. Но работать она должна? Я и имел ввиду многополюсной генератор и двухполюсной двигатель связанные накоротко. На неодимовых магнитах. Конструкция похожа на ветрячные генераторы, технология изготовления та же. Единственное отличие - плевать на залипания.

Александр, реально ли такую пару расчитать? Как сделать статор на ферритах? Ни разу не встречал готовых ферритовых статоров.

[BenGunn]

Как сделать статор на ферритах? Ни разу не встречал готовых ферритовых статоров.
Берем магниты
http://www.supermagnete.de/eng/FE-Q-18-10-06
и делаем статор так же как с неодимами.

[Александр]

Илья, я имел ввиду не статор, а ротор на ферритах. Только для движка.

[Valeriy]

Илья МГУ, грубо, при 50Гц двухполюсная асинхронная машина имеет 2400 об/мин. Чтобы она дала 19200 об/мин, поднимем частоту в 8 раз, до 400Гц. Но, теперь родная обмотка будет иметь индуктивное сопротивление в 8 раз больше. Чтобы двигатель выдавал полную мощность, генератор нужен с эдс в 8 раз выше родного напряжения двигателя. Думаю, от этого и надо отталкиваться. Если генератор будет из автомобильного, катушки намотаны стандартно, и полюсов 12 (6 пар), то на оборотах 4000 об/мин, будет 400Гц. Не надо ферритов и неодимов. Параллельное возбуждение и мотор перемотать под генератор. Генератор полностью родной.

[Илья МГУ]

Илья, я имел ввиду не статор, а ротор на ферритах. Только для движка.

На ферритах, в смысле на ферритовых магнитах? Типа тех на которые дал ссылку БенГанн?

Добавлено через 6 минут
Илья МГУ, грубо, при 50Гц двухполюсная асинхронная машина имеет 2400 об/мин. Чтобы она дала 19200 об/мин, поднимем частоту в 8 раз, до 400Гц. Но, теперь родная обмотка будет иметь индуктивное сопротивление в 8 раз больше. Чтобы двигатель выдавал полную мощность, генератор нужен с эдс в 8 раз выше родного напряжения двигателя.

Ок, с частотой и эдс понятно. Непонятно другое: Валерий, почему Вы пишете "двухполюсная асинхронная машина"?
Я думаю об использовании двух синхронных машин - генератора и двигателя. Может быть Вы оговорились?

[Valeriy]

Илья МГУ, двигателем асинхронная машина проще. Или вам надо точность до оборота?

[Александр]

в смысле на ферритовых магнитах?
Да.
А в каких целях планируется такое устройство применять? Если не секрет, естественно.

[slav]

Может быть достаточно прикупить Частотные преобразователи ???!

http://tehprivod.ru/katalog/preobrazovateli-chastoty?gclid=CMyarYbTibMCFdB3cAodGEYAnA

[Илья МГУ]

Да.
А в каких целях планируется такое устройство применять? Если не секрет, естественно.

Не секрет. Компрессор для накачивания надувных корпусов моего катамарана http://yachta-kotoyarvi.narod.ru/
Объём весьма велик (11.4 м3), насосики от надувных лодок не актуальны. Нужен расход куб в минуту и давление 0.3 Бар. Задача - не только один раз надуть,но ещё иметь возможность идти с пробитой секцией длительное время без потери давления.
Уже 9 лет пользуюсь самодельным компрессором. Привод от пилы Штиль-018, головка компрессора - 4 пылесосные ступени на одном валу. На компрессоре 15000 об/мин, на пиле 7000. Всё бы хорошо, но ремённая передача - слабое место. В непрерывном режиме за полчаса сгорает, т.е. для аварийных нужд не годится. Поэтому собираюсь делать новый компрессор, тоже с бензоприводом но с принципиально другой передачей. Прямая передача в любом случае не светит, потому что напор зависит от оборотов в квадрате. Для 7000 об/мин пришлось бы делать не 4 а 16 ступеней :). Наоборот, количество ступеней хочу уменьшить до двух и поднять обороты до 22500.

Готовые решения тоже есть, но имеют многочисленные недостатки.
1. Помпа
http://www.riverteam.ru/test/product_info.php?products_id=906
всем бы хороша, но непрерывный ресурс не более получаса.
2. Бензогенератор 220В +два компрессора от пылесосов в послед. Просто, но опасно. Высокое напряжение в солёном тумане под запретом.

