U elektromehanici postoji mnogo pogona koji rade s konstantnim opterećenjem bez promjene brzine vrtnje. Koriste se u industrijskoj i kućanskoj opremi kao što su ventilatori, kompresori i drugo. Ako su nazivne karakteristike nepoznate, tada se za izračune koristi formula za snagu elektromotora. Proračuni parametara posebno su važni za nove i malo poznate pogone. Izračun se vrši pomoću posebnih koeficijenata, kao i na temelju akumuliranog iskustva sa sličnim mehanizmima. Podaci su neophodni za ispravan rad električnih instalacija.
Što je električni motor?
Električni motor je uređaj koji pretvara električnu energiju u mehaničku energiju. Rad većine jedinica ovisi o interakciji magnetapolja s namotom rotora, što se izražava u njegovoj rotaciji. Rade iz izvora istosmjerne ili izmjenične struje. Napajanje može biti baterija, inverter ili utičnica. U nekim slučajevima motor radi u obrnutom smjeru, odnosno pretvara mehaničku energiju u električnu. Takve se instalacije naširoko koriste u elektranama koje napajaju strujanje zraka ili vode.
Električni motori se klasificiraju prema vrsti izvora energije, unutarnjem dizajnu, primjeni i snazi. Također, AC pogoni mogu imati posebne četke. Rade na jednofazni, dvofazni ili trofazni napon, hlađeni su zrakom ili tekućinom. Formula snage motora na izmjeničnu struju
P=U x I, gdje je P snaga, U napon, I struja.
Pogoni opće namjene sa svojom veličinom i karakteristikama koriste se u industriji. Najveći motori snage veće od 100 megavata koriste se u elektranama brodova, kompresorskih i crpnih stanica. Manje veličine koriste se u kućanskim aparatima poput usisavača ili ventilatora.
Dizajn električnog motora
Pogon uključuje:
- Rotor.
- Stator.
- ležajevi.
- Zračni razmak.
- Navijanje.
- Prebaci.
Rotor je jedini pokretni dio pogona koji se rotira oko svoje osi. Struja koja prolazi kroz vodičestvara induktivni poremećaj u namotu. Generirano magnetsko polje je u interakciji s trajnim magnetima statora, što pokreće osovinu. Izračunavaju se prema formuli za snagu elektromotora po struji, za koju se uzimaju učinkovitost i faktor snage, uključujući sve dinamičke karakteristike osovine.
Ležajevi se nalaze na osovini rotora i doprinose njegovoj rotaciji oko svoje osi. Vanjski dio su pričvršćeni na kućište motora. Osovina prolazi kroz njih i izlazi. Budući da opterećenje nadilazi radnu površinu ležajeva, naziva se prevjesno.
Stator je fiksni element elektromagnetskog kruga motora. Može uključivati namot ili trajne magnete. Jezgra statora izrađena je od tankih metalnih ploča, koje se nazivaju armaturni paket. Dizajniran je da smanji gubitak energije, što se često događa s čvrstim šipkama.
Zračni razmak je udaljenost između rotora i statora. Mali razmak je učinkovit, jer utječe na nizak koeficijent rada elektromotora. Struja magnetiziranja raste s veličinom jaza. Stoga se uvijek trude učiniti minimalnim, ali u razumnim granicama. Premala udaljenost uzrokuje trenje i otpuštanje elemenata za zaključavanje.
Namotaj se sastoji od bakrene žice sastavljene u jednu zavojnicu. Obično se polaže oko meke magnetizirane jezgre, koja se sastoji od nekoliko slojeva metala. Trenutačno dolazi do poremećaja indukcijskog poljastruja koja prolazi kroz žice namota. U ovom trenutku, jedinica ulazi u eksplicitni i implicitni način konfiguracije stupova. U prvom slučaju, magnetsko polje instalacije stvara namot oko stupa. U drugom slučaju, prorezi polova rotora su raspršeni u raspoređenom polju. Motor sa zasjenjenim polovima ima namot koji potiskuje magnetske smetnje.
Prekidač se koristi za prebacivanje ulaznog napona. Sastoji se od kontaktnih prstenova smještenih na osovini i međusobno izoliranih. Struja armature se primjenjuje na kontaktne četke rotacijskog komutatora, što dovodi do promjene polariteta i uzrokuje rotaciju rotora od pola do pola. Ako nema napona, motor se prestaje vrtjeti. Moderni strojevi opremljeni su dodatnom elektronikom koja kontrolira proces rotacije.
Princip rada
Prema Arhimedovom zakonu, struja u vodiču stvara magnetsko polje u kojem djeluje sila F1. Ako je metalni okvir izrađen od ovog vodiča i postavljen u polje pod kutom od 90°, tada će rubovi doživjeti sile usmjerene u suprotnom smjeru jedan u odnosu na drugi. Oni stvaraju zakretni moment oko osi, koja ga počinje rotirati. Zavojnice armature osiguravaju stalnu torziju. Polje stvaraju električni ili trajni magneti. Prva opcija izrađena je u obliku namota zavojnice na čeličnoj jezgri. Dakle, struja petlje stvara indukcijsko polje u namotu elektromagneta, koje stvara elektromotivsila.
Razmotrimo detaljnije rad asinkronih motora na primjeru instalacija s faznim rotorom. Takvi strojevi rade na izmjeničnu struju s brzinom armature koja nije jednaka pulsiranju magnetskog polja. Stoga se nazivaju i induktivnim. Rotor se pokreće interakcijom električne struje u zavojnicama s magnetskim poljem.
Kada nema napona u pomoćnom namotu, uređaj miruje. Čim se na kontaktima statora pojavi električna struja, stvara se konstantno magnetsko polje u prostoru s mreškanjem + F i -F. Može se predstaviti kao sljedeća formula:
pr=nrev=f1 × 60 ÷ p=n1
gdje:
pr - broj okretaja koje magnetsko polje napravi u smjeru naprijed, rpm;
rev - broj okreta polja u suprotnom smjeru, o/min;
f1 - frekvencija valovitosti električne struje, Hz;
p - broj polova;
1 - ukupni RPM.
Doživljavajući pulsacije magnetskog polja, rotor prima početno kretanje. Zbog neujednačenog utjecaja strujanja, on će razviti zakretni moment. Prema zakonu indukcije, u kratkospojenom namotu nastaje elektromotorna sila koja stvara struju. Njegova frekvencija je proporcionalna klizanju rotora. Zbog interakcije električne struje s magnetskim poljem, stvara se moment osovine.
Postoje tri formule za izračune izvedbesnaga asinkronog elektromotora. Korištenje faznog pomaka
S=P ÷ cos (alfa), gdje je:
S je prividna snaga mjerena u volt-amperima.
P - aktivna snaga u vatima.
alfa - fazni pomak.
Puna snaga se odnosi na stvarni pokazatelj, a aktivna snaga je izračunata.
Vrste elektromotora
Prema izvoru napajanja, pogoni se dijele na one koji rade od:
- DC.
- AC.
Prema principu rada, oni se pak dijele na:
- Kolekcionar.
- Ventil.
- Asinkrono.
- Sinkrono.
Motori za odzračivanje ne pripadaju posebnoj klasi, budući da je njihov uređaj varijacija kolektorskog pogona. Njihov dizajn uključuje elektronički pretvarač i senzor položaja rotora. Obično su integrirani zajedno s upravljačkom pločom. Na njihov račun dolazi do koordiniranog prebacivanja armature.
Sinkroni i asinkroni motori rade isključivo na izmjeničnu struju. Rotacijom upravlja sofisticirana elektronika. Asinkroni se dijele na:
- Trofazni.
- Dvofazni.
- Jednofazni.
Teorijska formula za snagu trofaznog elektromotora kada je spojen na zvijezdu ili trokut
P=3Uf If cos(alpha).
