0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что значит инерция двигателя

Иногда для настройки сервосистемы, контролирующей регулирование скорости, стоит выйти за рамки учебников.

Большинство инженеров припомнит, что главной темой на теории регулирования были способы избегания неустойчивости. Что плохого в подобных обсуждениях в стенах аудитории, так это то, что по большей части они абстрактны. В реальном же мире нестабильность является физическим явлением.

Нестабильность систем двигателей с регулируемой частотой вращения — именно такой случай. В принципе, она вызвана неконтролируемым и нежелательным вращением вала двигателя. Она может наблюдаться как на низких, так и на высоких частотах, и на высоких частотах она часто сопровождается звуком (обычно «рычанием»). Такая нестабильность вызвана чрезмерным усилением в регуляторе скорости вращения привода.

Настройка коэффициента усиления регулятора скорости вращения определяет число крутящих моментов привода. Соответственно, значение коэффициента усиления должно быть прямо пропорционально инерции нагрузки на вал двигателя.

Векторные приводы переменного тока, оснащенные регулированием скорости, редко сталкиваются с проблемой нестабильности. Но векторные приводы действительно могут достигать условий нестабильности, так как на практике большинство режимов сервосистем, включающих в себя позиционирование, более динамичны, чем тем, что только регулируют скорость. Более динамичные режимы требуют более высоких коэффициентов усиления регуляторов скорости вращения, что в свою очередь увеличивает возможность возникновения нестабильности.

Существует несколько факторов, увеличивающих шанс возникновения нестабильности привода. Кроме чрезмерного коэффициента усиления регулятора скорости вращения, к ним также относятся использование устройств обратной связи с низким разрешением (например, частотных преобразователей и импульсных кодирующих устройств), зазоры в зацеплении и механическая «развязка» нагрузки двигателя.

Как правило, ведущих инженеров обучают настройке регулятора скорости при помощи метода ступенчатого отклика. Этот метод заключается в запуске двигателя со скоростью, как правило, в 10-20% и ступенчатом изменении регулируемой величины скорости на 5-10%. Ступенчатое изменение создает скачек, на который должен ответить привод. Отслеживая поведения привода при ступенчатом изменении, инженеры измеряют степень преодоления приводом новой заданной скорости и быстроту его возвращения к значению скорости в установившемся режиме, равному ±0.5%. Многие инженеры учатся постепенно повышать усиление регулятора скорости до появления признаков нестабильности в реакции на скачек. Потом они постепенно уменьшают усиление, дабы избежать нестабильности.

Частой ошибкой является проведения данного теста только на одной скорости или только на скорости свыше 10% от полной скорости. В некоторых случаях система будет вести себя стабильно во время этих тестов, но будет подвержена нестабильности на более низких скоростях. Многие машины позволяют сервоприводам работать при нулевой или почти нулевой скорости и могут поддерживать данную скорость до начала производства. На этом этапе обычно и наблюдается нестабильность или «рычание».

Также учтите, что настройка привода обычно происходит во время ввода в эксплуатацию, когда машина новая, а механика налажена. В течение следующих нескольких месяцев большинство таких машин будут работать сотни часов, и их механика ослабеет. При вводе в эксплуатацию привод не был настроен на дополнительную податливость механике. Это объясняет тот факт, что нестабильность часто возникает через несколько месяцев после установки машины.

Работа с адаптивным усилением

Термин адаптивное усиление отсылает нас к автоматическому понижению усиления регулятора на низкой скорости и автоматическому увеличению коэффициента усиления при увеличении частоты вращения двигателя. Большинство сервоприводов имеют эту функцию.

Значение коэффициента усиления для регулятора скорости обычно обозначается Kp. Когда адаптивный Kp включен, Kp может изменять скорость двигателя.

Адаптивный Kp может помочь избежать проблемы возможной нестабильности на скоростях, близких к нулю. Особенно это помогает в случае с двигателями, которые могут работать на чрезвычайно низких скоростях и на заправочной или аварийной скорости. Большинство машин не производят материал при низких скоростях двигателя, так зачем же поддерживать высокое усиление без необходимости? Тем не менее, если сервопривод всегда ускоряется до высоких оборотов сразу после включения, адаптивное усиление может быть не столь критичным.

