Was bestimmt die Dauerleistung von Elektromotoren?

Ich habe Variationen dieser Drehmoment-Drehzahl-Kurve für die Leistung von bürstenlosen Gleichstrommotoren gesehen, und ich bin neugierig, welche Kriterien das Nenndrehmoment und die Nenndrehzahl von Permanentmagnet-Gleichstrommotoren im Allgemeinen bestimmen.

Begrenzt die Wärmeableitung der Joule-Erwärmung das maximale Dauerdrehmoment? Begrenzen mechanische Einschränkungen (maximale Lagerdrehzahl aufgrund von Reibung, mechanischer Belastung usw.) die maximale Dauerdrehzahl? Gibt es "Faustregeln" für die Vorhersage des maximalen Dauerdrehmoments und der Drehzahl von Elektromotoren?

Drehmoment-Drehzahl-Kurve des Gleichstrommotors

Antworten (2)

Begrenzt die Wärmeableitung der Joule-Erwärmung das maximale Dauerdrehmoment?

Ja. Eine Zusatzkühlung oder eine verstärkte Eigenkühlung kann das maximale Dauerdrehmoment erhöhen, aber das ist im Allgemeinen nur bei großen Motoren wirtschaftlich sinnvoll.

Begrenzen mechanische Einschränkungen (maximale Lagerdrehzahl aufgrund von Reibung, mechanischer Belastung usw.) die maximale Dauerdrehzahl?

Ja. Die Lagerreibung ist normalerweise der begrenzende Faktor, aber bessere Lager können die maximale Drehzahl so weit erhöhen, dass mechanische Belastungen zu einem Faktor werden können. Aerodynamischer Widerstand (Windwiderstand) kann ebenfalls ein Faktor werden. Die Größe eines selbstkühlenden Lüfters oder Rotorlamellen könnte eine wichtige Überlegung sein.

Es gibt auch eine minimale kontinuierliche Drehzahl-/Drehmomentbegrenzung, die durch die Selbstkühlungsgrenzen auferlegt wird.

Gibt es "Faustregeln" für die Vorhersage des maximalen Dauerdrehmoments und der Drehzahl von Elektromotoren?

Ich habe auf dieser Seite eine "Faustregel" gesehen, von der ich glaube, dass sie für sehr kleine Gleichstrommotoren angegeben wurde. Ich glaube, es wurde in Prozent der maximal berechneten Joule-Erwärmung angegeben.

Ich kann mir vorstellen, dass Sie detaillierte Informationen (vielleicht eine Simulation numerischer Methoden?) Des Motors benötigen, um zu versuchen, seine thermische Grenze für das maximale Drehmoment vorherzusagen, richtig? Dasselbe gilt für die mechanischen Grenzen der Lager, ja?
Ja. Detaillierte Informationen sind erforderlich, aber gute Motorspezifikationen sollten die Grenzen aufzeigen. Als Minimum sollte das maximale Dauerdrehmoment oder die maximale Dauerleistung bei Nenndrehzahl vom Hersteller angegeben werden. Hersteller, die viele Motoren verkaufen, können die Spezifikationen durch Tests überprüfen. Vor Computern wurden die Bewertungen durch Handberechnungen vorhergesagt, aber es war sehr mühsam.
Welche Berechnungen wurden verwendet? Gibt es IEEE- oder NEMA-Standards, die diese Bewertungsvorhersageberechnungen erklären?
Ich habe ein Buch aus dem Jahr 1940, in dem Konstruktionsverfahren für bürstenbehaftete Gleichstrommaschinen mit gewickeltem Feld, Synchronmaschinen mit gewickeltem Feld und Induktionsmotoren mit gewickeltem Rotor vorgestellt werden. Es bietet viele Gleichungen, einige grafische Techniken und einige empirische Daten. Die anfängliche Präsentation für Gleichstrommaschinen erforderte 125 Seiten, einschließlich Darstellungen von Gleichungen und Verfahren für einzelne Aspekte des Designs. Die Ergebnisse eines Musterentwurfs, der für einen 15-PS-Gleichstrommotor vorgestellt wurde, enthält Zahlenwerte für etwa 100 Konstruktionsdetails. Die Präsentation des Musterdesigns erforderte 122 Seiten.