Međutim, za linearni napon i struju to izgleda ovako
P=1, 73 × Uf × If × cos(alpha).
Ovo će biti pravi pokazatelj kolika je snagamotor preuzima s mreže.
Sinkrono podijeljeno na:
- Korak.
- Hibrid.
- Induktor.
- Histereza.
- Reaktivno.
Stepper motori imaju trajne magnete u svom dizajnu, tako da nisu klasificirani kao posebna kategorija. Rad mehanizama kontrolira se pomoću frekventnih pretvarača. Postoje i univerzalni motori koji rade na AC i DC.
Opće karakteristike motora
Svi motori imaju zajedničke parametre koji se koriste u formuli za određivanje snage elektromotora. Na temelju njih možete izračunati svojstva stroja. U različitoj literaturi mogu se drugačije nazivati, ali znače isto. Popis takvih parametara uključuje:
- Zakretni moment.
- Snaga motora.
- Učinkovitost.
- Ocijenjeni broj okretaja.
- Moment inercije rotora.
- Nazivni napon.
- Električna vremenska konstanta.
Navedeni parametri su prije svega nužni za određivanje učinkovitosti električnih instalacija pogonjenih mehaničkom silom motora. Izračunate vrijednosti daju samo približnu predstavu o stvarnim karakteristikama proizvoda. Međutim, ovi se pokazatelji često koriste u formuli za snagu elektromotora. Ona je ta koja određuje učinkovitost strojeva.
Zakretni moment
Ovaj izraz ima nekoliko sinonima: moment sile, moment motora, okretni moment, moment. Svi se oni koriste za označavanje jednog pokazatelja, iako sa stajališta fizike ovi pojmovi nisu uvijek identični.
Kako bi se objedinila terminologija, razvijeni su standardi koji sve dovode u jedan sustav. Stoga se u tehničkoj dokumentaciji uvijek koristi izraz "moment". To je vektorska fizička veličina, koja je jednaka umnošku vektorskih vrijednosti sile i polumjera. Radijus vektor se povlači od osi rotacije do točke primijenjene sile. Sa stajališta fizike, razlika između momenta i rotacijskog momenta leži u točki primjene sile. U prvom slučaju, ovo je unutarnji napor, u drugom - vanjski. Vrijednost se mjeri u njutn metrima. Međutim, formula snage motora koristi okretni moment kao osnovnu vrijednost.
Izračunava se kao
M=F × r gdje je:
M - zakretni moment, Nm;
F - primijenjena sila, H;
r - radijus, m.
Za izračunavanje nazivnog momenta aktuatora, koristite formulu
Mnom=30Rnom ÷ pi × nnom, gdje je:
Rnom - nazivna snaga elektromotora, W;
nnom - nominalna brzina, min-1.
Prema tome, formula za nazivnu snagu elektromotora trebala bi izgledati ovako:
Pnom=Mnom pinnom / 30.
Obično su sve karakteristike navedene u specifikaciji. Ali događa se da morate raditi s potpuno novim instalacijama,informacije o kojima je vrlo teško pronaći. Za izračun tehničkih parametara takvih uređaja uzimaju se podaci njihovih analoga. Također, uvijek su poznate samo nazivne karakteristike koje su navedene u specifikaciji. Stvarne podatke morate sami izračunati.
Snaga motora
U općem smislu, ovaj parametar je skalarna fizička veličina, koja se izražava u brzini potrošnje ili transformacije energije sustava. Pokazuje koliko će posla mehanizam izvršiti u određenoj jedinici vremena. U elektrotehnici, karakteristika prikazuje korisnu mehaničku snagu na središnjoj osovini. Za označavanje indikatora koristi se slovo P ili W. Glavna mjerna jedinica je Watt. Opća formula za izračunavanje snage elektromotora može se predstaviti kao:
P=dA ÷ dt gdje je:
A - mehanički (korisni) rad (energija), J;
t - proteklo vrijeme, sek.
Mehanički rad je također skalarna fizička veličina, izražena djelovanjem sile na predmet, a ovisno o smjeru i pomaku tog objekta. To je proizvod vektora sile i putanje:
dA=F × ds gdje je:
s - prijeđena udaljenost, m.
Izražava udaljenost koju će točka primijenjene sile prevladati. Za rotacijske pokrete, izražava se kao:
ds=r × d(teta), gdje je:
teta - kut rotacije, rad.
Na ovaj način možete izračunati kutnu frekvenciju rotacije rotora:
omega=d(teta) ÷ dt.
Iz nje slijedi formula za snagu elektromotora na osovini: P \u003d M ×omega.
Učinkovitost elektromotora
Učinkovitost je karakteristika koja odražava učinkovitost sustava pri pretvaranju energije u mehaničku energiju. Izražava se kao omjer korisne energije i potrošene energije. Prema jedinstvenom sustavu mjernih jedinica, označava se kao "eta" i bezdimenzijska je vrijednost, izračunata u postocima. Formula za učinkovitost elektromotora u smislu snage:
eta=P2 ÷ P1 gdje je:
P1 - električna (opskrbna) snaga, W;
P2 - korisna (mehanička) snaga, W;
Može se izraziti i kao:
eta=A ÷ Q × 100%, gdje je:
A - koristan rad, J;
Q - potrošena energija, J.
Češće se koeficijent izračunava pomoću formule za potrošnju energije elektromotora, budući da je ove pokazatelje uvijek lakše izmjeriti.
Smanjenje učinkovitosti elektromotora je zbog:
- Električni gubici. To se događa kao rezultat zagrijavanja vodiča od prolaska struje kroz njih.
- Magnetski gubitak. Zbog prekomjerne magnetiziranosti jezgre pojavljuju se histereza i vrtložne struje, što je važno uzeti u obzir u formuli snage motora.
- Mehanički gubitak. Oni su povezani s trenjem i ventilacijom.
- Dodatni gubici. Pojavljuju se zbog harmonika magnetskog polja, budući da su stator i rotor nazubljeni. Također u namotu postoje viši harmonici magnetomotorne sile.
Treba napomenuti da je učinkovitost jedna od najvažnijih komponentiformule za izračun snage elektromotora, jer vam omogućuje da dobijete brojeve koji su najbliži stvarnosti. U prosjeku, ova brojka varira od 10% do 99%. Ovisi o dizajnu mehanizma.
Ocijenjeni broj okretaja
Još jedan ključni pokazatelj elektromehaničkih karakteristika motora je brzina osovine. Izražava se u okretajima u minuti. Često se koristi u formuli snage motora pumpe kako bi se saznao njezin učinak. Ali treba imati na umu da je indikator uvijek različit za rad u praznom hodu i rad pod opterećenjem. Indikator predstavlja fizičku vrijednost jednaku broju punih okretaja za određeno vremensko razdoblje.
formula izračuna RPM:
n=30 × omega ÷ pi gdje je:
n - brzina motora, o/min.
Da bismo pronašli snagu elektromotora prema formuli za brzinu osovine, potrebno ju je dovesti do proračuna kutne brzine. Dakle, P=M × omega bi izgledalo ovako:
P=M × (2pi × n ÷ 60)=M × (n ÷ 9, 55) gdje je
t=60 sekundi.
Moment inercije
Ovaj pokazatelj je skalarna fizička veličina koja odražava mjeru inercije rotacijskog gibanja oko vlastite osi. U ovom slučaju, masa tijela je vrijednost njegove inercije tijekom translacijskog gibanja. Glavna karakteristika parametra izražena je raspodjelom tjelesnih masa koja je jednaka zbroju umnožaka kvadrata udaljenosti od osi do bazne točke i mase objekta. U Međunarodnom sustavu jedinicamjerenje se označava kao kg m2 i izračunava se po formuli:
J=∑ r2 × dm gdje je
J - moment inercije, kg m2;
m - masa predmeta, kg.
Momenti inercije i sile povezani su relacijom:
M - J × epsilon, gdje je
epsilon - kutno ubrzanje, s-2.
Indikator se izračunava kao:
epsilon=d(omega) × dt.
Tako, znajući masu i polumjer rotora, možete izračunati parametre rada mehanizama. Formula snage motora uključuje sve ove karakteristike.
Nazivni napon
Zove se i nominalno. Predstavlja osnovni napon, predstavljen standardnim skupom napona, koji je određen stupnjem izolacije električne opreme i mreže. U stvarnosti, može se razlikovati na različitim točkama opreme, ali ne smije prelaziti maksimalno dopuštene radne uvjete, dizajnirane za kontinuirani rad mehanizama.
Za konvencionalne instalacije, nazivni napon se podrazumijeva kao izračunate vrijednosti za koje ih daje programer u normalnom radu. Popis standardnog mrežnog napona nalazi se u GOST-u. Ovi parametri su uvijek opisani u tehničkim specifikacijama mehanizama. Da biste izračunali performanse, koristite formulu za snagu elektromotora prema struji:
P=U × I.
Električna vremenska konstanta
Predstavlja vrijeme potrebno za dostizanje trenutne razine do 63% nakon uključivanjapogonski namoti. Parametar je posljedica prolaznih procesa elektromehaničkih karakteristika, budući da su prolazni zbog velikog aktivnog otpora. Opća formula za izračun vremenske konstante je:
te=L ÷ R.
Međutim, elektromehanička vremenska konstanta tm uvijek je veća od elektromagnetske vremenske konstante te. rotor ubrzava nultom brzinom do maksimalne brzine u praznom hodu. U ovom slučaju, jednadžba ima oblik
M=Mst + J × (d(omega) ÷ dt), gdje je
Mst=0.
Odavde dobivamo formulu:
M=J × (d(omega) ÷ dt).
U stvari, elektromehanička vremenska konstanta se izračunava iz startnog momenta - Mp. Mehanizam koji radi u idealnim uvjetima s pravocrtnim karakteristikama imat će formulu:
M=Mp × (1 - omega ÷ omega0), gdje je
omega0 - brzina u praznom hodu.
Takvi izračuni se koriste u formuli snage motora pumpe kada hod klipa izravno ovisi o brzini osovine.
Osnovne formule za izračun snage motora
Da biste izračunali stvarne karakteristike mehanizama, uvijek morate uzeti u obzir mnoge parametre. prije svega, morate znati koja se struja dovodi do namota motora: izravna ili izmjenična. Princip njihovog rada je drugačiji, pa je i način izračuna drugačiji. Ako pojednostavljeni prikaz izračuna snage pogona izgleda ovako:
Pel=U × I gdje
I - jačina struje, A;
U - napon, V;
Pel - isporučena električna energija. uto.
U formuli snage motora na izmjeničnu struju, fazni pomak (alfa) također se mora uzeti u obzir. Sukladno tome, izračuni za asinkroni pogon izgledaju ovako:
Pel=U × I × cos(alpha).
Pored aktivne (opskrbne) snage, postoji i:
- S - reaktivan, VA. S=P ÷ cos(alfa).
- Q - puni, VA. Q=I × U × sin(alfa).
Izračuni također moraju uzeti u obzir toplinske i induktivne gubitke, kao i trenje. Stoga, pojednostavljeni model formule za DC motor izgleda ovako:
Pel=Pmech + Rtep + Rind + Rtr, gdje
Rmeh - korisna generirana snaga, W;
Rtep - gubitak topline, W;
Korica - trošak punjenja u indukcijskom svitku, W;
RT - gubitak zbog trenja, W.
Zaključak
Elektromotori se koriste u gotovo svim područjima ljudskog života: u svakodnevnom životu, u proizvodnji. Za ispravnu uporabu pogona potrebno je poznavati ne samo njegove nominalne karakteristike, već i stvarne. To će povećati njegovu učinkovitost i smanjiti troškove.