Еще одним фактором, который может привести к нестабильности на низких скоростях, является устройство обратной связи по скорости с слишком низким разрешением. Разрешение – это способность устройства обратной связи обнаруживать небольшие изменения в угловом положении вала двигателя. Серводвигатели обычно не используют импульсные датчики для обратной связи по скорости. Часто устройством обратной связи с низким разрешением является преобразователь. Системы, использующие обратную связь с высоким разрешением, обычно используют оптический кодер, также называемый sin / cos или инкрементальный кодер.

Кто-то может не согласиться с тем, что мы отнесли преобразователь к устройствам с низким разрешением, поскольку он имеет аналоговый выход, который теоретически должен иметь бесконечные инкрементные значения на один оборот. Верно, но реальность такова, что современные сервоприводы обрабатывают аналоговые сигналы при помощи аналого-цифровых преобразователей, дабы использовать позиционную информацию. Это ограничение приводит к тому, что большинство преобразователей имеют менее 10 000 повышений/оборотов.

В отличие от них, оптические энкодеры sin / cos передают 2048 синусоидальных волн и 2048 косинусоидальных волн при каждом обороте. Приводная электроника обычно сэмплирует каждую волну с высокой скоростью, эффективно обрабатывая более 1,000,000 повышений / оборотов. Этот коэффициент увеличения разрешения на 100 упрощает задачу настройки двигателя.

Чтобы понять, почему разрешение является критическим фактором, нужно разобрать, как работает регулятор скорости. Регулятор скорости обычно представляет собой пропорционально-интегральный регулятор, вход которого – это разница между значениями заданной скорости и фактической скорости (энкодера). Выходной сигнал регулятора скорости представляет собой команду, которая генерирует заданный крутящий момент. Он определяет, какое усилие будет прилагать вал двигателя на его нагрузку. Поэтому команда на создание вращающего момента на двигатель прямо пропорциональна разнице между фактической скоростью и заданной скоростью. Для плавной регулировки нагрузки двигателя входной сигнал регулятора скорости никогда не должен мгновенно принимать большое значение.

Нынешние сервоприводы оснащены регуляторами скорости, которые обновляются раз на каждые 100 — 200 мкс. В качестве конкретного примера предположим, что регулятор скорости в 125 мкс двигателя работает со скоростью 30 об / мин. Это означает, что вал двигателя вращается 0.023 ° в 125 мкс. Обычный регулятор с разрешением 10000 импульсов выдает 27,78 импульсов / градус, или 0,625 импульсов / 125 мкс. Другими словами, преобразователь может не выпускать импульс во время обновления заданной скорости.

Таким образом, при этой низкой скорости обратная связь преобразователя может не регистрировать разницы в угловом положении при последовательном сканировании регулятора скорости. Регулятор думает, что диск не переместился за время предыдущих 125 мкс. Это заставляет регулятор скорости немедленно генерировать большой выходной сигнал, пытаясь уменьшить принятую разность скоростей на входе.

Во время последующего сканирования регулятора происходит инкрементное изменение. Затем регулятор уменьшает свой выходной сигнал, так как меньше ощущается разница в заданной и фактической скорости.

Очевидно, что данное поведение может привести к неустойчивым движениям на низкой скорости. Чтобы избежать этого нежелательного последствия, инженер, настраивающий привод, должен поддерживать коэффициент усиления регулятора скорости на достаточно низком уровне. Низкое усиление замедляет время отклика контроллера. Затем, после двух сканирований, до того, как энкодер регистрирует одно инкрементное изменение положения вала, контроллер откладывает свой ответ достаточно долго для того чтобы увидеть новый импульс во время следующего сканирования.

