In elektromeganika is daar baie aandrywers wat met konstante vragte werk sonder om die spoed van rotasie te verander. Hulle word gebruik in industriële en huishoudelike toerusting soos waaiers, kompressors en ander. As die nominale eienskappe onbekend is, word die formule vir die krag van die elektriese motor vir berekeninge gebruik. Parameterberekeninge is veral relevant vir nuwe en min bekende aandrywers. Die berekening word uitgevoer met behulp van spesiale koëffisiënte, sowel as op grond van opgehoopte ervaring met soortgelyke meganismes. Die data is noodsaaklik vir die korrekte werking van elektriese installasies.
Wat is 'n elektriese motor?
'n Elektriese motor is 'n toestel wat elektriese energie in meganiese energie omskakel. Die werking van die meeste eenhede hang af van die interaksie van die magnetiesevelde met die rotorwikkeling, wat uitgedruk word in sy rotasie. Hulle werk vanaf GS- of AC-kragbronne. Die kragtoevoer kan 'n battery, 'n omskakelaar of 'n kragaansluiting wees. In sommige gevalle werk die enjin omgekeerd, dit wil sê dit skakel meganiese energie om in elektriese energie. Sulke installasies word wyd gebruik in kragsentrales wat deur lug- of watervloei aangedryf word.
Elektriese motors word geklassifiseer volgens die tipe kragbron, interne ontwerp, toepassing en krag. AC-aandrywers kan ook spesiale borsels hê. Hulle werk op enkelfase-, tweefase- of driefasespanning, word lug- of vloeistofverkoel. AC-motorkragformule
P=U x I, waar P krag is, U spanning is, I stroom is.
Algemene doel-aandrywers met hul grootte en eienskappe word in die industrie gebruik. Die grootste enjins met 'n kapasiteit van meer as 100 megawatt word in die kragsentrales van skepe, kompressors en pompstasies gebruik. Kleiner groottes word in huishoudelike toestelle soos 'n stofsuier of waaier gebruik.
Elektriese motorontwerp
Drive sluit in:
- Rotor.
- Stator.
- Bearings.
- Luggaping.
- Winding.
- Skakel.
Rotor is die enigste bewegende deel van die aandrywing wat om sy eie as draai. Stroom wat deur geleiers gaanvorm 'n induktiewe versteuring in die wikkeling. Die gegenereerde magnetiese veld is in wisselwerking met die permanente magnete van die stator, wat die as aan die gang sit. Hulle word bereken volgens die formule vir die drywing van die elektriese motor deur stroom, waarvoor die doeltreffendheid en arbeidsfaktor geneem word, insluitend al die dinamiese eienskappe van die as.
Laers is op die rotoras geleë en dra by tot sy rotasie om sy as. Die buitenste deel is hulle aan die enjinhuis vasgemaak. Die skag gaan deur hulle en uit. Aangesien die las verder gaan as die werkarea van die laers, word dit oorhang genoem.
Die stator is 'n vaste element van die elektromagnetiese stroombaan van die enjin. Kan kronkelende of permanente magnete insluit. Die statorkern is gemaak van dun metaalplate, wat die ankerpakket genoem word. Dit is ontwerp om energieverlies te verminder, wat dikwels met soliede stawe gebeur.
Luggaping is die afstand tussen die rotor en die stator. 'n Klein gaping is effektief, aangesien dit die lae werkingskoëffisiënt van die elektriese motor beïnvloed. Die magnetiseringsstroom neem toe met die gapingsgrootte. Daarom probeer hulle dit altyd minimaal maak, maar tot redelike perke. 'n Te klein afstand veroorsaak wrywing en losmaak van die sluitelemente.
Die wikkeling bestaan uit koperdraad wat in een spoel saamgestel is. Gewoonlik gelê om 'n sagte gemagnetiseerde kern, wat uit verskeie lae metaal bestaan. Die versteuring van die induksieveld vind op die oomblik plaasstroom wat deur die wikkeldrade gaan. Op hierdie punt gaan die eenheid in eksplisiete en implisiete poolkonfigurasiemodus. In die eerste geval skep die magnetiese veld van die installasie 'n wikkeling om die poolstuk. In die tweede geval is die gleuwe van die rotorpaalstuk in die verspreide veld versprei. Die skadupoolmotor het 'n wikkeling wat magnetiese versteuring onderdruk.