Добавлено через 6 минут
Может быть достаточно прикупить Частотные преобразователи ???!

http://tehprivod.ru/katalog/preobrazovateli-chastoty?gclid=CMyarYbTibMCFdB3cAodGEYAnA

Да, этот вариант я тоже рассматриваю. Бесколлекторный двигатель, для моделей, напр. http://www.parkflyer.ru/product/102993/?refcat=20022
и регулятор для него. Придётся до кучи делать могучую электростанцию на 12 В (может и ничего). Но сначала выпрямлять 3 фазы, а потом опять их искусственно делать, как-то не очень правильно. Модельный регулятор включается-выключается не так просто, там надо делать специальный блок управления. В итоге теряется надёжность. Перестанет регуль давать три фазы, и чего я буду делать? Хочется питать двигатель напрямую 3-мя фазами, а выпрямлять лишь по прочим потребностям в электричестве.
Соблазнительный вариант - в качестве мотора использовать модельный бесколлекторник, а генератор под него адаптировать. К сожалению, продавцы бесколлекторников не дают информации, сколько у мотора полюсов. Стоят они недёшево, купить ящик разных не получится. Есть только косвенные признаки указывающие"много или мало" там полюсов. Прежде всего - Кв, т.е. об/вольт, этот параметр всегда указывается. Недостаток - два лишних подшипника и упругая муфта на компрессор.
Добавлено через 2 минуты
Илья МГУ, двигателем асинхронная машина проще. Или вам надо точность до оборота?

Точность до оборота не нужна. Чем собственно проще асинхронник? Беличье колесо самому сделать не так уж просто. Мне кажется, что наклеить магниты на болванку попроще будет. Или есть другие схемы асинхронников, без белки?

[Valeriy]

Илья МГУ,
Мне кажется, что наклеить магниты на болванку попроще будет.А мне кажется перемотать готовый асинхронник проще. А автогенератор любой легко выдержит и 7000 об/мин

[Александр]

Илья МГУ, понятно. Если крутить бензиновым движком, то нет смысла морочить голову с изготовлением специального генератора. Достаточно взять обычный автомобильный генератор подходящей мощности. Лет двадцать с хвостиком назад, когда мне потребовалось запитать электроинструмент на 200 герц, а заводского преобразователя у меня ещё не было, я воспользовался автомобильным генератором на 28 вольт. Крутил его на 2900 об/мин и имел почти 200 герц. Инструмент работал просто отлично. Потери на возбуждение при таких скоростях вращения - копеечные по сравнению с выходной мощностью, поэтому нет смысла возиться с магнитами. Следует только помнить, что для движков, работающих на частотах выше 50-ти герц, применяют железо с малыми потерями на гистерезис, поэтому самостоятельное изготовление такого движка - ещё тот головняк. Нужно просто подыскать что-то готовое. Да и если точность поддержания скорости вращения не очень критична, то вообще можно использовать коллекторный движок подходящей мощности...

[slav]

Офигенная идея! Но боюсь, что для киловатта. С другой стороны, на таких оборотах и моменты копеечные.

Если привод от бензопилы,то зачем лишние хлопоты - на коленвал прикрутить аналог пылесосного ,но увеличить диаметр крыльчатки в 3- 4 раза!!! :heat: :smoke: ;)

[Илья МГУ]

Если привод от бензопилы,то зачем лишние хлопоты - на коленвал прикрутить аналог пылесосного ,но увеличить диаметр крыльчатки в 3- 4 раза!!! :heat: :smoke: ;)

Я канэшна мужик рукастый, но не настолько. Делать крыльчатки ц/б компрессора диаметром 400мм, да ещё сбалансированных для работы на 7000-мин не возьмусь. Настроен использовать только готовые колёса.

Эта проблема стара как мир. Механический привод для ц/б нагнетателей ненадёжен и всегда стараются перейти на принципиально другой привод, например турбину. Упрощённая экселька для ц/б компрессора в прикр. файле. Там наглядно видно насколько всё упрощают высокие обороты.

ЗЫ: буду делать магнитную муфту. Сейчас попрошу Сергея разделить темы (сельсины тут уже ну совсем не при чём :))).

[slav]

Я канэшна мужик рукастый, но \\\ тут уже ну совсем не при чём :))).