Это минимизирует неустойчивые движения, но иногда и вызывает новую проблему: предположим, что двигатель должен быстро остановить нагрузку. Примером может служить машина, в которой при нажатии на кнопку толчкового режима машина начинает двигаться на низкой скорости вместо того, чтобы остановиться сразу после нажатия кнопки толчкового режима. Вы можете остановить большую нагрузку с быстрым впрыском отрицательного крутящего момента только динамическим способом. Для этого потребуется регулятор скорости с быстрым временем реакции. Если устройство обратной связи ограничивает усиление регулятора, подобная резкая остановка может оказаться невозможной. Замена энкодера на модель sin / cos позволит дизайнерам увеличить регулятор скорости на целых 300%.

Читать еще:  Что такое дроссельная характеристика двигателя

Преобразователи менее дорогие и более долговечные, чем оптические кодеры, поэтому они всегда будут использоваться в серводвигателях. Тем не менее, разработчики должны учитывать все сценарии при настройке серводвигателя и устройства обратной связи. Проверено, что устройство обратной связи должно выдавать от 5 до 10 импульсов при наименьшем числе оборотов в минуту во время сканирования регулятора скорости.

Механическая развязка

Развязка имеет место в тех случаях, когда участок механического сцепления изменяется так, что заставляет мотор ощущать изменения в инерции нагрузки. Примерами развязки являются скручивание вала, изгиб механической муфты, эластичность в зубчатом ремне и зазор шестерни.

По мере повышения коэффициента усиления регулятора скорости команды привода и реакция двигателя становятся более жесткими или синхронизированными. «Жесткость» этой команды-реакции между приводом и двигателем очень напоминает механическую жесткость. Фактически, когда жесткость приводного двигателя превышает жесткость любых механических связей, эти связи «развязываются».

Приведенный график Боде показывает примеры развязки. Поскольку частота возрастает логарифмически слева направо, существует точка минимума с частотой в 29 Гц. Это — естественная частота или частота «заторможенного ротора». Пик в 53 Гц — это полюсная частота.

Если бы график Боде имел только такие пики и точки минимума, эта система называлась бы системой двух масс. Две массы служили бы инерцией ротора двигателя и инерцией нагрузки. Линия графика ниже 29 Гц представляет характеристики двигателя. Линия графика выше 53 Гц представляет характеристики нагрузки. Участок графика между 29 и 53 Гц представляет собой развязанную область. Привод не может управлять системой на этих частотах, поэтому в идеале лучше оставить эти развязанные частотные области на минимуме.

В этом примере диапазон частот развязки минимален, так как наклон линии, идущей от точки минимума к вершине, близок к вертикали. Очевидно, что чем больше частотный зазор между точкой минимума и пиком, тем ниже наклон и тем больше диапазон частот, которые привод не может контролировать. Этот зазор регулируется коэффициентом инерции.

В приведенном ниже уравнении Fn — это частота точки минимума, а Fp — частота соответствующего ей пика, оба измеряются в Гц. Чем больше отношение инерции двигателя к инерции нагрузки, тем дальше расстояние между точкой минимума и пиком.

Где J — значения инерции двигателя и нагрузки. Jload = отраженная инерция нагрузки на двигатель.

Мы проиллюстрируем концепцию разъединения при помощи аналогии. Представьте, что вы в протянутой руке держите один конец резинки. На другом конце резинки находится шарик весом в 1 фунт, висящий под силой тяжести. Если вы будете плавно поднимать и опускать свою руку, вы почувствуете изменение нагрузки, как будто бы вес мяча будет меняться. Когда резинка растягивается, шарик кажется тяжелее. Когда резинка сжимается, шарик кажется легче. Тоже самое происходит и с двигателем, когда вал крутится, муфта сгибается, а пояс растягивается. Эти изменения являются линейными, и тут аналогия верна. Однако, боковой зазор нелинейный, и тут упомянутая аналогия не выдерживает критики.

Чтобы представить себе боковой зазор, возьмем тот же шарик в 1 фунт и резинку. Однако, на этот раз разрежьте резинку таким образом, чтобы вы моментально ощущали изменение от 1 фунта до нуля. Ваша рука может дергаться некоторое время, пока ваши мышцы рук не приспособятся к отсутствию веса. Когда вы приспосабливаетесь к этому состоянию отсутствия нагрузки, резинка магическим образом сокращается, и вы сразу же ощущаете шарик в 1 фунт. На этот раз ваша рука может опуститься вниз, пока ваши мышцы не привыкнут к новому весу.

