V elektromehaniki obstaja veliko pogonov, ki delujejo s konstantnimi obremenitvami brez spreminjanja hitrosti vrtenja. Uporabljajo se v industrijski in gospodinjski opremi, kot so ventilatorji, kompresorji in drugo. Če nazivne karakteristike niso znane, se za izračune uporablja formula za moč elektromotorja. Izračuni parametrov so še posebej pomembni za nove in malo znane pogone. Izračun se izvede s posebnimi koeficienti, pa tudi na podlagi zbranih izkušenj s podobnimi mehanizmi. Podatki so bistveni za pravilno delovanje električnih inštalacij.
Kaj je električni motor?
Elektromotor je naprava, ki pretvarja električno energijo v mehansko energijo. Delovanje večine enot je odvisno od interakcije magnetapolja z navitjem rotorja, kar se izraža v njegovem vrtenju. Delujejo iz virov enosmernega ali izmeničnega toka. Napajalnik je lahko baterija, pretvornik ali vtičnica. V nekaterih primerih motor deluje vzvratno, torej pretvarja mehansko energijo v električno energijo. Takšne instalacije se pogosto uporabljajo v elektrarnah, ki jih poganja zračni ali vodni tok.
Elektromotorji so razvrščeni glede na vrsto vira energije, notranjo zasnovo, uporabo in moč. Tudi AC pogoni imajo lahko posebne ščetke. Delujejo na enofazni, dvofazni ali trifazni napetosti, so zračno ali tekočinsko hlajeni. Formula moči AC motorja
P=U x I, kjer je P moč, U napetost, I tok.
Pogoni za splošne namene s svojo velikostjo in lastnostmi se uporabljajo v industriji. Največji motorji z močjo več kot 100 megavatov se uporabljajo v elektrarnah ladij, kompresorskih in črpalnih postajah. Manjše velikosti se uporabljajo v gospodinjskih aparatih, kot sta sesalnik ali ventilator.
Zasnova električnega motorja
Drive vključuje:
- Rotor.
- Stator.
- Ležaji.
- zračna reža.
- Navijanje.
- Preklopi.
Rotor je edini gibljivi del pogona, ki se vrti okoli svoje osi. Tok, ki teče skozi prevodniketvori induktivno motnjo v navitju. Ustvarjeno magnetno polje je v interakciji s trajnimi magneti statorja, zaradi česar se gred premika. Izračunajo se po formuli za moč elektromotorja glede na tok, za katerega se vzameta izkoristek in faktor moči, vključno z vsemi dinamičnimi karakteristikami gredi.
Ležaji se nahajajo na gredi rotorja in prispevajo k njegovemu vrtenju okoli svoje osi. Zunanji del so pritrjeni na ohišje motorja. Gred gre skozi njih in ven. Ker obremenitev presega delovno območje ležajev, se imenuje previsna.
Stator je fiksni element elektromagnetnega vezja motorja. Lahko vključuje navijanje ali trajne magnete. Jedro statorja je izdelano iz tankih kovinskih plošč, ki se imenujejo armaturni paket. Zasnovan je za zmanjšanje izgube energije, kar se pogosto zgodi s trdnimi palicami.
Zračna reža je razdalja med rotorjem in statorjem. Majhna vrzel je učinkovita, saj vpliva na nizek koeficient delovanja elektromotorja. Magnetni tok narašča z velikostjo reže. Zato se vedno trudijo, da je minimalno, a v razumnih mejah. Premajhna razdalja povzroči trenje in popuščanje zaklepnih elementov.
Navitje je sestavljeno iz bakrene žice, sestavljene v eno tuljavo. Običajno položen okoli mehkega magnetiziranega jedra, sestavljenega iz več plasti kovine. V tem trenutku pride do motenj indukcijskega poljatok, ki teče skozi žice navitja. Na tej točki enota vstopi v način eksplicitne in implicitne konfiguracije pola. V prvem primeru magnetno polje inštalacije ustvari navitje okoli droga. V drugem primeru so reže pol rotorja razpršene v porazdeljenem polju. Motor zasenčenega pola ima navitje, ki zavira magnetne motnje.