Спасибо за програмку!!!:yes:

С диаметром 500мм оказывается и одной ступени хватает! Одноко габарит уже великоват........

[Илья МГУ]

Спасибо за програмку!!!:yes:

С диаметром 500мм оказывается и одной ступени хватает! Однако габарит уже великоват........

Там не только в габарите дело. Оптимальная площадь сечения выходных отверстий колеса (высота лопаток * длину диаметра) должна быть меньше площади входа в колесо (в Пк раз). Т.е. каналы между лопатками должны сужаться по сечению. При моих расходах высота лопаток на 500-мм колесе будет меньше миллиметра! Зазор между колесом и деталями улитки должен быть чем меньше, тем лучше. У пылесосов около миллиметра. Сделать корпусные детали улитки при таких размерах и
с такими зазорами - затея космическая. Улитка будет не 500 мм, а что-нибудь под 700 :))

[slav]

\\\\Там не только в габарите дело.\\\\ что-нибудь под 700 :))

Илья , вот ссылка встретилась,говорят там магнитные редуктора есть хорошие по конструкции !

http://www.connectingindustry.com/

[Илья МГУ]

slav, конечно спасибо... но я там ни хрена не нашёл. Хотя страница перевелась автоматом.

[Илья МГУ]

Буду пробовать электромеханическую передачу. Вариантов тут много, начну с самого простого. В качестве привода компрессора – самодельный асинхронник из Ижевского статора (как на фото) и самодельного ротора на магнитах 5х9х20. От асинхронника отказался из-за тяжёлого ротора. Синхронник тем и удобен что ротор на неодимах можно сделать очень лёгким. Мне это актуально, поскольку вал тонкий (8 мм) и довольно большой консолью. Сбалансировать хорошо не смогу, пусть хоть ротор будет полегче. Толстый вал тоже не светит, это упирается в предельные обороты (значит и габариты) подшипников.
Асинхронник буду делать 6-полюсным, для этого собираюсь мотать 18-зубый статор через два паза в третий (как у автогены). В качестве генератора сойдёт 12-полюсная автогена или мой бензогенератор (тоже Ижевский статор но гена 12-типолюсная). Если всё это не прокатит, буду ставить авиамодельный бесколлекторник и евойный регуль.

[Илья МГУ]

Фото того, что собственно требуется крутить. Осталось приклеить магниты

[petruha256]

Очень красиво выглядит. Откуда такие элементы конструкции? Самодельные или приспособленные от чего?

[Илья МГУ]

Очень красиво выглядит. Откуда такие элементы конструкции? Самодельные или приспособленные от чего?

Крыльчатки пылесосные. Все детали корпуса - литьё. Как раз совпало с дебютом индукционки.

[gda98]

Очень красивое литье, как будто заводское.:i_am_so_happy:

[Илья МГУ]

Наклеил магниты, собрал синхронник. Магнитов было 12, сделал 6 парных полюсов. Залипание получилось зверское. Подскажите, залипание у синхронного двигателя - такое же зло как у генератора или пофиг? Я вот боюсь, что шарманка просто не будет стартовать. Крутить собираюсь от 12-полюсного генератора. На малых оборотах эдс тоже будет малой, так залипание может помешать вращению. А когда эдс станет достаточной, не будет синхронизации.
ЗЫ это я пока фантазирую, пытаясь понять возможные проблемы. Хочется понять, какие могут быть засады и как с ними бороться.

[Valeriy]

Илья МГУ, думаю пофиг. Как только железо превратится в электромагнит с одноименным полюсом, он не захочет магнититься. Все шаговики залипают.

[Илья МГУ]

Ни фига не крутится, даже не пытается. Посмотрел чего пишут - похоже на облом. Синхронники пускают беличьей клеткой интегрированной в ротор. Без этого пусковой момент синхронника вообще равен нулю.
Теперь есть 2 варианта - регуль от бесколлекторника с сервотестером или асинхронный ротор.

[Александр]

Илья МГУ, а если плавно повышать частоту, начиная с самой низкой?

[Илья МГУ]

Илья МГУ, а если плавно повышать частоту, начиная с самой низкой?

Должно получиться, для этого куплю регулятор хода для бесколлекторника и сервотестер чтобы его запускать.
Как её ещё плавно повышать? Я просто запускал генератор замкнутый на синхронник (звезда в звезду) то на совсем низких частотах нет и напряжения. А когда появляется напряжение, ротор уже и не пытается войти в синхронизм. Жаль, изначально хотел сделать тупо, без электроники.