In der Dauerdrehmomentzone wird das Drehmoment begrenzt, da der Strom begrenzt ist. Und der Strom ist begrenzt, weil er zu einer Verlustleistung in den Flügeln führt. Dies liegt am Wicklungswiderstand. Die Verlustleistung beträgt I^2 * R. Bei vielen Motortypen, einschließlich Induktions- und BLDC-Motoren, sind Drehmoment und Strom proportional.

Bevor ich fortfahre, muss ich etwas erklären. In den meisten Fällen versuchen Induktionsmotoren, sich mit einer Geschwindigkeit zu drehen, die proportional zur zugeführten Wechselstromfrequenz ist (abzüglich eines kleinen Schlupfes). BLDC-Motoren sind synchron zur Kommutierungsfrequenz. Für beide gilt entlang der konstanten Drehmomentlinie von niedriger Drehzahl bis Nenndrehzahl die eingebaute Annahme in der von Ihnen gezeigten Grafik, dass Spannung und Frequenz zusammen hochgefahren werden. Anders gesagt, auf der Linie konstanten Drehmoments wird V/f konstant gehalten.

Es wird ferner angenommen, dass die Spannung von der Nenndrehzahl bis zur Höchstdrehzahl konstant auf der Nennspannung gehalten wird, während die Frequenz rampenförmig ansteigt, um die Motordrehzahl zu erhöhen. Da der Motor eine induktive Last ist, führt die zunehmende Frequenz bei fester Spannung zu einem verringerten Strom und somit zu einem verringerten Drehmoment.

Das erklärt hoffentlich alles.

Nehmen wir an, Sie betreiben einen Motor als Generator über der Höchstdrehzahl und jetzt wird ein Shunt-Widerstand als Last für den Motor angeschlossen, was passiert? Es muss ein Strom VMotor/R fließen, aber kann der Motor diesen Strom liefern?
@HansPeterLoft Wenn der Widerstand nicht zu klein ist, kann der Motor (jetzt ein Generator) den Strom liefern. Wenn der Widerstand zu klein ist, vielleicht nicht. Um den Motor zur Stromerzeugung zu verwenden, muss eine Antriebsmaschine vorhanden sein, beispielsweise ein Benzinmotor, der die Motorwelle zum Drehen zwingt. Die andere Frage ist also, kann die Antriebsmaschine genug Drehmoment liefern, um den Motor (Generator) am Laufen zu halten? Oder wird die Antriebsmaschine aufgrund des erhöhten Drehmomentbedarfs langsamer oder stoppt, sobald der Widerstand angeschlossen ist?
Okay, danke soweit. Das Szenario ist eigentlich ein Stromzerhacker, der die Spannung auf einen bestimmten Schwellenwert begrenzt. Nehmen wir an, der Motor ist auf einen Strom Iq1 begrenzt und jetzt erreicht die Generatorspannung die Hackspannung. Wenn der Zerhacker aktiviert ist, muss bei t=0 ein Strom von VMotor/R anliegen, aber durch die Induktivität des Motors kann sich der Strom nicht so schnell ändern, daher steigt der Strom langsam an und was ist mit der an den Zerhacker angelegten Spannung , die Spannung muss bei t=0 auf Iq1*R zusammenbrechen, richtig? Die Antriebsmaschine wird also ein zunehmendes Drehmoment erfahren, aber nicht sofort?
Iq1 im obigen Szenario wird zum Laden der Massenkondensatoren verwendet und ist der Strom bei t = 0
@HansPeterLoft Ich folge dir nicht. Am besten wäre es, eine ganz neue Frage zu stellen, denke ich. Stellen Sie sicher, dass Sie Ihrer Frage eine schematische und vollständige Erklärung hinzufügen. Im Allgemeinen können Sie den Motorstrom nicht sofort ändern. Wenn Sie es schnell ändern, müssen Sie außerdem eine große Spannungsspitze erzeugen oder aufnehmen.
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