Независимо от того, является ли развязка линейной или нелинейной, ее результат — изменение нагрузки на вал двигателя. Регулятор привода стабилен, когда коэффициент усиления регулятора скорости соответствует инерции подключенной нагрузки. Когда секции механической нагрузки развязываются, вал двигателя получает меньшую инерцию. Коэффициент усиления регулятора больше не соответствует требуемому, поскольку он получает меньшую инерцию. Если развязывается достаточное количество нагрузки, коэффициент усиления к инерции может достигнуть уровня нестабильности. Нелинейная развязка (боковой зазор) — наихудший вид развязки, потому что получаемое значение инерции изменяется столь радикально.

Как уже было отмечено, чрезмерное усиление регулятора скорости приводи к нестабильности сервосистемы. Однако снижение усиления зачастую не является хорошей альтернативой. Нам необходим систематический подход к определению наилучшего средства защиты от нестабильности.

Уменьшение усиления или использование адаптивного усиления в регуляторе скорости, является, наверное, наиболее распространенным способом борьбы с нестабильностью. Увеличение коэффициента усиления свыше значений, обеспечивающих необходимый уровень производительности, приносит некоторые плоды. Если привод достигает необходимой точки с коэффициентом усиления, равным 80, зачем нам увеличивать коэффициент усиления до 110, даже если система все еще будет стабильна? Этот дополнительное усиление лишь подвергает механику системы нагрузке.

Устройства обратной связи с низким разрешением широко используются благодаря их низкой стоимости и долговечности. Если двигатель всегда работает на высоких оборотах, и настройки усиления дают необходимый эффект, обратная связь с низким разрешением, в принципе, может использоваться. Однако имейте в виду, что более низкое разрешение может ограничить ваши настройки усиления и привести к нестабильности на низких оборотах.

В конце следует отметить, что коэффициенты инерции — это не просто цифры, которые производители серводвигателей написали, чтобы заставить вас покупать более крупные двигатели. Значения отношений, от которых вы должны отталкиваться при выборе двигателя, зависят от режима и профиля движения, с которым должен работать мотор. Цель в 10: 1 для всех режимов может быть дорогой и ненужной, поэтому перед выбором двигателя вам необходимо узнать профиль движения. Одно из преимуществ низкого коэффициента инерции — меньше шансов столкнуться с проблемными резонансами.

Метод крутильных колебаний

Суть данной методики заключается в следующем: ротор электромашины подвешивают на стальной проволоке за конец вала. Второй конец проволоки жестко закрепляют на опоре, как показано на рисунке ниже (а):

При таком определении момента инерции нужно строго обеспечить вертикальность оси вала ротора. После чего ротор, подвешенный на проволоке, закручивают на определенный угол и подсчитывают количество полных колебаний z, которые ротор совершит за какой – то промежуток времени t. Период полного колебания, если пренебречь затуханием, можно представить:

Где k – направляющий момент проволоки (момент, вызывающий закручивание проволоки на 1 радиан). Если мы знаем k, то момент инерции ротора можно определить из следующего выражения:

k можно определить исходя из размеров проволоки:

Где Е – модуль кручения для материала проволоки в кГ/см 2 ;

r и l – радиус и длина проволоки в см соответственно.

Так как формула не дает точного значения k, более точно можно определить его из опыта. Для этого нужно измерять вращающий момент М, необходимый для закручивания проволоки на угол α. Тогда:

Но еще проще произвести определение момента инерции на основе двух опытов крутильных колебаний ротора. Для этого измеряют продолжительность полного колебания как указано выше. Второе измерение периода колебания ротора производят с прикрепленным к нему телом, момент инерции которого известен Jдоб. Как вариант, это может быть диск с известными геометрическими размерами и весом или рычаг с грузами на концах (рис. выше б). если Т – период колебаний одного ротора, а Т / — с добавочным грузом, тогда получим выражение:

Благодаря пропорциональности между углом отклонения и направляющим моментом угол первоначального закручивания может быть взят произвольным.