Как вариант - сделать асинхронный ротор с беличьим колесом. Но это совсем непростое изделие в кустарных условиях. И по эффективности здорово проигрывает синхроннику.

[BenGunn]

Надеюсь, я ошибаюсь, но мне кажется, сам он вряд ли запустится.
1) Слишком сильные магниты.
2) Слишком большое расстояние между зубцами.
3) Слишком мало витков в катушках.

[Valeriy]

И по эффективности здорово проигрывает синхроннику.В таком случае почему синхронники так мало применяются в двигателях, если они эффективнее? Синхронный двигатель нужно раскрутить до синхронных оборотов, и тогда запустится. Потом повышать частоту генератора.
Можно сделать цельнометаллический ротор и проверить.

[Илья МГУ]

В таком случае почему синхронники так мало применяются в двигателях, если они эффективнее?


Последние 15 лет идёт победное шествие синхронников, которые вытеснили из своей ниши коллекторные движки. Прорыв стал возможен благодаря появлению дешёвых IGBTтранзисторов и распространению редкоземельных магнитов. Чаще эти моторы называют бесколлекторниками или вентильными двигателями, но по сути это те же синхронники. По удельной мощности они превзошли все прочие электрические машины. Не редкость - бесколлекторник весом 400 гр. и мощностью 1.5 кВт-а. Питают эти моторы не от сети 3ф, а от специальных регуляторов хода, которые представляют собой 3фазный инвертор и интеллектуальную систему регулировки оборотов с обратной связью.

Я собираюсь раскрутить компрессор используя авиамодельный регулятор, напр. такой:
http://www.prolinerc.ru/index.php?page=shop.product_details&flypage=yagendoo_flypage_1.tpl&category_id=11&product_id=691&option=com_virtuemart&Itemid=2

Для запуска кроме регулятора потребуется сервотестер:
http://www.prolinerc.ru/index.php?keyword=%D1%81%D0%B5%D1%80%D0%B2%D0%BE%D 1%82%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B5%D1%80&option=com_virtuemart&page=shop.browse
Этот прибор имитирует радиоуправление, подавая на регулятор нужные импульсы управления.

Добавлено через 3 минуты
Надеюсь, я ошибаюсь, но мне кажется, сам он вряд ли запустится.
1) Слишком сильные магниты.
2) Слишком большое расстояние между зубцами.
3) Слишком мало витков в катушках.

Аварийный вариант - купить готовый бесколлекторник и распотрошить его на два предмета. Сначала попробую раскрутить тот что уже стоит.

ЗЫ Витков у авиамодельных моторчиков очень мало :) 4, 6, 8 витков, примерно такой порядок. Будет мало, намотаю ещё.

[BenGunn]

Посмотрел различные бесколлекторные двигатели. У них у всех, очень маленькое расстояние между зубцами и ширина полюса больше ширины катушки. У тебя оба эти условия не выполнены. Я думаю, из-за этого не получится запустить двигатель. Если надо, могу расписать, почему по моему мнению, эти условия должны выполнятся.

[Илья МГУ]

Посмотрел различные бесколлекторные двигатели. У них у всех, очень маленькое расстояние между зубцами и ширина полюса больше ширины катушки. У тебя оба эти условия не выполнены. Я думаю, из-за этого не получится запустить двигатель. Если надо, могу расписать, почему по моему мнению, эти условия должны выполнятся.

Как это маленькое расстояние между зубцами? А обмотки как запихивают?
У аутраннеров (наружный ротор) как правило много полюсов, узкие плотно стоящие магниты. Под рукой нет, но думаю что магниты не шире зубьев.

Катушки я мотал из 1-й в 4-й паз, они там захватывают три зуба. Это ж какие магниты надо ставить чтобы их перекрыть? Вообще, я довольно спокоен по этой части. Не получится раскрутить что есть, буду крутить что-нибудь другое. Для экономиии времени проще купить мотор и раздербанить его на компоненты.

[BenGunn]

Как это маленькое расстояние между зубцами? А обмотки как запихивают?

Маленькие, в смысле, расстояние между наконечника ощутимо меньше ширины самих наконечников.