Stikalo se uporablja za preklapljanje vhodne napetosti. Sestavljen je iz kontaktnih obročev, ki se nahajajo na gredi in so izolirani drug od drugega. Armaturni tok se dovaja na kontaktne ščetke rotacijskega komutatorja, kar vodi do spremembe polarnosti in povzroči, da se rotor vrti od pola do pola. Če napetosti ni, se motor neha vrteti. Sodobni stroji so opremljeni z dodatno elektroniko, ki nadzoruje proces vrtenja.
Načelo delovanja
Po Arhimedovem zakonu tok v prevodniku ustvari magnetno polje, v katerem deluje sila F1. Če je iz tega prevodnika izdelan kovinski okvir in postavljen v polje pod kotom 90 °, bodo robovi doživeli sile, usmerjene v nasprotni smeri drug proti drugemu. Ustvarijo navor okoli osi, ki jo začne vrteti. Armaturne tuljave zagotavljajo stalno torzijo. Polje ustvarjajo električni ali trajni magneti. Prva možnost je izdelana v obliki navitja tuljave na jeklenem jedru. Tako tok zanke ustvari indukcijsko polje v navitju elektromagneta, ki generira elektromotivsila.
Podrobneje razmislimo o delovanju asinhronih motorjev na primeru instalacij s faznim rotorjem. Takšni stroji delujejo na izmenični tok s hitrostjo armature, ki ni enaka pulziranju magnetnega polja. Zato jih imenujemo tudi induktivni. Rotor poganja interakcija električnega toka v tuljavah z magnetnim poljem.
Ko v pomožnem navitju ni napetosti, naprava miruje. Takoj, ko se na kontaktih statorja pojavi električni tok, se tvori konstantno magnetno polje v prostoru z valovitostjo + F in -F. Lahko ga predstavimo kot naslednjo formulo:
pr=nrev=f1 × 60 ÷ p=n1
kje:
pr - število vrtljajev, ki jih magnetno polje naredi v smeri naprej, vrt/min;
rev - število obratov polja v nasprotni smeri, vrt/min;
f1 - frekvenca valovanja električnega toka, Hz;
p - število polov;
1 - skupni RPM.
Ob pulziranju magnetnega polja rotor prejme začetno gibanje. Zaradi neenakomernega vpliva toka bo razvil navor. Po indukcijskem zakonu se v navitju s kratkim stikom oblikuje elektromotorna sila, ki ustvarja tok. Njegova frekvenca je sorazmerna zdrsu rotorja. Zaradi interakcije električnega toka z magnetnim poljem nastane navor gredi.
Obstajajo tri formule za izračune uspešnostimoč asinhronega elektromotorja. Uporaba s faznim zamikom
S=P ÷ cos (alfa), kjer je:
S je navidezna moč, merjena v volt-amperih.
P - aktivna moč v vatih.
alfa - fazni premik.
Polna moč se nanaša na dejanski indikator, aktivna moč pa je izračunana.
Vrste elektromotorjev
Glede na vir napajanja delimo pogone na tiste, ki delujejo od:
- DC.
- AC.
Po principu delovanja so razdeljeni na:
- Zbiralec.
- Ventil.
- Asinhroni.
- Sinhroni.
Odzračevalni motorji ne spadajo v ločen razred, saj je njihova naprava različica kolektorskega pogona. Njihova zasnova vključuje elektronski pretvornik in senzor položaja rotorja. Običajno so integrirani skupaj s krmilno ploščo. Na njihov račun pride do usklajenega preklapljanja armature.
Sinhroni in asinhroni motorji delujejo izključno na izmenični tok. Vrtenje nadzira sofisticirana elektronika. Asinhroni so razdeljeni na:
- Trifazni.
- Dvofazni.
- Enofazni.