История

Древнегреческие учёные, судя по дошедшим до нас сочинениям, размышляли о причинах совершения и прекращения движения. В «Физике» Аристотеля (IV век до н. э.) приводится такое рассуждение о движении в пустоте [7] :

Читать еще:  Ваз двигатель 124 как слить тосол
Никто не сможет сказать, почему [тело], приведенное в движение, где-нибудь остановится, ибо почему оно скорее остановится здесь, а не там? Следовательно, ему необходимо или покоиться, или двигаться до бесконечности.

Однако в другом труде «Механика», приписываемом Аристотелю, утверждается [8] :

Движущееся тело останавливается, если сила, его толкающая, прекращает своё действие.

Наблюдения действительно показывали, что тело останавливалось при прекращении действия толкающей его силы. Естественное противодействие внешних сил (трения, сопротивления воздуха и т. п.) движению толкаемого тела при этом не учитывалось. Поэтому Аристотель связывал неизменность скорости движения любого тела с неизменностью прилагаемой к нему силы.

Только через два тысячелетия Галилео Галилей (1564—1642) смог исправить эту ошибку «аристотелевской физики». В своем труде «Беседы о двух новых науках» Галилей писал [8] :

…скорость, однажды сообщенная движущемуся телу, будет строго сохраняться, поскольку устранены внешние причины ускорения или замедления, — условие, которое обнаруживается только на горизонтальной плоскости, ибо в случае движения по наклонной плоскости вниз уже существует причина ускорения, в то время как при движении по наклонной плоскости вверх налицо замедление; из этого следует, что движение по горизонтальной плоскости вечно.

Это суждение нельзя вывести непосредственно из эксперимента, так как невозможно исключить все внешние влияния (трение и т. п.). Поэтому здесь Галилей впервые применил метод логического мышления, базирующийся на непосредственных наблюдениях и подобный математическому методу доказательства «от противного». Если наклон плоскости к горизонтали является причиной ускорения тела, движущегося по ней вниз, и замедления тела, движущегося по ней вверх, то при движении по горизонтальной плоскости у тела нет причин ускоряться или замедляться — и оно должно пребывать в состоянии равномерного движения или покоя.

Таким образом, Галилей просто и ясно доказал связь между силой и изменением скорости (ускорением), а не между силой и самой скоростью, как считали Аристотель и его последователи. Это открытие Галилея вошло в науку как закон инерции. Однако Галилей допускал свободное движение не только по прямой, но и по окружности (видимо, из астрономических соображений). В 1638 году итальянец Балиани уточнил закон инерции, указав, что при полном отсутствии внешних воздействий естественной траекторией движения тела является прямая. В современном виде закон инерции сформулировал Декарт. Ньютон включил закон инерции в свою систему законов механики как первый закон.

Супермаховик Гулиа

Теперь, после достаточно долгого введения и предысторий, поговорим непосредственно о супермаховиках и о том, как они помогают сохранять энергию, не имея в составе каких-либо химических соединения для этого.

Нурбей Гулиа — создал и продвигает идею супермаховика, как накопителя энергии.

Супермаховик представляет собой один из типов маховиков, предназначенный для накопления энергии. Он специально сделан так, чтобы накапливать как можно больше энергии без необходимости применения по другому назначению.

Такие маховики тяжелые и очень быстро крутятся. Из-за того, что скорость вращения очень высокая, есть риск разрежения конструкции, но это тоже продумано. Сам маховик состоит из намотанных витков стальной пластичной ленты или из композитных материалов. Кроме того, что такая конструкция прочнее монолитной, она еще разрушается постепенно. То есть, при отслоениях маховик просто будет тормозиться и запутается в своих же частях. Думаю, не стоит объяснять, что разрыв маховика, который вращается со скоростью в десятки тысяч оборотов в минуту и весит минимум десятки килограмм, чреват очень серьезными последствиями.

Кроме этого, для обеспечения еще большей безопасности можно поместить систему с таким маховиком в бронекапсулу и закопать ее на несколько метров в землю. В этом случае движущиеся элементы точно никак не смогут навредить человеку.

