Az elektromechanikában sok olyan hajtás létezik, amelyek állandó terhelés mellett működnek anélkül, hogy megváltoztatnák a forgási sebességet. Ipari és háztartási berendezésekben használják, például ventilátorokban, kompresszorokban és másokban. Ha a névleges jellemzők ismeretlenek, akkor a számításokhoz az elektromos motor teljesítményének képletét használják. A paraméterszámítások különösen fontosak az új és kevéssé ismert meghajtók esetében. A számítást speciális együtthatók, valamint a hasonló mechanizmusokkal szerzett tapasztalatok alapján végezzük. Az adatok elengedhetetlenek az elektromos berendezések megfelelő működéséhez.
Mi az elektromos motor?
Az elektromos motor olyan eszköz, amely elektromos energiát mechanikai energiává alakít át. A legtöbb egység működése a mágnes kölcsönhatásától függmezők a rotor tekercselésével, ami a forgásában fejeződik ki. DC vagy AC áramforrásról működnek. A tápegység lehet akkumulátor, inverter vagy konnektor. Egyes esetekben a motor fordítva működik, vagyis a mechanikai energiát elektromos energiává alakítja. Az ilyen berendezéseket széles körben alkalmazzák a levegővel vagy vízáramlással működő erőművekben.
Az elektromos motorokat az áramforrás típusa, a belső kialakítás, az alkalmazás és a teljesítmény szerint osztályozzák. Ezenkívül az AC meghajtók speciális kefékkel rendelkezhetnek. Egyfázisú, kétfázisú vagy háromfázisú feszültséggel működnek, levegő- vagy folyadékhűtésesek. AC motor teljesítményképlete
P=U x I, ahol P a teljesítmény, U a feszültség, I az áram.
Az általános célú meghajtókat méretükkel és jellemzőikkel együtt használják az iparban. A legnagyobb, több mint 100 megawatt teljesítményű motorokat hajók, kompresszor- és szivattyútelepek erőművei használják. A kisebb méretű háztartási készülékekben, például porszívóban vagy ventilátorban használatos.
Elektromos motor kialakítás
A meghajtó a következőket tartalmazza:
- Rotor.
- Stator.
- csapágyak.
- Légrés.
- Tekercselés.
- Váltás.
A rotor a hajtás egyetlen mozgó része, amely a saját tengelye körül forog. A vezetőkön áthaladó áraminduktív zavart okoz a tekercsben. A generált mágneses tér kölcsönhatásba lép az állórész állandó mágneseivel, ami mozgásba hozza a tengelyt. Ezeket a villanymotor áramerősségének képlete alapján számítják ki, amelyre a hatásfokot és a teljesítménytényezőt veszik, beleértve a tengely összes dinamikus jellemzőjét.
A csapágyak a forgórész tengelyén helyezkednek el, és hozzájárulnak annak tengelye körüli forgásához. A külső rész a motorházhoz vannak rögzítve. A tengely áthalad rajtuk és kifelé. Mivel a terhelés túlmutat a csapágyak munkaterületén, ezt kinyúlásnak nevezik.
Az állórész a motor elektromágneses áramkörének rögzített eleme. Tartalmazhat tekercselést vagy állandó mágnest. Az állórész magja vékony fémlemezekből készül, amelyeket armatúra-csomagnak neveznek. Úgy tervezték, hogy csökkentse az energiaveszteséget, ami gyakran előfordul tömör rudak esetén.
A légrés a forgórész és az állórész közötti távolság. Egy kis rés hatásos, mivel befolyásolja az elektromos motor alacsony működési együtthatóját. A mágnesező áram a rés méretével nő. Ezért mindig igyekeznek minimálisra, de ésszerű határok közé szorítani. A túl kis távolság súrlódást és a reteszelőelemek kilazulását okozza.
A tekercs egy tekercsbe összeszerelt rézhuzalból áll. Általában lágy mágnesezett mag köré fektetik, amely több fémrétegből áll. Az indukciós tér perturbációja pillanatnyilag történika tekercsvezetékeken áthaladó áram. Ezen a ponton az egység explicit és implicit póluskonfigurációs módba lép. Az első esetben az installáció mágneses tere egy tekercset hoz létre a pólusdarab körül. A második esetben a forgórész pólusdarabjának rései szétszórva vannak az elosztott mezőben. Az árnyékolt pólusú motor tekercselése elnyomja a mágneses zavarokat.
A kapcsoló a bemeneti feszültség átkapcsolására szolgál. A tengelyen elhelyezett, egymástól elszigetelt érintkezőgyűrűkből áll. Az armatúraáramot a forgókommutátor érintkezőkeféire visszük, ami polaritásváltozáshoz vezet, és a rotor pólusról pólusra való forgását okozza. Ha nincs feszültség, a motor leáll. A modern gépek további elektronikával vannak felszerelve, amelyek szabályozzák a forgási folyamatot.
Működési elv
Arkhimédész törvénye szerint a vezetőben lévő áram mágneses mezőt hoz létre, amelyben az F1 erő hat. Ha ebből a vezetőből fémkeretet készítenek és 90°-os szögben helyezik el a mezőben, akkor az élek egymáshoz képest ellentétes irányú erőket fognak kifejteni. Nyomatékot hoznak létre a tengely körül, amely elkezdi forgatni. Az armatúra tekercsek állandó csavarást biztosítanak. A mezőt elektromos vagy állandó mágnesek hozzák létre. Az első lehetőség egy acélmagon lévő tekercs formájában készül. Így a hurokáram az elektromágneses tekercsben indukciós mezőt hoz létre, amely elektromotort hoz létreerő.
Tekintsük részletesebben az aszinkron motorok működését a fázisrotoros telepítés példáján. Az ilyen gépek váltakozó árammal működnek olyan armatúra sebességgel, amely nem egyenlő a mágneses tér pulzációjával. Ezért induktívnak is nevezik. A forgórészt a tekercsekben lévő elektromos áram és a mágneses tér kölcsönhatása hajtja.
Ha nincs feszültség a segédtekercsben, a készülék nyugalmi állapotban van. Amint elektromos áram jelenik meg az állórész érintkezőin, a térben állandó mágneses tér jön létre + F és -F hullámzással. Ez a következő képlettel ábrázolható:
pr=nrev=f1 × 60 ÷ p=n1
hol:
pr - a mágneses tér előrefelé irányuló fordulatszáma, rpm;
rev - a mező fordított irányú fordulatainak száma, rpm;
f1 - elektromos áram hullámzási frekvenciája, Hz;
p - pólusok száma;
1 – teljes RPM.
A mágneses mező pulzációit tapasztalva a rotor kezdeti mozgást kap. Az áramlás nem egyenletes hatása miatt nyomatékot fejleszt ki. Az indukció törvénye szerint a rövidre zárt tekercsben elektromotoros erő képződik, amely áramot hoz létre. Frekvenciája arányos a forgórész csúszásával. Az elektromos áram és a mágneses tér kölcsönhatása következtében a tengely nyomatéka keletkezik.
Három képlet létezik a teljesítményszámításokhozaszinkron villanymotor teljesítménye. Fáziseltolásos használat
S=P ÷ cos (alfa), ahol:
S a látszólagos teljesítmény Volt-Amperben mérve.
P – aktív teljesítmény wattban.
alpha - fáziseltolódás.
A teljes teljesítmény a valós jelzőre vonatkozik, az aktív teljesítmény pedig a számított.
Elektromos motortípusok
Az áramforrástól függően a meghajtók a következőkre vannak osztva:
- DC.
- AC.
A működési elv szerint ezek a következőkre oszlanak:
- Gyűjtő.
- Szelep.
- Aszinkron.
- Szinkron.
A légtelenítő motorok nem tartoznak külön osztályba, mivel készülékük a kollektorhajtás egy változata. Kialakításuk egy elektronikus átalakítót és egy forgórész helyzetérzékelőt tartalmaz. Általában a vezérlőpanelhez vannak integrálva. Az ő költségükre történik az armatúra összehangolt kapcsolása.
A szinkron és aszinkron motorok kizárólag váltakozó árammal működnek. A forgást kifinomult elektronika vezérli. Az aszinkron a következőkre oszlik:
- Háromfázisú.
- Kétfázisú.
- Egyfázisú.
Elméleti képlet a háromfázisú villanymotor teljesítményére csillaghoz vagy deltához csatlakoztatva
P=3Uf If cos(alpha).
A lineáris feszültség és áram esetében azonban ez így néz ki
P=1, 73 × Uf × If × cos(alpha).
Ez valódi mutatója lesz annak, hogy mekkora teljesítménya motor felveszi a hálózatot.
Szinkron felosztva:
- Lépés
- Hibrid.
- Induktor.
- Hiszterézis.
- Reaktív.
A léptetőmotorok kialakításában állandó mágnesek vannak, ezért nem sorolják őket külön kategóriába. A mechanizmusok működését frekvenciaváltók vezérlik. Vannak olyan univerzális motorok is, amelyek váltakozó és egyenáramról működnek.
A motorok általános jellemzői
Minden motornak vannak közös paraméterei, amelyeket az elektromos motor teljesítményének meghatározására szolgáló képlet használ. Ezek alapján ki lehet számítani a gép tulajdonságait. Különböző irodalomban másként nevezik őket, de ugyanazt jelentik. Az ilyen paraméterek listája a következőket tartalmazza:
- Torque.
- Motor teljesítmény.
- Hatékonyság.
- Névleges fordulatszám.
- A rotor tehetetlenségi nyomatéka.
- Névleges feszültség.
- Elektromos időállandó.
A fenti paraméterek mindenekelőtt a motorok mechanikai erejével meghajtott elektromos berendezések hatékonyságának meghatározásához szükségesek. A számított értékek csak hozzávetőleges képet adnak a termék tényleges jellemzőiről. Ezeket a mutatókat azonban gyakran használják az elektromos motor teljesítményének képletében. Ő határozza meg a gépek hatékonyságát.
Nyomaték
Ennek a kifejezésnek több szinonimája van: erőnyomaték, motornyomaték, nyomaték, nyomaték. Mindegyik egy mutató jelölésére szolgál, bár a fizika szempontjából ezek a fogalmak nem mindig azonosak.
A terminológia egységesítése érdekében olyan szabványokat dolgoztak ki, amelyek mindent egyetlen rendszerbe foglalnak. Ezért a műszaki dokumentációban mindig a "nyomaték" kifejezést használják. Ez egy vektorfizikai mennyiség, amely egyenlő az erő és a sugár vektorértékeinek szorzatával. A sugárvektort a forgástengelytől a kifejtett erő pontjáig húzzuk. Fizikai szempontból a nyomaték és a forgási nyomaték közötti különbség az erő alkalmazási pontjában rejlik. Az első esetben ez belső erőfeszítés, a második esetben külső. Az értéket newtonméterben mérik. A motor teljesítményképlete azonban a nyomatékot használja alapértékként.
Kiszámítása:
M=F × r ahol:
M – nyomaték, Nm;
F – alkalmazott erő, H;
r - sugár, m.
A hajtómű névleges nyomatékának kiszámításához használja a következő képletet:
Mnom=30Rnom ÷ pi × nnom, ahol:
Rnom - az elektromos motor névleges teljesítménye, W;
nnom - névleges fordulatszám, min-1.
Ennek megfelelően az elektromos motor névleges teljesítményének képletének így kell kinéznie:
Pnom=Mnom pinnom / 30.
Általában az összes jellemzőt feltüntetik a specifikációban. De előfordul, hogy teljesen új telepítésekkel kell dolgoznia,amelyekről nagyon nehéz információt találni. Az ilyen eszközök műszaki paramétereinek kiszámításához analógjaik adatait veszik. Ezenkívül mindig csak a névleges jellemzők ismertek, amelyek a specifikációban vannak megadva. A valós adatokat magának kell kiszámítania.
Motor teljesítmény
Általános értelemben ez a paraméter egy skaláris fizikai mennyiség, amely a rendszer energiafogyasztásának vagy átalakulásának sebességében fejeződik ki. Megmutatja, hogy a mechanizmus mennyi munkát végez egy bizonyos időegység alatt. Az elektrotechnikában a karakterisztika a központi tengely hasznos mechanikai teljesítményét mutatja. Az indikátor jelzésére a P vagy W betűt használjuk. A fő mértékegység a Watt. Az elektromos motor teljesítményének kiszámítására szolgáló általános képlet a következőképpen ábrázolható:
P=dA ÷ dt ahol:
A - mechanikai (hasznos) munka (energia), J;
t – eltelt idő, mp.
A mechanikai munka egy skaláris fizikai mennyiség is, amelyet egy tárgyra ható erőhatás fejez ki, és ennek a tárgynak az irányától és elmozdulásától függ. Ez az erővektor és az út szorzata:
dA=F × ds ahol:
s - megtett távolság, m.
Azt a távolságot fejezi ki, amelyet az alkalmazott erő pontja meg fog haladni. Forgó mozgások esetén ez a következőképpen van kifejezve:
ds=r × d(teta), ahol:
teta - elforgatási szög, rad.
Így számíthatja ki a forgórész forgási szögfrekvenciáját:
omega=d(teta) ÷ dt.
Ebből következik a tengelyen lévő villanymotor teljesítményének képlete: P \u003d M ×omega.
Az elektromos motor hatékonysága
A hatásfok olyan jellemző, amely a rendszer hatékonyságát tükrözi az energia mechanikai energiává alakításakor. Ezt a hasznos energia és az elhasznált energia arányában fejezzük ki. Az egységes mértékegységrendszer szerint "eta"-ként jelölik, és egy dimenzió nélküli, százalékban számolt érték. Az elektromos motor hatásfokának képlete a teljesítményben:
eta=P2 ÷ P1 ahol:
P1 - elektromos (tápellátás), W;
P2 - hasznos (mechanikai) teljesítmény, W;
Kifejezhető így is:
eta=A ÷ Q × 100%, ahol:
A - hasznos munka, J;
Q – elhasznált energia, J.
Az együtthatót gyakrabban a villanymotor teljesítményfelvételének képletével számítják ki, mivel ezek a mutatók mindig könnyebben mérhetők.
Az elektromos motor hatásfokának csökkenése az alábbiak miatt következett be:
- Elektromos veszteségek. Ez a vezetők felmelegedésének eredményeként következik be, amikor az áram áthalad rajtuk.
- Mágneses veszteség. A mag túlzott mágnesezettsége miatt hiszterézis és örvényáramok jelennek meg, amit fontos figyelembe venni a motor teljesítményképleténél.
- Mechanikai veszteség. Ezek a súrlódáshoz és a szellőzéshez kapcsolódnak.
- További veszteségek. Ezek a mágneses tér harmonikusai miatt jelennek meg, mivel az állórész és a forgórész fogazott. A tekercsben is vannak magasabb felharmonikusok a magnetomotoros erőnek.
Megjegyzendő, hogy a hatékonyság az egyik legfontosabb összetevőképletek az elektromos motor teljesítményének kiszámításához, mivel ez lehetővé teszi a valósághoz legközelebb álló számok elérését. Átlagosan ez a szám 10% és 99% között változik. Ez a mechanizmus kialakításától függ.
Névleges fordulatszám
A motor elektromechanikai jellemzőinek másik kulcsfontosságú mutatója a tengely fordulatszáma. Percenkénti fordulatszámban van kifejezve. Gyakran használják a szivattyúmotor teljesítményképletében a teljesítményének megállapítására. De emlékezni kell arra, hogy az alapjáraton és a terhelés alatti munkavégzésen a jelző mindig más. A mutató egy fizikai értéket jelöl, amely megegyezik a teljes fordulatszámmal egy bizonyos ideig.
RPM számítási képlete:
n=30 × omega ÷ pi ahol:
n - motorfordulatszám, fordulatszám.
Ahhoz, hogy a tengely fordulatszámának képlete alapján megtaláljuk az elektromos motor teljesítményét, el kell vinni a szögsebesség számításához. Tehát P=M × omega így nézne ki:
P=M × (2pi × n ÷ 60)=M × (n ÷ 9, 55) ahol
t=60 másodperc.
Tehetetlenségi pillanat
Ez a mutató egy skaláris fizikai mennyiség, amely a saját tengelye körüli forgómozgás tehetetlenségének mértékét tükrözi. Ebben az esetben a test tömege a transzlációs mozgás közbeni tehetetlenségének értéke. A paraméter fő jellemzőjét a testtömegek eloszlása fejezi ki, amely egyenlő a tengelytől az alappontig mért távolság négyzetének és a tárgy tömegeinek szorzatának összegével A Nemzetközi Mértékegységrendszerbena mérést kg m2-ként jelöljük, és a következő képlettel számítjuk ki:
J=∑ r2 × dm ahol
J - tehetetlenségi nyomaték, kg m2;
m - az objektum tömege, kg.
A tehetetlenségi nyomatékokat és az erőket a következő összefüggés kapcsolja össze:
M - J × epszilon, ahol
epsilon - szöggyorsulás, s-2.
A mutató kiszámítása a következőképpen történik:
epsilon=d(omega) × dt.
Így a forgórész tömegének és sugarának ismeretében kiszámíthatja a mechanizmusok teljesítményparamétereit. A motor teljesítményképlete tartalmazza ezeket a jellemzőket.
Névleges feszültség
Névlegesnek is nevezik. Ez az alapfeszültséget jelenti, amelyet egy szabványos feszültségkészlet képvisel, amelyet az elektromos berendezések és a hálózat szigetelési foka határoz meg. A valóságban ez a berendezés különböző pontjain eltérhet, de nem haladhatja meg a mechanizmusok folyamatos működésére tervezett maximálisan megengedett működési feltételeket.
Hagyományos telepítéseknél a névleges feszültség alatt azokat a számított értékeket értjük, amelyekre a fejlesztő normál üzemben megadja. A szabványos hálózati feszültség listája a GOST-ban található. Ezeket a paramétereket mindig a mechanizmusok műszaki leírása tartalmazza. A teljesítmény kiszámításához használja a következő képletet az elektromos motor teljesítményének áram alapján:
P=U × I.
Elektromos időállandó
Az aktuális szint eléréséhez szükséges időt jelöli 63%-ig a tápfeszültség bekapcsolása utánmeghajtó tekercsek. A paraméter az elektromechanikai jellemzők tranziens folyamataiból adódik, mivel ezek a nagy aktív ellenállás miatt múlékonyak. Az időállandó kiszámításának általános képlete:
te=L ÷ R.
A tm elektromechanikus időállandó azonban mindig nagyobb, mint a te. elektromágneses időállandó, a rotor nulla sebességgel gyorsul a maximális alapjárati fordulatszámra. Ebben az esetben az egyenlet a következő formában jelenik meg:
M=Mst + J × (d(omega) ÷ dt), ahol
Mst=0.
Innen kapjuk a képletet:
M=J × (d(omega) ÷ dt).
Valójában az elektromechanikus időállandót az indító nyomatékból számítják ki - Mp. Egy ideális körülmények között működő, egyenes vonalú jellemzőkkel rendelkező mechanizmus a következő képlettel rendelkezik:
M=Mp × (1 - omega ÷ omega0), ahol
omega0 - alapjárati fordulatszám.
Az ilyen számításokat a szivattyúmotor teljesítményképletében használjuk, ha a dugattyúlöket közvetlenül függ a tengely fordulatszámától.
Alapképletek a motorteljesítmény kiszámításához
A mechanizmusok valós jellemzőinek kiszámításához mindig sok paramétert kell figyelembe venni. először is tudnia kell, hogy milyen áramot kapnak a motortekercsek: közvetlen vagy váltakozó. Más a munkájuk elve, ezért más a számítási módszer. Ha a hajtásteljesítmény-számítás egyszerűsített nézete így néz ki:
Pel=U × I ahol
I - áramerősség, A;
U - feszültség, V;
Pel - áramellátás. K.
A váltakozó áramú motor teljesítményképletében a fáziseltolódást (alfa) is figyelembe kell venni. Ennek megfelelően az aszinkron meghajtó számításai így néznek ki:
Pel=U × I × cos(alpha).
Az aktív (táp-) tápellátáson kívül még:
- S - reaktív, VA. S=P ÷ cos(alpha).
- Q - teljes, VA. Q=I × U × sin(alfa).
A számításoknál figyelembe kell venni a hő- és induktív veszteségeket, valamint a súrlódást is. Ezért egy egyenáramú motor egyszerűsített képletmodellje így néz ki:
Pel=Pmech + Rtep + Rind + Rtr, ahol
Рmeh - hasznos termelt teljesítmény, W;
Rtep - hőveszteség, W;
Rind – töltési költség az indukciós tekercsben, W;
RT – súrlódás miatti veszteség, W.
Következtetés
Az elektromos motorokat az emberi élet szinte minden területén használják: a mindennapi életben, a gyártásban. A hajtás helyes használatához nem csak a névleges jellemzőit kell ismerni, hanem a valós jellemzőit is. Ez növeli a hatékonyságot és csökkenti a költségeket.