Die skakelaar word gebruik om die insetspanning te skakel. Dit bestaan uit kontakringe wat op die as geleë is en van mekaar geïsoleer is. Die ankerstroom word op die kontakborsels van die roterende kommutator toegepas, wat lei tot 'n verandering in polariteit en veroorsaak dat die rotor van pool tot pool roteer. As daar geen spanning is nie, hou die motor op om te draai. Moderne masjiene is toegerus met bykomende elektronika wat die rotasieproses beheer.
Bedryfsbeginsel
Volgens die wet van Archimedes skep die stroom in die geleier 'n magneetveld waarin die krag F1 inwerk. As 'n metaalraam van hierdie geleier gemaak word en teen 'n hoek van 90° in die veld geplaas word, sal die rande kragte ervaar wat in die teenoorgestelde rigting relatief tot mekaar gerig word. Hulle skep 'n wringkrag om die as, wat dit begin draai. Armatuurspoele verskaf konstante torsie. Die veld word geskep deur elektriese of permanente magnete. Die eerste opsie word gemaak in die vorm van 'n spoel wat op 'n staalkern kronkel. Die lusstroom genereer dus 'n induksieveld in die elektromagneetwikkeling, wat 'n elektromotor opwekkrag.
Kom ons kyk in meer besonderhede na die werking van asinchrone motors deur die voorbeeld van installasies met 'n faserotor te gebruik. Sulke masjiene werk op wisselstroom met 'n ankerspoed wat nie gelyk is aan die pulsasie van die magneetveld nie. Daarom word hulle ook induktief genoem. Die rotor word aangedryf deur die interaksie van die elektriese stroom in die spoele met die magneetveld.
Wanneer daar geen spanning in die hulpwikkeling is nie, is die toestel in rus. Sodra 'n elektriese stroom op die statorkontakte verskyn, word 'n magnetiese veldkonstante in die ruimte gevorm met 'n rimpeling van + F en -F. Dit kan as die volgende formule voorgestel word:
pr=nrev=f1 × 60 ÷ p=n1
waar:
pr - die aantal omwentelings wat die magneetveld in die voorwaartse rigting maak, rpm;
rev - aantal draaie van die veld in die teenoorgestelde rigting, rpm;
f1 - elektriese stroomrimpelfrekwensie, Hz;
p - aantal pale;
1 - totale RPM.
Ervaar magnetiese veldpulsasies, die rotor ontvang aanvanklike beweging. As gevolg van die nie-eenvormige impak van die vloei, sal dit 'n wringkrag ontwikkel. Volgens die wet van induksie word 'n elektromotoriese krag in 'n kortgeslote wikkeling gevorm, wat 'n stroom genereer. Die frekwensie daarvan is eweredig aan die glip van die rotor. As gevolg van die interaksie van elektriese stroom met 'n magnetiese veld, word 'n aswringkrag geskep.
Daar is drie formules vir prestasieberekeningekrag van 'n asinchrone elektriese motor. Deur faseverskuiwing gebruik
S=P ÷ cos (alfa), waar:
S is die skynbare drywing gemeet in volt-ampère.
P - aktiewe krag in watts.
alfa - faseverskuiwing.
Volle krag verwys na die werklike aanwyser, en aktiewe drywing is die berekende een.
Tipe elektriese motors
Volgens die kragbron word aandrywers verdeel in dié wat werk vanaf:
- DC.
- AC.
Volgens die werkingsbeginsel word hulle op hul beurt verdeel in:
- Versamelaar.
- Valve.
- Asinchronous.
- Sinchronous.
Ventmotors behoort nie aan 'n aparte klas nie, aangesien hul toestel 'n variasie van die versamelaandrywing is. Hul ontwerp sluit 'n elektroniese omsetter en 'n rotorposisiesensor in. Gewoonlik word hulle saam met die beheerbord geïntegreer. Op hul koste vind gekoördineerde omskakeling van die anker plaas.
Sinchroniese en asinchrone motors loop uitsluitlik op wisselstroom. Die rotasie word beheer deur gesofistikeerde elektronika. Asinchronies word verdeel in:
- Driefase.
- Tweefase.
- Enkelfase.
Teoretiese formule vir die drywing van 'n driefase elektriese motor wanneer dit aan 'n ster of 'n delta gekoppel is
P=3Uf If cos(alpha).
Vir lineêre spanning en stroom lyk dit egter so
P=1, 73 × Uf × If × cos(alpha).
Dit sal 'n ware aanduiding wees van hoeveel kragdie enjin tel op van die netwerk.
Sinchronies onderverdeel in:
- Step.
- Hybrid.
- Induktor.
- Histerese.
- Reaktief.
Stappmotors het permanente magnete in hul ontwerp, so hulle word nie as 'n aparte kategorie geklassifiseer nie. Die werking van die meganismes word met frekwensie-omsetters beheer. Daar is ook universele motors wat op AC en DC werk.
Algemene kenmerke van enjins
Alle motors het algemene parameters wat in die formule gebruik word om die drywing van 'n elektriese motor te bepaal. Op grond daarvan kan u die eienskappe van die masjien bereken. In verskillende literatuur kan hulle verskillend genoem word, maar hulle beteken dieselfde. Die lys van sulke parameters sluit in:
- Wringkrag.
- Enjinkrag.
- Doeltreffendheid.
- Gegradeerde aantal omwentelings.
- Traagheidsmoment van die rotor.
- Gegradeerde spanning.
- Elektriese tydkonstante.
Bogenoemde parameters is eerstens nodig om die doeltreffendheid van elektriese installasies wat deur die meganiese krag van motors aangedryf word, te bepaal. Berekende waardes gee slegs 'n benaderde idee van die werklike eienskappe van die produk. Hierdie aanwysers word egter dikwels in die formule vir die krag van die elektriese motor gebruik. Dit is sy wat die doeltreffendheid van masjiene bepaal.
Wringkrag
Hierdie term het verskeie sinonieme: moment van krag, enjin moment, wringkrag, wringkrag. Almal van hulle word gebruik om een aanwyser aan te dui, alhoewel vanuit die oogpunt van fisika, hierdie konsepte nie altyd identies is nie.
Om terminologie te verenig, is standaarde ontwikkel wat alles tot 'n enkele stelsel bring. Daarom, in tegniese dokumentasie, word die frase "wringkrag" altyd gebruik. Dit is 'n vektor fisiese hoeveelheid, wat gelyk is aan die produk van die vektorwaardes van krag en radius. Die radiusvektor word vanaf die rotasie-as tot by die punt van toegepaste krag getrek. Vanuit 'n fisika-oogpunt lê die verskil tussen wringkrag en rotasiemoment in die punt van toepassing van die krag. In die eerste geval is dit 'n interne poging, in die tweede - 'n eksterne een. Die waarde word in newtonmeter gemeet. Die motorkragformule gebruik egter wringkrag as die basiswaarde.
Dit word bereken as
M=F × r waar:
M - wringkrag, Nm;
F - toegepaste krag, H;
r - radius, m.
Om die nominale wringkrag van die aktuator te bereken, gebruik die formule
Mnom=30Rnom ÷ pi × nnom, waar:
Rnom - nominale drywing van die elektriese motor, W;
nnom - nominale spoed, min-1.
Gevolglik moet die formule vir die nominale drywing van die elektriese motor soos volg lyk:
Pnom=Mnom pinnom / 30.
Gewoonlik word alle kenmerke in die spesifikasie aangedui. Maar dit gebeur dat jy met heeltemal nuwe installasies moet werk,inligting waaroor baie moeilik is om te vind. Om die tegniese parameters van sulke toestelle te bereken, word die data van hul analoë geneem. Ook is slegs die nominale eienskappe altyd bekend, wat in die spesifikasie gegee word. Werklike data moet deur jouself bereken word.
Enjinkrag
In 'n algemene sin is hierdie parameter 'n skalêre fisiese hoeveelheid, wat uitgedruk word in die tempo van verbruik of transformasie van die energie van die stelsel. Dit wys hoeveel werk die meganisme in 'n sekere tydseenheid sal verrig. In elektriese ingenieurswese vertoon die eienskap die nuttige meganiese krag op die sentrale as. Om die aanwyser aan te dui, word die letter P of W gebruik. Die hoofeenheid van meting is Watt. Die algemene formule vir die berekening van die drywing van 'n elektriese motor kan voorgestel word as:
P=dA ÷ dt waar:
A - meganiese (nuttige) werk (energie), J;
t - tydsverloop, sek.
Meganiese werk is ook 'n skalêre fisiese hoeveelheid, uitgedruk deur die werking van 'n krag op 'n voorwerp, en afhangende van die rigting en verplasing van hierdie voorwerp. Dit is die produk van die kragvektor en die pad:
dA=F × ds waar:
s - afstand afgelê, m.
Dit druk die afstand uit wat 'n punt van toegepaste krag sal oorkom. Vir rotasiebewegings word dit uitgedruk as:
ds=r × d(teta), waar:
teta - rotasiehoek, rad.
Op hierdie manier kan jy die hoekfrekwensie van rotasie van die rotor bereken:
omega=d(teta) ÷ dt.
Daaruit volg die formule vir die krag van die elektriese motor op die as: P \u003d M ×omega.
Doeltreffendheid van elektriese motor
Doeltreffendheid is 'n eienskap wat die doeltreffendheid van die stelsel weerspieël wanneer energie in meganiese energie omgesit word. Dit word uitgedruk as die verhouding van nuttige energie tot verbruikte energie. Volgens die verenigde stelsel van meeteenhede word dit as "eta" aangewys en is dit 'n dimensielose waarde, bereken as 'n persentasie. Die formule vir die doeltreffendheid van 'n elektriese motor in terme van krag:
eta=P2 ÷ P1 waar:
P1 - elektriese (toevoer) krag, W;
P2 - nuttige (meganiese) krag, W;
Dit kan ook uitgedruk word as:
eta=A ÷ Q × 100%, waar:
A - nuttige werk, J;
Q - energie verbruik, J.
Meer dikwels word die koëffisiënt bereken deur die formule vir die kragverbruik van 'n elektriese motor te gebruik, aangesien hierdie aanwysers altyd makliker is om te meet.
Die afname in die doeltreffendheid van die elektriese motor is te wyte aan:
- Elektriese verliese. Dit vind plaas as gevolg van die verhitting van die geleiers vanaf die deurgang van stroom daardeur.
- Magnetiese verlies. As gevolg van oormatige magnetisering van die kern, verskyn histerese en wervelstrome, wat belangrik is om in ag te neem in die motorkragformule.
- Meganiese verlies. Hulle hou verband met wrywing en ventilasie.
- Bykomende verliese. Hulle verskyn as gevolg van die harmonieke van die magnetiese veld, aangesien die stator en rotor getand is. Ook in die wikkeling is daar hoër harmonieke van die magnetomotoriese krag.
Daar moet kennis geneem word dat doeltreffendheid een van die belangrikste komponente isformules vir die berekening van die krag van 'n elektriese motor, aangesien dit jou toelaat om getalle te kry wat die naaste aan die werklikheid is. Gemiddeld wissel hierdie syfer van 10% tot 99%. Dit hang af van die ontwerp van die meganisme.
Gegradeerde aantal omwentelings
Nog 'n sleutelaanwyser van die elektromeganiese eienskappe van die enjin is die asspoed. Dit word uitgedruk in omwentelings per minuut. Dikwels word dit in die pompmotorkragformule gebruik om die werkverrigting daarvan uit te vind. Maar dit moet onthou word dat die aanwyser altyd anders is vir luier en werk onder las. Die aanwyser verteenwoordig 'n fisiese waarde gelykstaande aan die aantal volle omwentelinge vir 'n sekere tydperk.
RPM-berekeningsformule:
n=30 × omega ÷ pi waar:
n - enjinspoed, rpm.
Om die krag van die elektriese motor volgens die formule vir die spoed van die as te vind, is dit nodig om dit by die berekening van die hoeksnelheid te bring. So P=M × omega sal so lyk:
P=M × (2pi × n ÷ 60)=M × (n ÷ 9, 55) waar
t=60 sekondes.
Traagheidsmoment
Hierdie aanwyser is 'n skalêre fisiese hoeveelheid wat 'n maatstaf van die traagheid van rotasiebeweging om sy eie as weerspieël. In hierdie geval is die massa van die liggaam die waarde van sy traagheid tydens translasiebeweging. Die hoofkenmerk van die parameter word uitgedruk deur die verspreiding van liggaamsmassas, wat gelyk is aan die som van die produkte van die kwadraat van die afstand vanaf die as na die basispunt en die massas van die voorwerp. In die Internasionale Stelsel van Eenhedemeting dit word aangedui as kg m2 en het word bereken deur die formule:
J=∑ r2 × dm waar
J - traagheidsmoment, kg m2;
m - massa van die voorwerp, kg.
Momente van traagheid en kragte word verwant deur die verband:
M - J × epsilon, waar
epsilon - hoekversnelling, s-2.
Die aanwyser word bereken as:
epsilon=d(omega) × dt.
Dus, deur die massa en radius van die rotor te ken, kan jy die werkverrigtingparameters van meganismes bereken. Die motorkragformule sluit al hierdie kenmerke in.
Gegradeerde spanning
Dit word ook nominaal genoem. Dit verteenwoordig die basisspanning, verteenwoordig deur 'n standaard stel spannings, wat bepaal word deur die graad van isolasie van elektriese toerusting en die netwerk. In werklikheid kan dit verskil op verskillende punte van die toerusting, maar moet nie die maksimum toelaatbare bedryfstoestande oorskry nie, ontwerp vir deurlopende werking van die meganismes.
Vir konvensionele installasies word nominale spanning verstaan as die berekende waardes waarvoor dit in normale werking deur die ontwikkelaar verskaf word. Die lys van standaard netwerkspanning word in GOST verskaf. Hierdie parameters word altyd beskryf in die tegniese spesifikasies van die meganismes. Om die werkverrigting te bereken, gebruik die formule vir die krag van die elektriese motor volgens stroom:
P=U × I.
Elektriese tydkonstante
Verteenwoordig die tyd wat nodig is om die huidige vlak tot 63% te bereik nadat die energie aangeskakel iswindings aandryf. Die parameter is te wyte aan verbygaande prosesse van elektromeganiese eienskappe, aangesien hulle vlugtig is as gevolg van die groot aktiewe weerstand. Die algemene formule vir die berekening van die tydkonstante is:
te=L ÷ R.
Die elektromeganiese tydkonstante tm is egter altyd groter as die elektromagnetiese tydkonstante te. die rotor versnel teen nulspoed tot maksimum ledige spoed. In hierdie geval neem die vergelyking die vorm
aan
M=Mst + J × (d(omega) ÷ dt), waar
Mst=0.
Van hier af kry ons die formule:
M=J × (d(omega) ÷ dt).
Trouens, die elektromeganiese tydkonstante word bereken vanaf die aanvangswringkrag - Mp. 'n Meganisme wat onder ideale toestande met reglynige eienskappe werk, sal die formule hê:
M=Mp × (1 - omega ÷ omega0), waar
omega0 - ledige spoed.
Sulke berekeninge word in die pompmotorkragformule gebruik wanneer die suierslag direk van die asspoed afhang.
Basiese formules vir die berekening van enjinkrag
Om die werklike kenmerke van meganismes te bereken, moet jy altyd baie parameters in ag neem. eerstens moet jy weet watter stroom aan die motorwikkelings verskaf word: direk of afwisselend. Die beginsel van hul werk is anders, daarom is die berekeningsmetode anders. As die vereenvoudigde aansig van die dryfkragberekening so lyk:
Pel=U × I waar
I - stroomsterkte, A;
U - spanning, V;
Pel - voorsien elektriese krag. Di.
In die WS-motorkragformule moet faseverskuiwing (alfa) ook in ag geneem word. Gevolglik lyk die berekeninge vir 'n asynchrone aandrywing soos volg:
Pel=U × I × cos(alfa).
Benewens aktiewe (toevoer) krag, is daar ook:
- S - reaktief, VA. S=P ÷ cos(alfa).
- Q - vol, VA. Q=I × U × sin(alfa).
Die berekeninge moet ook termiese en induktiewe verliese, sowel as wrywing, in ag neem. Daarom lyk 'n vereenvoudigde formulemodel vir 'n GS-motor so:
Pel=Pmech + Rtep + Rind + Rtr, waar
Рmeh - nuttige opgewekte krag, W;
Rtep - hitteverlies, W;
Rind - koste van heffing in die induksiespoel, W;
RT - verlies as gevolg van wrywing, W.
Gevolgtrekking
Elektriese motors word in byna alle areas van die menslike lewe gebruik: in die alledaagse lewe, in produksie. Vir die korrekte gebruik van die aandrywer is dit nodig om nie net sy nominale eienskappe te ken nie, maar ook die regte. Dit sal die doeltreffendheid daarvan verhoog en koste verlaag.