Teoretična formula za moč trifaznega elektromotorja, ko je priključen na zvezdo ali trikot
P=3Uf If cos(alpha).
Vendar za linearno napetost in tok izgleda takole
P=1, 73 × Uf × If × cos(alpha).
To bo pravi pokazatelj, koliko močimotor pobere iz omrežja.
Sinhrono razdeljeno na:
- korak.
- Hibrid.
- induktor.
- Histereza.
- Reaktivno.
Koračni motorji imajo v svoji zasnovi trajne magnete, zato niso razvrščeni kot ločena kategorija. Delovanje mehanizmov je nadzorovano s pomočjo frekvenčnih pretvornikov. Obstajajo tudi univerzalni motorji, ki delujejo na AC in DC.
Splošne značilnosti motorjev
Vsi motorji imajo skupne parametre, ki se uporabljajo v formuli za določanje moči elektromotorja. Na podlagi njih lahko izračunate lastnosti stroja. V različni literaturi se lahko imenujejo različno, pomenijo pa isto stvar. Seznam takih parametrov vključuje:
- Navor.
- moč motorja.
- Učinkovitost.
- Ocenjeno število vrtljajev.
- Moment vztrajnosti rotorja.
- Nazivna napetost.
- Električna časovna konstanta.
Zgornji parametri so potrebni predvsem za ugotavljanje učinkovitosti električnih inštalacij, ki jih poganja mehanska sila motorjev. Izračunane vrednosti dajejo le približno predstavo o dejanskih značilnostih izdelka. Vendar se ti kazalniki pogosto uporabljajo v formuli za moč elektromotorja. Ona je tista, ki določa učinkovitost strojev.
Navor
Ta izraz ima več sinonimov: moment sile, moment motorja, navor, navor. Vsi se uporabljajo za označevanje enega kazalnika, čeprav z vidika fizike ti koncepti niso vedno enaki.
Da bi poenotili terminologijo, so bili razviti standardi, ki vse povezujejo v en sam sistem. Zato se v tehnični dokumentaciji vedno uporablja besedna zveza "navor". To je vektorska fizična količina, ki je enaka zmnožku vektorskih vrednosti sile in polmera. Vektor polmera je narisan od osi vrtenja do točke uporabljene sile. Z vidika fizike je razlika med navorom in rotacijskim momentom v točki uporabe sile. V prvem primeru je to notranji napor, v drugem - zunanji. Vrednost se meri v njutonmetrih. Vendar formula moči motorja uporablja navor kot osnovno vrednost.
Izračuna se kot
M=F × r kjer:
M - navor, Nm;
F - uporabljena sila, H;
r - polmer, m.
Za izračun nazivnega navora aktuatorja uporabite formulo
Mnom=30Rnom ÷ pi × nnom, kjer je:
Rnom - nazivna moč elektromotorja, W;
nnom - nazivna hitrost, min-1.
V skladu s tem naj bi formula za nazivno moč elektromotorja izgledala takole:
Pnom=Mnom pinnom / 30.
Običajno so vse značilnosti navedene v specifikaciji. Toda zgodi se, da morate delati s popolnoma novimi instalacijami,informacije o katerih je zelo težko najti. Za izračun tehničnih parametrov takšnih naprav se vzamejo podatki njihovih analogov. Prav tako so vedno znane le nazivne karakteristike, ki so podane v specifikaciji. Realne podatke morate izračunati sami.
moč motorja
Na splošno je ta parameter skalarna fizična količina, ki je izražena v hitrosti porabe ali transformacije energije sistema. Kaže, koliko dela bo mehanizem opravil v določeni časovni enoti. V elektrotehniki značilnost prikazuje uporabno mehansko moč na osrednji gredi. Za označevanje indikatorja se uporablja črka P ali W. Glavna merska enota je Watt. Splošno formulo za izračun moči elektromotorja lahko predstavimo kot:
P=dA ÷ dt kjer je:
A - mehansko (uporabno) delo (energija), J;
t - pretečeni čas, sek.
Mehansko delo je tudi skalarna fizikalna količina, izražena z delovanjem sile na predmet in je odvisna od smeri in premika tega predmeta. Je produkt vektorja sile in poti:
dA=F × ds kjer:
s - prevožena razdalja, m.
Izraža razdaljo, ki jo bo premagala točka uporabljene sile. Za rotacijske premike je izražena kot:
ds=r × d(teta), kjer je:
teta - kot vrtenja, rad.
Ta način lahko izračunate kotno frekvenco vrtenja rotorja:
omega=d(teta) ÷ dt.
Iz nje sledi formula za moč elektromotorja na gredi: P=M ×omega.
Učinkovitost elektromotorja
Učinkovitost je značilnost, ki odraža učinkovitost sistema pri pretvarjanju energije v mehansko energijo. Izraža se kot razmerje med uporabno in porabljeno energijo. Po enotnem sistemu merskih enot je označena kot "eta" in je brezdimenzionalna vrednost, izračunana kot odstotek. Formula za učinkovitost elektromotorja glede na moč:
eta=P2 ÷ P1 kjer:
P1 - električna (napajalna) moč, W;
P2 - uporabna (mehanska) moč, W;
Lahko se izrazi tudi kot:
eta=A ÷ Q × 100%, kjer je:
A - koristno delo, J;
Q - porabljena energija, J.
Pogosteje se koeficient izračuna po formuli za porabo električne energije elektromotorja, saj je te kazalnike vedno lažje izmeriti.
Zmanjšanje učinkovitosti elektromotorja je posledica:
- Električne izgube. To se zgodi kot posledica segrevanja prevodnikov zaradi prehoda toka skozi njih.
- Magnetna izguba. Zaradi prevelike magnetizacije jedra se pojavijo histereza in vrtinčni tokovi, kar je pomembno upoštevati pri formuli moči motorja.
- Mehanska izguba. Povezani so s trenjem in prezračevanjem.
- Dodatne izgube. Pojavljajo se zaradi harmonike magnetnega polja, saj sta stator in rotor nazobčana. Tudi v navitju so višje harmonike magnetomotorne sile.
Opozoriti je treba, da je učinkovitost ena najpomembnejših komponentformule za izračun moči elektromotorja, saj vam omogoča, da dobite številke, ki so najbližje realnosti. V povprečju se ta številka giblje od 10% do 99%. Odvisno od zasnove mehanizma.
Ocenjeno število vrtljajev
Drugi ključni kazalnik elektromehanskih značilnosti motorja je hitrost gredi. Izraža se v vrtljajih na minuto. Pogosto se uporablja v formuli moči motorja črpalke, da bi ugotovili njegovo delovanje. Vendar je treba zapomniti, da je indikator vedno drugačen za prosti tek in delo pod obremenitvijo. Kazalnik predstavlja fizično vrednost, ki je enaka številu polnih vrtljajev za določeno časovno obdobje.
Formula za izračun
RPM:
n=30 × omega ÷ pi kjer je:
n - število vrtljajev motorja, vrt/min.
Da bi našli moč elektromotorja po formuli za hitrost gredi, jo je treba pripeljati do izračuna kotne hitrosti. Torej bi P=M × omega izgledal takole:
P=M × (2pi × n ÷ 60)=M × (n ÷ 9, 55), kjer je
t=60 sekund.
moment vztrajnosti
Ta indikator je skalarna fizična količina, ki odraža mero vztrajnosti rotacijskega gibanja okoli lastne osi. V tem primeru je masa telesa vrednost njegove vztrajnosti med translatornim gibanjem. Glavna značilnost parametra je izražena z razporeditvijo telesnih mas, ki je enaka vsoti zmnožkov kvadrata razdalje od osi do osnovne točke in mase predmeta. V mednarodnem sistemu enotmeritev je označena kot kg m2 in se izračuna po formuli:
J=∑ r2 × dm, kjer je
J - vztrajnostni moment, kg m2;
m - masa predmeta, kg.
Momenti vztrajnosti in sil so povezani z razmerjem:
M - J × epsilon, kjer je
epsilon - kotni pospešek, s-2.
Indikator se izračuna kot:
epsilon=d(omega) × dt.
Tako, če poznate maso in polmer rotorja, lahko izračunate parametre delovanja mehanizmov. Formula moči motorja vključuje vse te značilnosti.
Nazivna napetost
Imenuje se tudi nominalno. Predstavlja osnovno napetost, ki jo predstavlja standardni niz napetosti, ki je določen s stopnjo izolacije električne opreme in omrežja. V resnici se lahko razlikuje na različnih točkah opreme, vendar ne sme presegati najvišjih dovoljenih pogojev delovanja, ki so zasnovani za neprekinjeno delovanje mehanizmov.
Pri običajnih inštalacijah se nazivna napetost razume kot izračunane vrednosti, za katere jih pri normalnem delovanju zagotovi razvijalec. Seznam standardne omrežne napetosti je naveden v GOST. Ti parametri so vedno opisani v tehničnih specifikacijah mehanizmov. Za izračun zmogljivosti uporabite formulo za moč elektromotorja glede na tok:
P=U × I.
Električna časovna konstanta
Predstavlja čas, potreben za dosego trenutne ravni do 63 % po vklopupogonska navitja. Parameter je posledica prehodnih procesov elektromehanskih lastnosti, saj so zaradi velikega aktivnega upora minljivi. Splošna formula za izračun časovne konstante je:
te=L ÷ R.
Vendar pa je elektromehanska časovna konstanta tm vedno večja od elektromagnetne časovne konstante te. rotor pospešuje pri ničelni hitrosti do največje hitrosti v prostem teku. V tem primeru ima enačba obliko
M=Mst + J × (d(omega) ÷ dt), kjer je
Mst=0.
Od tu dobimo formulo:
M=J × (d(omega) ÷ dt).
Dejansko se elektromehanska časovna konstanta izračuna iz začetnega navora - Mp. Mehanizem, ki deluje v idealnih pogojih z pravocrtnimi značilnostmi, bo imel formulo:
M=Mp × (1 - omega ÷ omega0), kjer je
omega0 - hitrost v prostem teku.
Takšni izračuni se uporabljajo v formuli moči motorja črpalke, ko je hod bata neposredno odvisen od hitrosti gredi.
Osnovne formule za izračun moči motorja
Za izračun dejanskih značilnosti mehanizmov morate vedno upoštevati številne parametre. najprej morate vedeti, kakšen tok se dovaja na navitja motorja: neposredni ali izmenični. Načelo njihovega dela je drugačno, zato je metoda izračuna drugačna. Če je poenostavljen pogled na izračun moči pogona videti takole:
Pel=U × I kjer
I - trenutna moč, A;
U - napetost, V;
Pel - dobavljena električna energija. tor.
V formuli moči AC motorja je treba upoštevati tudi fazni premik (alfa). V skladu s tem so izračuni za asinhroni pogon videti takole:
Pel=U × I × cos(alpha).
Poleg aktivne (napajalne) moči je še:
- S - reaktiven, VA. S=P ÷ cos(alfa).
- Q - polno, VA. Q=I × U × sin(alfa).
Izračuni morajo upoštevati tudi toplotne in induktivne izgube ter trenje. Zato je model poenostavljene formule za enosmerni motor videti takole:
Pel=Pmech + Rtep + Rind + Rtr, , kjer je
Рmeh - uporabna proizvedena moč, W;
Rtep - toplotna izguba, W;
Skorica - stroški polnjenja indukcijske tuljave, W;
RT - izguba zaradi trenja, W.
Sklep
Elektromotorji se uporabljajo na skoraj vseh področjih človeškega življenja: v vsakdanjem življenju, v proizvodnji. Za pravilno uporabo pogona je potrebno poznati ne le njegove nazivne lastnosti, temveč tudi dejanske. To bo povečalo njegovo učinkovitost in zmanjšalo stroške.