Дополнительным плюсом использования бронекапсулы будет создание в ней вакуума, который позволит существенно снизить воздействие внешних сил на движение. Проще говоря, так можно свести к минимуму или вообще убрать сопротивление газовой среды (в обычном случае воздуха).

Так устроен супермаховик Гулиа.

В качестве дополнительных сил, мешающих вращению, еще выступает сопротивление подшипников, на которых установлен маховик. Но его можно установить на магнитный подвес. В этом случае силы воздействия сведены к такому минимуму, которым можно пренебречь. Именно по этой причине такие маховики способны крутиться месяцами. Кроме этого, магнитный подвес позволяет не задумываться об износе системы. Изнашивается только генератор.

Именно генератор и является тем элементом, который позволяет выработать электричество. Он просто подключается к маховику, и получая переданное им вращение вырабатывает электричество. Получается аналог обычного генератора, только для этого не надо сжигать топливо.

Чтобы получать еще больше интересной информации из мира высоких технологий, подписывайся на наш новостной канал в Telegram.

Для накопления энергии в то время, когда нет нагрузки, маховик раскручивается и тем самым “держит заряд”. Собственно, возможен и комбинированный вариант по аналогии с обычными аккумуляторами, которые могут одновременно отдавать энергию и заряжаться сами. Для раскрутки маховика используется мотор-генератор, который может как раскручивать маховик, так и забирать энергию его вращения.

Такие системы актуальны для накопления энергии в домохозяйствах и в системах зарядки. Например, подобная система по задумке инженеров Skoda должна использоваться для зарядки автомобилей. Днем маховик раскручивается, а вечером отдает заряд в электромобили, не нагружая городскую сеть в вечернее и ночное время. При этом можно заряжаться медленно от одного маховика или быстро от нескольких, с которых будет “сниматься” больше электричества.

OLED vs QLED

Премиальные телевизоры обоих компаний отличаются от прочих серий типом матрицы. У Samsung используется фирменная моторесурс под названием QLED, у LG – OLED.

По сути, своевременный QLED телевизор — это тот же LED, но с добавлением до этого часа одного слоя светофильтров на основе квантовых точек. Это позволяет принимать лучшее качество изображения по цвету, контрастности, яркости, динамическому диапазону. Принадлежность картинки здесь высочайшего уровня, матрицы начинаются от 49 диагонали. Возле этом стоимость технологии относительно доступная.

OLED матрица основана бери органических светодиодах. Под действием тока они сами излучают свет – это значит, что свет не рассеивается. Поэтому яркость тогда выше, и из этого вытекают преимущества по цветопередаче, контрастности, и, чего важнее, только OLED матрицы способны передавать настоящий черный качество. Такие матрицы тоньше, расходуют меньше энергии, показывают лучший резонанс, что важно в играх, но есть и минусы. Срок службы у них будет, производство дороже, поэтому OLED экраны начинаются от 55 диагонали.

Резюме следующий: по показателям OLED лучше, но в реальности восприятие у каждого человека отличается. Оттого конечный выбор стоит делать на основе личной оценки изображения обеих типов матриц.

§ 18. Инерция

Наблюдения и опыты показывают, что скорость тела сама по себе измениться не может.

Футбольный мяч лежит на поле. Ударом ноги футболист приводит его в движение. Но сам мяч не изменит свою скорость и не начнёт двигаться, пока на него не подействуют другие тела. Пуля, вложенная в ружье, не вылетит до тех пор, пока её не вытолкнут пороховые газы.

Таким образом, и мяч, и пуля не меняют свою скорость, пока на них не подействуют другие тела.

Футбольный мяч, катящийся по земле, останавливается из-за трения о землю.

Пуля, прошедшая сквозь фанерную мишень, уменьшает свою скорость, так как на неё подействовала мишень.

Тело уменьшает свою скорость и останавливается не само по себе, а под действием других тел.

Под действием другого тела происходит также изменение направления скорости.

Теннисный мяч меняет направление движения в результате удара о ракетку. Шайба после удара о клюшку хоккеиста также изменяет направление движения. Направление движения молекулы газа меняется при соударении её с другой молекулой или со стенками сосуда.

Читать еще:  Чем отмыть двигатель грузовика

Значит, изменение скорости тела (величины и направления) происходит в результате действия на него другого тела.

Проделаем опыт. Установим наклонно на столе доску. Насыплем на стол, на небольшом расстоянии от конца доски, горку песка. Поместим на наклонную доску тележку. Тележка, скатившись с доски на стол и попав в песок, быстро останавливается (рис. 41, а). На своём пути тележка встречает препятствие в виде горки песка. Скорость тележки уменьшается очень быстро. Её движение неравномерно.

Выровняем песок и вновь отпустим тележку с прежней высоты. Теперь тележка пройдёт большее расстояние по столу, прежде чем остановится (рис. 41, б).

Её скорость изменяется медленнее, а движение становится ближе к равномерному.

Если совсем убрать песок с пути тележки, то препятствием её движению будет только трение о стол. Тележка до остановки пройдет ещё большее расстояние (рис. 41, в). В этом случае её скорость уменьшается ещё медленнее, а движение становится ещё ближе к равномерному.

Итак, чем меньше действие другого тела на тележку, тем дольше сохраняется скорость её движения и тем ближе оно к равномерному.

Как же будет двигаться тело, если на него совсем не будут действовать другие тела? Можно ли это установить на опыте? Тщательные опыты по изучению движения тел были впервые проведены Г. Галилеем. Они позволили установить, что если на тело не действуют другие тела, то оно находится или в покое, или движется прямолинейно и равномерно относительно Земли.

  • Явление сохранения скорости тела при отсутствии действия на него других тел называют инерцией.

(Инерция — от лат. инерциа — неподвижность, бездеятельность.)

Таким образом, движение тела при отсутствии действия на него других тел называют движением по инерции.

Например, пуля, вылетевшая из ружья, продолжала бы двигаться, сохраняя свою скорость, если бы на неё не действовало другое тело — воздух. Вследствие этого скорость пули уменьшается. Велосипедист, перестав работать педалями, продолжает двигаться. Он смог бы сохранить скорость своего движения, если бы на велосипед не действовало трение. Следовательно, скорость его уменьшается и он останавливается.

Итак, если на тело не действуют другие тела, то оно находится в покое или движется с постоянной скоростью.

  • 17.06.21, 11:34
  • автономное электричество, бтг, электричество на даче

Вероятно вы много слышали об автономных электрогенерирующих системах с маховиками и без таковых, мотор-генераторного типа. Смотрели массу роликов. Слышали многочисленные заключения экспертов. Вам будут многочисленно врать про противоЭДС, и закон сохранения энергии, что сие невозможно. Да и действительно возьми мотор и генератор подключи к друг другу механически и электрически и в результате ничего не будет.

Есть такой эпизод в 2019 году американская компания Inductance Energy Corporation (IEС) презентовала свой Earth Engine (земной двигатель).

[ В настоящее время IE разработала, изготовила и устанавливает от 7,5 до 25-киловаттные двигатели/генераторы, способные приводить в движение до 4000 фунтов инерционной мощности и производить свыше 25 киловатт. ].

Конструкция состоит из двух массивных маховиков, разгонной электромагнитной системы, и съема через магнитную без контактную передачу на генератор. Они не продают свои «двигатели», они продают энергию производимую на установках.

Описание работы самих авторов: «Мы “толкаем” большую массу, управляя магнитным полем. Когда два противоположных источника топлива (магнитные поля), приводящие в движение массу маховика, находятся в правильном положении, двигатель запускает небольшой электромагнитный заряд мощностью около 52 Вт. Этот заряд позволяет противоположным источникам топлива “видеть” друг друга и может создавать значительную силу для вращения большой маховой массы. Эта инерция вращающейся массы затем передается через отдельную магнитную связь к генератору, который производит электрическую энергию. Эту силу можно также использовать механически.»

К примеру вот такие установки

имеют все тот же принцип, отличается только или генератор на одной оси и разгонный модуль без контактный магнитной передачи, или разгонный модуль с генераторами. Американцы и не скрывают, что у них особый алгоритм работы генератора. Все мои изыскания пришли именно к данной конструкции. Там нет новых знаний, все сугубо на основании академической физики и инженерного расчета.

Допустим, у нас есть однофазный генератор, аксиального типа без сердечников, катушки статора залиты полимерной смолой. Параметры: напряжение 27В, мощность 1,47 кВт, частота вращения 600 об / мин, диаметр осевой линии витков 0,39 м. Мы можем рассчитать его электромагнитный момент:

T = 9550 * Вт / об / мин = 9550 * 1,47 кВт / 600 об / мин = 23 Нм.

Если мы проверим по другим формулам исходя из формул Силы Ампера и Электромагнитной Силы катушек. Рассчитать электромагнитный момент так просто не выйдет т.к. нужно использовать формулы СИЛЫ АМПЕРА [Fа = B*I*L*sin] и ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СИЛЫ катушек генератора [Fэ = ((n*I)2* *S)/(2*lср2)]. Для этого уже необходимо учитывать конструктивные особенности. С учетом конструктивных особенностей мы получим следующие параметры: Fa = 16 Ньютонов, и Fэ = 103 Ньютона. Зная радиус вектор R (1/2D) = 0.39/2=0.195 метров получим значение электромагнитного момента генератора:

T = (Fа + Fэ) * R , получаем T = (16 + 103) * 0,195 = 23,2 Нм

Мы видим, что результаты расчетов такие же. Если амперная сила никуда не денется при взаимодействии с магнитным потоком полюса, то электромагнитная сила катушек может быть нейтрализована. Снизим его до значения силы тока (силы Ампера) в жгуте проводов катушки:

T = (16 + 16) * 0,195 = 6,24 Нм, при этом общая мощность генератора остается прежней 1,47 кВт

Чисто теоретически остается рассчитать мощность приводного двигателя для преодоления полученного электромагнитного момента генератора:

W = T * об / мин * 1,2 / 9550 = 6,24 * 600 * 1,2 / 9500 = 0,47 кВт

При этом традиционно для вращения классического генератора потребуется приводная минимальная мощность, равная:

W = T * об / мин * 1,2 / 9550 = 23 * 600 * 1,2 / 9500 = 1,73 кВт

В своей книге я рассматриваю несколько вариантов создания таких энергогенерирующих машин. В приложении есть калькулятор в Excel для самостоятельных расчетов

Если кто то подумает что я открываю что то новое, ошибаетесь это все уже давно изобретено, и производится идут попытки поисков. Я же отработал вариант расчета оптимальной конструкции. Потому что нет универсального генератора, его можно рассчитать только на одну частоту вращения, при которой у него будут самые оптимальные показатели.

Основным на мой взгляд является генератор с конструктивными решениями по снижению такого параметра как электромагнитный момент генератора.

Вторым немаловажным моментом является затраты на вращение. И тут мы обращаем наш взор к инерции массы, к такому элементу как маховик. Для конструкторов далеко не секрет, что инерционный ротор электромотора уменьшает затраты на вращение при выполнении работы с нагрузкой. Справедливости ради, нужно отметить что массивный ротор имеет и свои недостатки это пуск и торможение. Основные моменты работы электродвигателя. Пуск требует большие мощности а торможение сопряжено с реактивной ЭДС, которая начинает генерироваться в пусковой цепи электромотора.

Момент инерции инерции ротора и маховика можно определить различными расчетными методиками, к примеру инженерная для ротора электромотора: Jэм = GD2 /4 (N*m^2), и момент инерции массивного диска Jмax = 1/2 mR^2 (kg*m^2). Особенность на которую не специалист мало обращает внимания: Суммарный момент инерции механизма состоит из момента инерции двигателя и момента инерции механической части механизма (к примеру маховика). Момент инерции с моментом силы связан выражением M = J, а суммарный момент силы (крутящий момент) системы равет сумме моментов силы.

Так же имеет значение инерционная масса роторных элементов так собственно и маховика, в книге привожу пример использования в этого феномена промышленности в конструкциях кривошипных прессов.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector