I elektromekanikk er det mange drev som opererer med konstant belastning uten å endre rotasjonshastigheten. De brukes i industri- og husholdningsutstyr som vifter, kompressorer og andre. Hvis de nominelle egenskapene er ukjente, brukes formelen for kraften til den elektriske motoren for beregninger. Parameterberegninger er spesielt relevante for nye og lite kjente frekvensomformere. Beregningen utføres ved hjelp av spesielle koeffisienter, så vel som på grunnlag av akkumulert erfaring med lignende mekanismer. Dataene er avgjørende for riktig drift av elektriske installasjoner.
Hva er en elektrisk motor?
En elektrisk motor er en enhet som konverterer elektrisk energi til mekanisk energi. Virkemåten til de fleste enheter avhenger av samspillet mellom magnetenfelt med rotorviklingen, som kommer til uttrykk i rotasjonen. De opererer fra likestrøm eller vekselstrøm. Strømforsyningen kan være et batteri, en omformer eller et strømuttak. I noen tilfeller fungerer motoren i revers, det vil si at den konverterer mekanisk energi til elektrisk energi. Slike installasjoner er mye brukt i kraftverk drevet av luft- eller vannstrøm.
Elektriske motorer er klassifisert i henhold til type strømkilde, intern design, bruksområde og strøm. AC-frekvensomformere kan også ha spesielle børster. De opererer på en-fase, to-fase eller tre-fase spenning, er luft- eller væskekjølte. Formel for vekselstrømsmotor
P=U x I, der P er effekt, U er spenning, I er strøm.
Generelle drivenheter med størrelse og egenskaper brukes i industrien. De største motorene med en kapasitet på mer enn 100 megawatt brukes i kraftverkene til skip, kompressorer og pumpestasjoner. Mindre størrelser brukes i husholdningsapparater som en støvsuger eller vifte.
Elektrisk motordesign
Drive inkluderer:
- Rotor.
- Stator.
- Bearings.
- Air gap.
- Winding.
- Switch.
Rotoren er den eneste bevegelige delen av drivverket som roterer rundt sin egen akse. Strøm som går gjennom lederedanner en induktiv forstyrrelse i viklingen. Det genererte magnetfeltet samhandler med statorens permanente magneter, som setter akselen i bevegelse. De beregnes i henhold til formelen for kraften til den elektriske motoren ved strøm, som effektiviteten og effektfaktoren er tatt for, inkludert alle de dynamiske egenskapene til akselen.
Lagrene er plassert på rotorakselen og bidrar til rotasjonen rundt aksen. Den ytre delen de er festet til motorhuset. Skaftet går gjennom dem og ut. Siden belastningen går utover arbeidsområdet til lagrene, kalles det overhengende.
Statoren er et fast element i motorens elektromagnetiske krets. Kan inkludere viklingsmagneter eller permanente magneter. Statorkjernen er laget av tynne metallplater, som kalles armaturpakken. Den er designet for å redusere energitapet, noe som ofte skjer med solide stenger.
Air gap er avstanden mellom rotoren og statoren. Et lite gap er effektivt, da det påvirker den lave driftskoeffisienten til den elektriske motoren. Magnetiseringsstrømmen øker med gapstørrelsen. Derfor prøver de alltid å gjøre det minim alt, men til rimelige grenser. For liten avstand forårsaker friksjon og løsnede låseelementer.
Viklingen består av kobbertråd satt sammen til én spole. Vanligvis lagt rundt en myk magnetisert kjerne, bestående av flere lag metall. Forstyrrelsen av induksjonsfeltet skjer i øyeblikketstrøm som går gjennom viklingsledningene. På dette tidspunktet går enheten inn i eksplisitt og implisitt polkonfigurasjonsmodus. I det første tilfellet skaper magnetfeltet til installasjonen en vikling rundt polstykket. I det andre tilfellet er slissene til rotorpolstykket spredt i det fordelte feltet. Den skraverte polmotoren har en vikling som undertrykker magnetiske forstyrrelser.
Bryteren brukes til å bytte inngangsspenning. Den består av kontaktringer plassert på akselen og isolert fra hverandre. Armaturstrømmen påføres kontaktbørstene til rotasjonskommutatoren, noe som fører til en polaritetsendring og får rotoren til å rotere fra pol til pol. Hvis det ikke er spenning, slutter motoren å snurre. Moderne maskiner er utstyrt med ekstra elektronikk som styrer rotasjonsprosessen.
Driftsprinsipp
I henhold til Arkimedes lov skaper strømmen i lederen et magnetfelt der kraften F1 virker. Hvis en metallramme er laget av denne lederen og plassert i feltet i en vinkel på 90°, vil kantene oppleve krefter rettet i motsatt retning i forhold til hverandre. De skaper et dreiemoment rundt aksen, som begynner å rotere den. Armaturspoler gir konstant torsjon. Feltet er skapt av elektriske eller permanente magneter. Det første alternativet er laget i form av en spole vikling på en stålkjerne. Dermed genererer sløyfestrømmen et induksjonsfelt i elektromagnetviklingen, som genererer en elektromotorkraft.
La oss vurdere mer detaljert driften av asynkronmotorer ved å bruke eksemplet med installasjoner med en faserotor. Slike maskiner opererer på vekselstrøm med en ankerhastighet som ikke er lik magnetfeltets pulsering. Derfor kalles de også induktive. Rotoren drives av samspillet mellom den elektriske strømmen i spolene med magnetfeltet.
Når det ikke er spenning i hjelpeviklingen, er enheten i ro. Så snart en elektrisk strøm vises på statorkontaktene, dannes et magnetfeltkonstant i rommet med en krusning på + F og -F. Den kan representeres som følgende formel:
pr=nrev=f1 × 60 ÷ p=n1
hvor:
pr - antall omdreininger som magnetfeltet gjør i foroverretningen, rpm;
rev - antall svinger i feltet i motsatt retning, rpm;
f1 - bølgefrekvens for elektrisk strøm, Hz;
p - antall stolper;
1 – total RPM.
Rotoren opplever magnetfeltpulsasjoner og mottar den første bevegelsen. På grunn av den uensartede påvirkningen av strømmen, vil den utvikle et dreiemoment. I følge loven om induksjon dannes en elektromotorisk kraft i en kortsluttet vikling, som genererer en strøm. Frekvensen er proporsjonal med rotorens slip. På grunn av samspillet mellom elektrisk strøm og et magnetfelt, dannes et akselmoment.
Det er tre formler for ytelsesberegningerkraften til en asynkron elektrisk motor. Ved faseskift bruk
S=P ÷ cos (alfa), hvor:
S er den tilsynelatende effekten målt i volt-ampere.
P - aktiv effekt i watt.
alpha - faseskift.
Full effekt refererer til den virkelige indikatoren, og aktiv effekt er den beregnede.
Typer elektriske motorer
I henhold til strømkilden er stasjonene delt inn i de som opererer fra:
- DC.
- AC.
I henhold til driftsprinsippet er de igjen delt inn i:
- Collector.
- Ventil.
- Asynkron.
- Synchronous.
Ventmotorer tilhører ikke en egen klasse, siden enheten deres er en variant av kollektordriften. Designet deres inkluderer en elektronisk omformer og en rotorposisjonssensor. Vanligvis er de integrert sammen med kontrollpanelet. På deres bekostning skjer koordinert veksling av ankeret.
Synkrone og asynkrone motorer kjører utelukkende på vekselstrøm. Rotasjonen styres av sofistikert elektronikk. Asynkrone er delt inn i:
- Tre-fase.
- Tofase.
- Enkeltfase.
Teoretisk formel for kraften til en trefase elektrisk motor når den er koblet til en stjerne eller en delta
P=3Uf If cos(alpha).
Men for lineær spenning og strøm ser det slik ut
P=1, 73 × Uf × If × cos(alpha).
Dette vil være en reell indikator på hvor mye strømmotoren plukker opp fra nettverket.
Synkron delt inn i:
- Trinn.
- Hybrid.
- Induktor.
- Hysterese.
- Reactive.
Trinnmotorer har permanentmagneter i designet, så de er ikke klassifisert som en egen kategori. Driften av mekanismene styres ved hjelp av frekvensomformere. Det finnes også universalmotorer som fungerer på AC og DC.
Generelle egenskaper for motorer
Alle motorer har vanlige parametere som brukes i formelen for å bestemme effekten til en elektrisk motor. Basert på dem kan du beregne egenskapene til maskinen. I ulik litteratur kan de kalles forskjellig, men de betyr det samme. Listen over slike parametere inkluderer:
- Moment.
- Motorkraft.
- Effektivitet.
- Nominelt antall omdreininger.
- treghetsmoment for rotoren.
- Nominell spenning.
- Elektrisk tidskonstant.
Parameterne ovenfor er først og fremst nødvendige for å bestemme effektiviteten til elektriske installasjoner som drives av den mekaniske kraften til motorer. Beregnede verdier gir bare en omtrentlig idé om de faktiske egenskapene til produktet. Imidlertid brukes disse indikatorene ofte i formelen for kraften til den elektriske motoren. Det er hun som bestemmer effektiviteten til maskiner.
Moment
Dette begrepet har flere synonymer: kraftmoment, motormoment, dreiemoment, dreiemoment. Alle brukes til å betegne én indikator, men fra et fysikksynspunkt er disse konseptene ikke alltid identiske.
For å forene terminologien er det utviklet standarder som bringer alt til ett system. Derfor, i teknisk dokumentasjon, brukes alltid uttrykket "moment". Det er en fysisk vektorstørrelse, som er lik produktet av vektorverdiene av kraft og radius. Radiusvektoren er trukket fra rotasjonsaksen til punktet for påført kraft. Fra et fysikksynspunkt ligger forskjellen mellom dreiemoment og rotasjonsmoment i punktet for påføring av kraften. I det første tilfellet er dette en intern innsats, i det andre - en ekstern. Verdien måles i newtonmeter. Motoreffektformelen bruker imidlertid dreiemoment som grunnverdi.
Det er beregnet som
M=F × r hvor:
M - dreiemoment, Nm;
F - påført kraft, H;
r - radius, m.
For å beregne det nominelle dreiemomentet til aktuatoren, bruk formelen
Mnom=30Rnom ÷ pi × nnom, hvor:
Rnom - merkeeffekten til den elektriske motoren, W;
nnom - nominell hastighet, min-1.
Følgelig bør formelen for merkeeffekten til den elektriske motoren se slik ut:
Pnom=Mnom pinnom / 30.
Vanligvis er alle egenskaper angitt i spesifikasjonen. Men det hender at du må jobbe med helt nye installasjoner,informasjon som er svært vanskelig å finne. For å beregne de tekniske parametrene til slike enheter, tas dataene til deres analoger. Dessuten er kun de nominelle egenskapene alltid kjent, som er gitt i spesifikasjonen. Reelle data må beregnes av deg selv.
Motorkraft
I en generell forstand er denne parameteren en skalar fysisk størrelse, som uttrykkes i forbrukshastigheten eller transformasjonen av energien til systemet. Den viser hvor mye arbeid mekanismen vil utføre i en viss tidsenhet. I elektroteknikk viser karakteristikken den nyttige mekaniske kraften på den sentrale akselen. For å indikere indikatoren brukes bokstaven P eller W. Hovedmåleenheten er Watt. Den generelle formelen for å beregne kraften til en elektrisk motor kan representeres som:
P=dA ÷ dt hvor:
A - mekanisk (nyttig) arbeid (energi), J;
t – medgått tid, sek.
Mekanisk arbeid er også en skalar fysisk størrelse, uttrykt ved virkningen av en kraft på et objekt, og avhengig av retningen og forskyvningen til dette objektet. Det er produktet av kraftvektoren og banen:
dA=F × ds hvor:
s - tilbakelagt distanse, m.
Det uttrykker avstanden som et punkt med påført kraft vil overvinne. For rotasjonsbevegelser uttrykkes det som:
ds=r × d(teta), hvor:
teta - rotasjonsvinkel, rad.
På denne måten kan du beregne vinkelfrekvensen til rotorens rotasjon:
omega=d(teta) ÷ dt.
Fra den følger formelen for kraften til den elektriske motoren på akselen: P \u003d M ×omega.
Effektivitet av elektrisk motor
Effektivitet er en egenskap som gjenspeiler effektiviteten til systemet når energi konverteres til mekanisk energi. Det uttrykkes som forholdet mellom nyttig energi og brukt energi. I henhold til det enhetlige systemet med måleenheter, er det betegnet som "eta" og er en dimensjonsløs verdi, beregnet som en prosentandel. Formelen for effektiviteten til en elektrisk motor når det gjelder kraft:
eta=P2 ÷ P1 hvor:
P1 - elektrisk strøm (forsyning), W;
P2 - nyttig (mekanisk) kraft, W;
Det kan også uttrykkes som:
eta=A ÷ Q × 100 %, hvor:
A - nyttig arbeid, J;
Q - energi brukt, J.
Koeffisienten beregnes oftere ved hjelp av formelen for strømforbruket til en elektrisk motor, siden disse indikatorene alltid er lettere å måle.
Reduksjonen i virkningsgraden til den elektriske motoren skyldes:
- Elektriske tap. Dette skjer som et resultat av oppvarming av lederne fra strømpassasjen gjennom dem.
- Magnetisk tap. På grunn av overdreven magnetisering av kjernen oppstår hysterese og virvelstrømmer, noe som er viktig å ta hensyn til i motoreffektformelen.
- Mekanisk tap. De er relatert til friksjon og ventilasjon.
- Ytterligere tap. De vises på grunn av harmoniske i magnetfeltet, siden statoren og rotoren er tannet. Også i viklingen er det høyere harmoniske av den magnetomotoriske kraften.
Det skal bemerkes at effektivitet er en av de viktigste komponenteneformler for å beregne kraften til en elektrisk motor, da den lar deg få tall som er nærmest virkeligheten. I gjennomsnitt varierer dette tallet fra 10 % til 99 %. Det avhenger av utformingen av mekanismen.
Nominelt antall omdreininger
En annen nøkkelindikator for de elektromekaniske egenskapene til motoren er akselhastigheten. Det uttrykkes i omdreininger per minutt. Ofte brukes den i pumpemotorens kraftformel for å finne ut ytelsen. Men det må huskes at indikatoren alltid er forskjellig for tomgang og arbeid under belastning. Indikatoren representerer en fysisk verdi lik antall hele omdreininger for en viss tidsperiode.
RPM-beregningsformel:
n=30 × omega ÷ pi hvor:
n - motorhastighet, rpm.
For å finne kraften til den elektriske motoren i henhold til formelen for hastigheten til akselen, er det nødvendig å bringe den til beregningen av vinkelhastigheten. Så P=M × omega vil se slik ut:
P=M × (2pi × n ÷ 60)=M × (n ÷ 9, 55) hvor
t=60 sekunder.
treghetsøyeblikk
Denne indikatoren er en skalar fysisk størrelse som reflekterer et mål på tregheten til rotasjonsbevegelse rundt sin egen akse. I dette tilfellet er kroppens masse verdien av dens treghet under translasjonsbevegelse. Hovedkarakteristikken til parameteren er uttrykt ved fordelingen av kroppsmasser, som er lik summen av produktene av kvadratet av avstanden fra aksen til basispunktet og massene til objektet. I det internasjonale enhetssystemetmålingen er betegnet som kg m2 og har er beregnet med formelen:
J=∑ r2 × dm hvor
J - treghetsmoment, kg m2;
m - massen til objektet, kg.
Treghetsøyeblikk og krefter er relatert av forholdet:
M - J × epsilon, hvor
epsilon - vinkelakselerasjon, s-2.
Indikatoren beregnes som:
epsilon=d(omega) × dt.
Dermed, ved å vite massen og radiusen til rotoren, kan du beregne ytelsesparametrene til mekanismer. Formelen for motorkraft inkluderer alle disse egenskapene.
Nominell spenning
Det kalles også nominelt. Den representerer grunnspenningen, representert av et standardsett med spenninger, som bestemmes av graden av isolasjon av elektrisk utstyr og nettverket. I virkeligheten kan det variere på forskjellige punkter på utstyret, men bør ikke overskride de maksim alt tillatte driftsforholdene, designet for kontinuerlig drift av mekanismene.
For konvensjonelle installasjoner forstås merkespenning som de beregnede verdiene som de er oppgitt av utbygger ved normal drift. Listen over standard nettverksspenning er gitt i GOST. Disse parameterne er alltid beskrevet i de tekniske spesifikasjonene til mekanismene. For å beregne ytelsen, bruk formelen for kraften til den elektriske motoren etter strøm:
P=U × I.
Elektrisk tidskonstant
Representerer tiden som kreves for å nå gjeldende nivå opp til 63 % etter aktivering avdrive viklinger. Parameteren skyldes forbigående prosesser med elektromekaniske egenskaper, siden de er flyktige på grunn av den store aktive motstanden. Den generelle formelen for å beregne tidskonstanten er:
te=L ÷ R.
Den elektromekaniske tidskonstanten tm er imidlertid alltid større enn den elektromagnetiske tidskonstanten te. rotoren akselererer med null hastighet til maksimal tomgangshastighet. I dette tilfellet har ligningen formen
M=Mst + J × (d(omega) ÷ dt), hvor
Mst=0.
Herfra får vi formelen:
M=J × (d(omega) ÷ dt).
Faktisk er den elektromekaniske tidskonstanten beregnet fra startmomentet - Mp. En mekanisme som fungerer under ideelle forhold med rettlinjede egenskaper vil ha formelen:
M=Mp × (1 - omega ÷ omega0), hvor
omega0 - tomgangshastighet.
Slike beregninger brukes i pumpemotoreffektformelen når stempelslaget direkte avhenger av akselhastigheten.
Grunnleggende formler for beregning av motoreffekt
For å beregne de virkelige egenskapene til mekanismer, må du alltid ta hensyn til mange parametere. først og fremst må du vite hvilken strøm som tilføres motorviklingene: direkte eller vekslende. Prinsippet for deres arbeid er annerledes, derfor er beregningsmetoden annerledes. Hvis den forenklede visningen av drivkraftberegningen ser slik ut:
Pel=U × I where
I - strømstyrke, A;
U - spenning, V;
Pel - levert elektrisk kraft. ti.
I AC-motoreffektformelen må faseskift (alfa) også tas i betraktning. Følgelig ser beregningene for en asynkron stasjon slik ut:
Pel=U × I × cos(alpha).
I tillegg til aktiv (forsynings)strøm, er det også:
- S - reaktiv, VA. S=P ÷ cos(alfa).
- Q - full, VA. Q=I × U × sin(alfa).
Beregningene må også ta hensyn til termiske og induktive tap, samt friksjon. Derfor ser en forenklet formelmodell for en likestrømsmotor slik ut:
Pel=Pmech + Rtep + Rind + Rtr, hvor
Рmeh - nyttig generert kraft, W;
Rtep - varmetap, W;
Rind - kostnad for kostnad i induksjonsspolen, W;
RT - tap på grunn av friksjon, W.
Konklusjon
Elektriske motorer brukes på nesten alle områder av menneskelivet: i hverdagen, i produksjonen. For riktig bruk av stasjonen er det nødvendig å kjenne ikke bare dens nominelle egenskaper, men også de virkelige. Dette vil øke effektiviteten og redusere kostnadene.