[Илья МГУ]

Купил намедни регуль:
http://www.mir-rctoys.ru/apparatura_i_electronika/regulyatori-hoda-dlya-beskollektornih-elektrodvigateley/regulyator-hoda-dynam-80a-esc-3a-bec.html
И севротестер:
http://www.prolinerc.ru/index.php?page=shop.product_details&flypage=yagendoo_flypage_1.tpl&category_id=6&product_id=44&option=com_virtuemart&Itemid=2
Кто не в теме: бесколлекторник от регуля, нельзя запустить тупо кнопкой "вкл", ему нужны импульсы. Генератор импульсов (имитатор приёмника р/у) называется сервотестером.

Чуток наморщил ум и понял, что мотор на таких оборотах имеет право только на 2 полюса. И так частота 250 Гц.
Статор намотал по схеме "катушка на каждый зуб" и формуле: AAAbbbCCCaaaBBBccc, 12 витков в катушке. Соединил звездой.
Ротор - 8 магнитов, каждый полюс из 4-х магнитов вплотную. В итоге ширина каждого полюса захватывает 3 зуба + половину зазора с каждой стороны.
Испытания.
С некоторым трудом, но всё же разобрался с программированием регуля. Пуск!....фигу... Попытки сдвинуть всё это безобразие явно были, но тщетные. Соединил треугольником. Мотор стал подавать признаки жизни - поднатужившись начинает раскручиваться но через неск. секунд отрубается защитой. Сделал вывод, что витков МНОГО! Для следующей попытки перемотаю на 4 витка в катушке.

ЗЫ проверил обмотки, всё ок.

[roman8301]

Илья я подключал через мост ларионова мотор вентилятора от печки ваз 2108 к своему генератору , за один оборот генератора моторчик делал на глаз 40-50 оборотов, стартовал хорошо. может надо сделать генератор на три фазы 48 зубов и 36 магнитов с катушками на каждый зуб и подключить к нему такой же генератор (мотор) на 24 зуба и 16 магнитов но зубы и магниты в обоих генераторах должны быть одинаковые и намотаны на каждый зуб.

[Илья МГУ]

Так и хотел. Не получилось (см. сообщение 27)

[Александр]

Илья МГУ, а может, всё-таки, есть смысл попробовать, так называемый, массивный ротор? Грубо говоря, болванка цельная обыкновенная стальная. Для высоких частот вполне может подойти. Главное, сделать её несложно и не нужно клеить магниты. О машинах такого класса можно глянуть в Вольдеке на странице 590. Да так ли уж обязательно делать синхронную машину? (О них, кстати, тоже у Вольдека можно почитать. Одна морока с ними...:)))

[Valeriy]

В Википедии
Недостатки:


Относительно сложная система управления двигателем
Высокая стоимость двигателя, обусловленная использованием дорогостоящих постоянных магнитов в конструкции ротора
Во многих случаях более рациональным оказывается применение асинхронного двигателя (http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%81%D0%B8%D0%BD%D1%85%D1%80%D0%BE%D0%BD%D 0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BC%D0%B0%D1%88%D0%B8%D0%BD%D0 %B0) с преобразователем частоты (http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A7%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%82%D0%BD%D1%8B%D 0%B9_%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%B0%D0 %B7%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C_%28% D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BF%D1 %80%D0%B8%D0%B2%D0%BE%D0%B4%29).

А преобразователем выступает генератор. Должно все работать. Асинхроник взять двухполюсной, небольшой и перемотать толстым проводом.

[Илья МГУ]

Всё прочитал про асинхронники, плохо получится. Ротор-болванка, равно как и тонкостенные малоинерционные роторы сильно проигрывают белке по эффективности. Проще говоря, болванку придётся делать такой, что при первом включении она мне консоль вала отломает. Да и белка на киловатт даже при такой частоте получится здоровой и тяжёлой.
Ещё - проволока кончается, а по ночам витки снятся. Отдохнуть захотелось.

Валерий, ну что значит сложны в управлении? Статья из Вики небось 5-7 летней давности. Сейчас все эти чудеса распространены как раньше спички, отработаны до совершенства и стоят чуть дороже доставки. Мотор заказал на Хоббикинге, стоит 22 мёртвых президента с доставкой из Гонконга. Зря регуль здесь покупал, там вдвое дешевле.

[slav]

Всё прочитал про асинхронники, плохо получится.\\\\\

Хорошо получится ! Стоватный (50гц ,2850об\мин) после перемотки уже может удовлетворить вполне ! :yes: