लेख मोटर शाफ्ट के यांत्रिक ब्रेकिंग के दौरान ऊर्जा संरक्षण में वृद्धि की संभावना पर विचार करता है। प्रयोग के परिणामों से पता चला है कि मैकेनिकल ब्रेकिंग के दौरान एक घूर्णन स्टेटर के साथ एक इलेक्ट्रिक मोटर के नए डिजाइन में ऊर्जा दक्षता स्थिर स्टेटर के साथ इसी तरह की इलेक्ट्रिक मोटर की तुलना में 2.5 गुना अधिक है।
यह ज्ञात है कि ब्रेकिंग के दौरान एक इलेक्ट्रिक मोटर बिजली पैदा कर सकती है। इस तरह की ब्रेकिंग का उपयोग इलेक्ट्रिक कारों, ट्राम, ट्रॉलीबस, इलेक्ट्रिक ट्रेनों, ट्रेनों के साथ-साथ सेंट्रीफ्यूज और उत्थापन और परिवहन उपकरणों (क्रेन, होइस्ट, लिफ्ट) आदि में किया जाता है, लेकिन मैकेनिकल ब्रेक मोड में उत्पन्न बिजली की मात्रा अपेक्षाकृत कम होती है। ।
एक हाइब्रिड के लिए एक यांत्रिक (घर्षण) ब्रेक के साथ एक साथ प्राप्त की गई ऊर्जा के एक मोड को चिह्नित करने वाले आरेख। ग्राफ यहाँ से लिया गया है ।यह नोट किया गया था कि मोटर का स्टेटर ब्रेकिंग के दौरान घूम सकता है, यदि आप इसे ऐसा करने का अवसर देते हैं, उदाहरण के लिए, इसे एक असर में डाल दें। इस तरह के घूमने वाले स्टेटर की ऊर्जा का उपयोग करने के लिए विचार आया, अर्थात्। यहां मैकेनिकल ब्रेकिंग के कारण रोटर एक स्टेटर के रूप में कार्य करेगा, और एक घूर्णन स्टेटर रोटर के रूप में कार्य करेगा। इस प्रक्रिया की एक सशर्त छवि वीडियो में दिखाई गई है, पहले सशर्त रोटर शाफ्ट पर लोड के साथ घूमता है, फिर सशर्त स्टेटर:
स्वाभाविक रूप से, शाफ्ट पर सही क्षण प्राप्त करने के लिए, इसका स्टेटर स्थिर होना चाहिए। स्टेटर घुमाव की गति, मैकेनिकल ब्रेकिंग के साथ, शाफ्ट पर प्राप्त क्षण, स्टेटर की जड़ता का क्षण और घर्षण क्षण, जिस पर स्टेटर रोटेशन निर्भर करता है, पर निर्भर करेगा। यानी सूत्र जो स्टेटर के रोटेशन का वर्णन करता है, उसे इस तरह दिखना चाहिए:
- स्टेटर के कोणीय (घूर्णी) त्वरण
- ब्रेकिंग से पहले कोणीय (घूर्णी) शाफ्ट त्वरण
- स्टेटर की जड़ता का क्षण
- शाफ्ट की जड़ता का क्षण
- स्टेटर रोटेशन पर घर्षण क्षण अभिनय
आइए प्रयोग के बारे में अधिक विस्तार से वर्णन करें। प्रयोगात्मक सेटअप किया गया था:
इसमें एक पोर्टेबल प्लेटफॉर्म शामिल था जिस पर एक इलेक्ट्रिक मोटर, ब्रेक और मापने के उपकरण लगाए गए थे। 250 W की शक्ति के साथ स्थायी चुंबक उत्तेजना के साथ एक इलेक्ट्रिक मोटर के लिए, पीसीबी से बना एक एडाप्टर डाला गया था जिसमें एक स्टील पिन को पेंच किया गया था, पिन को आवास असर में डाला गया था, एडेप्टर ने स्टेटर को मोटर शाफ्ट को ब्रेक लगाने पर असर में घुमाने की अनुमति दी, और वैकल्पिक रूप से, बाद की तुलना के लिए। सम्मिलित स्टॉप की मदद से स्टेटर को छोड़ दें।
300 मिमी के व्यास और 10 मिमी की मोटाई के साथ एक एल्यूमीनियम डिस्क को इलेक्ट्रिक मोटर के शाफ्ट से जोड़ा गया था, और बदले में डिस्क पर एक मैनुअल मैकेनिकल ब्रेक स्थापित किया गया था।
मैकेनिकल ब्रेकिंग के दौरान, पुनर्प्राप्ति ऊर्जा एक पीसीएस 250 दो-चैनल यूएसबी आस्टसीलस्कप को आपूर्ति की गई थी, आस्टसीलस्कप ने इस ऊर्जा का मान कंप्यूटर को दिया था।
ऊर्जा को मापने के लिए, 1 ओम के प्रतिरोध के साथ कई प्रतिरोधक, 20 और 100 डब्ल्यू की शक्ति एक दूसरे के साथ समानांतर में जुड़े हुए थे, जो सर्किट में वर्तमान की गणना करने के लिए उपयोग किए गए थे, ऑसिलोस्कोप के दूसरे चैनल पर स्थापना से जुड़े थे।
शाफ्ट के मैकेनिकल ब्रेकिंग के दौरान ऊर्जा पुनर्प्राप्ति ऊर्जा की रिकॉर्डिंग दो मोड में की गई, जिसमें नॉन-रोटेटिंग स्टेटर और रोटेटिंग स्टेटर था। इन दो मोडों के लिए, डिस्क रोटेशन आवृत्ति का एक ही अधिकतम अंतराल चुना गया था जिस पर प्रयोगात्मक डेटा दर्ज किए गए थे; यह अंतराल 500 से 600 आरपीएम तक था। कुल मिलाकर, प्रत्येक मोड के लिए 12 माप किए गए थे।
परिणामस्वरूप, प्रसंस्करण के लिए प्रत्येक मोड के लिए 8 माप लिए गए थे। ताकि ब्रेकिंग से पहले अधिकतम शाफ्ट गति के अंकगणितीय माध्य मान, दो मोड के लिए लगभग समान थे।
मानक विचलन (प्रत्येक मोड के लिए अलग-अलग) की गणना करके, प्राप्त की गई ऊर्जा के परिणामों को समाप्त कर दिया गया, जो कि विश्वास अंतराल के भीतर नहीं आया।
घूर्णन स्टेटर के लिए, स्थिर स्टेटर 559.1 (आरपीएम) के लिए अंकगणितीय माध्य 558.5 (आरपीएम) था।
घूर्णन स्टेटर के लिए यांत्रिक ब्रेकिंग के दौरान पुनर्प्राप्ति की प्राप्त ऊर्जा का अंकगणितीय माध्य मान 5.3 J था, जो स्टैटिक 2.04 जे के लिए था।
परीक्षणों की संख्या और दो मोड के लिए प्राप्त ऊर्जा की संख्यायह यांत्रिक ब्रेकिंग के दौरान उत्पन्न पुनर्प्राप्ति ऊर्जा की ध्रुवता की प्रकृति पर ध्यान देने योग्य है, एक नई मोटर में, वोल्टेज ने इसकी ध्रुवता को विपरीत में बदल दिया:
और स्थिर स्टेटर के साथ एक डिजाइन में, वोल्टेज ने अपनी ध्रुवता को नहीं बदला:
यांत्रिक ब्रेकिंग के छायांकित क्षेत्र को आंकड़ों में दिखाया गया है। टी (समय) के लिए तरंग पर एक सेल 200 एमएस है, यू (वोल्टेज) के लिए यह 0.2 वी है।रिवर्स पोलरिटी ऊर्जा का उपयोग करने के लिए, आप इन उद्देश्यों के लिए पोलरिटी स्विच का उपयोग कर सकते हैं।
यह भी ध्यान देने योग्य है कि मैकेनिकल ब्रेकिंग के बिना एक मोड में एक घूर्णन स्टेटर के साथ रिकवरी कम होगी, इसलिए, मैकेनिकल ब्रेकिंग से पहले स्टेटर रोटेशन का "ऑन" समय जितना संभव हो उतना छोटा होना चाहिए, लेकिन इतना है कि रोटेटर से रोटेशन ऊर्जा स्टेटर को पास करती है। ऑसिग्लोग्राम से देखते हुए, लगभग 100 एमएस का एक समय पर्याप्त था, और इस समय की अवधि में कोई महत्वपूर्ण नुकसान दिखाई नहीं दे रहा है, संभवतः यांत्रिक ब्रेक के समय को कम करना संभव है। गैर-यांत्रिक ब्रेकिंग के दौरान नुकसान को कम करने के लिए घूर्णन स्टेटर के ऊपर एक दूसरा स्टैटिक स्टेटर बनाने के लिए विचार थे, लेकिन यह इलेक्ट्रिक मोटर के डिजाइन को जटिल करेगा।
इस विकास से पहले, एक अनुक्रमिक उत्तेजना इलेक्ट्रिक मोटर के साथ एक डिजाइन था, जिसमें शाफ्ट के यांत्रिक ब्रेकिंग के दौरान स्टेटर भी घुमावों को पूरा करता था।
निष्कर्ष: घूर्णन स्टेटर के साथ शाफ्ट के मैकेनिकल ब्रेकिंग के साथ इंजन के प्रयोगात्मक डिजाइन में, स्थिर स्टेटर की तुलना में 2.5 गुना अधिक वसूली ऊर्जा प्राप्त की जाती है, जो मैकेनिकल ब्रेकिंग मोड में इलेक्ट्रिक मोटर्स की ऊर्जा बचत को बढ़ाने की संभावना को स्पष्ट रूप से दर्शाती है। यहां ब्रेकिंग से पहले शाफ्ट के घूमने की गति से अधिक समय और यहां घूमने वाले स्टेटर के घर्षण क्षण कम होंगे, स्टेटर के रोटेशन के लिए निष्क्रियता के कम समय, और शाफ्ट के रोटेशन के कम पल और घूर्णन स्टेटर के घर्षण के पल आदि से अधिक होगा। रिकवरी की ऊर्जा कम होगी, अर्थात प्राप्त प्रभाव के बावजूद, किसी को उस उपकरण के लिए संरचनात्मक परिवर्तनों के भुगतान और विश्वसनीयता के बारे में पूछना चाहिए जिसमें इस तरह के प्रभाव के साथ एक इलेक्ट्रिक मोटर का उपयोग किया जा सकता है।
परियोजना प्रबंधन: जूलियन बरिशनिकोव (डिजाइन, असेंबली, प्रयोग, पार्ट्स निर्माण, लेख लेखन, विचार) - iulianbaryshnikov@yandex.ru
परियोजना के लिए सहायता: विटालि एजारोव (डिजाइन, असेंबली, प्रयोग), एंटोन एलोशकिन (डिजाइन, असेंबली, पार्ट्स का निर्माण), एम.वी. याकोवित्स्काया (संस्करण), अलेक्जेंडर ट्रॉट्स्की (प्रयोग का आयोजन), निकोलाई एरेमिन (मापने के उपकरण के लिए सॉफ्टवेयर), एलेना चुमाक (डिजाइन),
फैबलाब पॉलीटेक सेंट पीटर्सबर्ग (भागों का निर्माण, माप उपकरण, प्रयोग)।