Elektromehānikā ir daudz disku, kas darbojas ar nemainīgu slodzi, nemainot griešanās ātrumu. Tos izmanto rūpniecības un sadzīves iekārtās, piemēram, ventilatoros, kompresoros un citās. Ja nominālie raksturlielumi nav zināmi, tad aprēķiniem izmanto elektromotora jaudas formulu. Parametru aprēķini ir īpaši svarīgi jauniem un maz zināmiem diskdziņiem. Aprēķins tiek veikts, izmantojot īpašus koeficientus, kā arī pamatojoties uz uzkrāto pieredzi ar līdzīgiem mehānismiem. Dati ir būtiski elektroinstalāciju pareizai darbībai.
Kas ir elektromotors?
Elektromotors ir ierīce, kas pārvērš elektrisko enerģiju mehāniskajā enerģijā. Lielākās daļas vienību darbība ir atkarīga no magnētiskās mijiedarbībaslauki ar rotora tinumu, kas izpaužas tā rotācijā. Tie darbojas no līdzstrāvas vai maiņstrāvas avotiem. Barošanas avots var būt akumulators, invertors vai strāvas kontaktligzda. Dažos gadījumos dzinējs darbojas apgriezti, tas ir, pārvērš mehānisko enerģiju elektroenerģijā. Šādas iekārtas tiek plaši izmantotas spēkstacijās, kuras darbina ar gaisa vai ūdens plūsmu.
Elektromotorus klasificē pēc strāvas avota veida, iekšējās konstrukcijas, pielietojuma un jaudas. Arī maiņstrāvas diskdziņiem var būt īpašas sukas. Tie darbojas ar vienfāzes, divfāžu vai trīsfāžu spriegumu, tiek dzesēti ar gaisu vai šķidrumu. Maiņstrāvas motora jaudas formula
P=U x I, kur P ir jauda, U ir spriegums, I ir strāva.
Rūpniecībā tiek izmantoti vispārējas nozīmes diskdziņi ar to izmēru un īpašībām. Lielākie dzinēji ar jaudu vairāk nekā 100 megavati tiek izmantoti kuģu spēkstacijās, kompresoru un sūkņu stacijās. Mazākus izmērus izmanto sadzīves ierīcēs, piemēram, putekļsūcējos vai ventilatoros.
Elektromotora dizains
Disks ietver:
- Rotors.
- Stators.
- Gultņi.
- Gaisa sprauga.
- Aptinums.
- Switch.
Rotors ir vienīgā kustīgā piedziņas daļa, kas griežas ap savu asi. Strāva iet caur vadītājiemveido induktīvus traucējumus tinumā. Radītais magnētiskais lauks mijiedarbojas ar statora pastāvīgajiem magnētiem, kas iedarbina vārpstu. Tos aprēķina pēc formulas elektromotora jaudai pēc strāvas, kurai ņem lietderības koeficientu un jaudas koeficientu, ieskaitot visus vārpstas dinamiskos raksturlielumus.
Gultņi atrodas uz rotora vārpstas un veicina tā rotāciju ap savu asi. Ārējā daļa tie ir piestiprināti pie dzinēja korpusa. Vārpsta iet caur tiem un ārā. Tā kā slodze pārsniedz gultņu darba zonu, to sauc par pārkarēm.
Stators ir dzinēja elektromagnētiskās ķēdes fiksēts elements. Var ietvert tinumu vai pastāvīgos magnētus. Statora kodols ir izgatavots no plānām metāla plāksnēm, kuras sauc par armatūras paketi. Tas ir paredzēts, lai samazinātu enerģijas zudumus, kas bieži notiek ar cietiem stieņiem.
Gaisa sprauga ir attālums starp rotoru un statoru. Neliela atstarpe ir efektīva, jo ietekmē zemo elektromotora darbības koeficientu. Magnetizējošā strāva palielinās līdz ar spraugas izmēru. Tāpēc viņi vienmēr cenšas to padarīt minimālu, bet līdz saprātīgām robežām. Pārāk mazs attālums izraisa berzi un bloķēšanas elementu atslābināšanu.
Tinums sastāv no vara stieples, kas samontētas vienā spolē. Parasti tiek likts ap mīkstu magnetizētu serdi, kas sastāv no vairākiem metāla slāņiem. Šobrīd notiek indukcijas lauka perturbācijastrāva, kas iet caur tinumu vadiem. Šajā brīdī iekārta pāriet tiešā un netiešā polu konfigurācijas režīmā. Pirmajā gadījumā instalācijas magnētiskais lauks rada tinumu ap pola gabalu. Otrajā gadījumā rotora pola daļas spraugas ir izkliedētas sadalītajā laukā. Aizēnotajam polu motoram ir tinums, kas nomāc magnētiskos traucējumus.
Slēdzi izmanto, lai pārslēgtu ieejas spriegumu. Tas sastāv no kontaktgredzeniem, kas atrodas uz vārpstas un ir izolēti viens no otra. Armatūras strāva tiek pievadīta uz rotējošā komutatora kontaktbirstēm, kas noved pie polaritātes maiņas un izraisa rotora griešanos no pola uz polu. Ja nav sprieguma, motors pārstāj griezties. Mūsdienu mašīnas ir aprīkotas ar papildu elektroniku, kas kontrolē rotācijas procesu.
Darbības princips
Saskaņā ar Arhimēda likumu strāva vadītājā rada magnētisko lauku, kurā darbojas spēks F1. Ja no šī vadītāja ir izgatavots metāla rāmis un novietots laukā 90 ° leņķī, tad malas piedzīvos spēkus, kas vērsti pretējā virzienā attiecībā pret otru. Tie rada griezes momentu ap asi, kas sāk to griezt. Armatūras spoles nodrošina pastāvīgu vērpi. Lauku rada elektriskie vai pastāvīgie magnēti. Pirmais variants ir izgatavots spoles veidā uz tērauda serdes. Tādējādi cilpas strāva elektromagnēta tinumā rada indukcijas lauku, kas ģenerē elektromotoruspēks.
Sīkāk aplūkosim asinhrono motoru darbību, izmantojot instalāciju ar fāzes rotoru piemēru. Šādas mašīnas darbojas ar maiņstrāvu ar armatūras ātrumu, kas nav vienāds ar magnētiskā lauka pulsāciju. Tāpēc tos sauc arī par induktīviem. Rotoru darbina spoles esošās elektriskās strāvas mijiedarbība ar magnētisko lauku.
Kad papildu tinumā nav sprieguma, ierīce atrodas miera stāvoklī. Tiklīdz uz statora kontaktiem parādās elektriskā strāva, telpā veidojas konstants magnētiskais lauks ar + F un -F pulsāciju. To var attēlot kā šādu formulu:
pr=nrev=f1 × 60 ÷ p=n1
kur:
pr - apgriezienu skaits, ko magnētiskais lauks veic virzienā uz priekšu, rpm;
rev - lauka apgriezienu skaits pretējā virzienā, apgr./min.;
f1 - elektriskās strāvas pulsācijas frekvence, Hz;
p - stabu skaits;
1 - kopējie IPT.
Izjūtot magnētiskā lauka pulsācijas, rotors saņem sākotnējo kustību. Plūsmas nevienmērīgās ietekmes dēļ tas attīstīs griezes momentu. Saskaņā ar indukcijas likumu īsslēgtā tinumā veidojas elektromotora spēks, kas ģenerē strāvu. Tās biežums ir proporcionāls rotora slīdēšanai. Elektriskās strāvas mijiedarbības ar magnētisko lauku dēļ rodas vārpstas griezes moments.
Darbības aprēķiniem ir trīs formulasasinhronā elektromotora jauda. Izmantojot fāzes nobīdi, izmantojiet
S=P ÷ cos (alfa), kur:
S ir šķietamā jauda, ko mēra voltos ampēros.
P - aktīvā jauda vatos.
alpha - fāzes nobīde.
Pilna jauda attiecas uz reālo indikatoru, un aktīvā jauda ir aprēķinātā.
Elektromotoru veidi
Atbilstoši strāvas avotam diskdziņi tiek iedalīti tajos, kas darbojas no:
- DC.
- AC.
Pēc darbības principa tos savukārt iedala:
- Kolekcionārs.
- Valve.
- Asinhroni.
- Sinhrons.
Vendes motori nepieder pie atsevišķas klases, jo to ierīce ir kolektora piedziņas variācija. To dizains ietver elektronisko pārveidotāju un rotora pozīcijas sensoru. Parasti tie ir integrēti kopā ar vadības paneli. Uz viņu rēķina notiek koordinēta armatūras pārslēgšana.
Sinhronie un asinhronie motori darbojas tikai ar maiņstrāvu. Rotāciju kontrolē sarežģīta elektronika. Asinhronie ir sadalīti:
- Trīsfāzu.
- Divfāžu.
- Vienfāzes.
Teorētiskā formula trīsfāzu elektromotora jaudai, kad tas ir savienots ar zvaigzni vai trīsstūri
P=3Uf If cos(alpha).
Tomēr lineārajam spriegumam un strāvai tas izskatās šādi
P=1, 73 × Uf × If × cos(alpha).
Tas būs reāls jaudas rādītājsdzinējs paceļas no tīkla.
Sinhronais iedalīts:
- Solis.
- Hibrīds.
- Induktors.
- Histerēze.
- Reaktīvs.
Pakāpju motoriem ir pastāvīgie magnēti, tāpēc tie nav klasificēti kā atsevišķa kategorija. Mehānismu darbība tiek kontrolēta, izmantojot frekvences pārveidotājus. Ir arī universāli motori, kas darbojas ar maiņstrāvu un līdzstrāvu.
Dzinēju vispārīgie raksturlielumi
Visiem motoriem ir kopīgi parametri, kas tiek izmantoti elektromotora jaudas noteikšanas formulā. Pamatojoties uz tiem, jūs varat aprēķināt mašīnas īpašības. Dažādā literatūrā tos var saukt dažādi, taču tie nozīmē vienu un to pašu. Šādu parametru sarakstā ir:
- Griezes moments.
- Dzinēja jauda.
- Efektivitāte.
- Nominālais apgriezienu skaits.
- Rotora inerces moments.
- Nominālais spriegums.
- Elektriskā laika konstante.
Iepriekš minētie parametri ir nepieciešami, pirmkārt, lai noteiktu elektrisko instalāciju efektivitāti, kuras darbina ar motoru mehānisko spēku. Aprēķinātās vērtības sniedz tikai aptuvenu priekšstatu par produkta faktiskajām īpašībām. Tomēr šos rādītājus bieži izmanto elektromotora jaudas formulā. Tā ir viņa, kas nosaka mašīnu efektivitāti.
Griezes moments
Šim terminam ir vairāki sinonīmi: spēka moments, dzinēja moments, griezes moments, griezes moments. Tos visus izmanto, lai apzīmētu vienu rādītāju, lai gan no fizikas viedokļa šie jēdzieni ne vienmēr ir identiski.
Lai vienotu terminoloģiju, ir izstrādāti standarti, kas visu apvieno vienotā sistēmā. Tāpēc tehniskajā dokumentācijā vienmēr tiek lietota frāze "griezes moments". Tas ir vektora fiziskais lielums, kas ir vienāds ar spēka un rādiusa vektora vērtību reizinājumu. Rādiusa vektoru novelk no rotācijas ass līdz pieliktā spēka punktam. No fizikas viedokļa atšķirība starp griezes momentu un griešanās momentu ir spēka pielikšanas punktā. Pirmajā gadījumā tas ir iekšējs piepūle, otrajā - ārējs. Vērtību mēra ņūtonmetros. Tomēr motora jaudas formula izmanto griezes momentu kā bāzes vērtību.
Tas tiek aprēķināts kā
M=F × r kur:
M - griezes moments, Nm;
F - pielikts spēks, H;
r - rādiuss, m.
Lai aprēķinātu izpildmehānisma nominālo griezes momentu, izmantojiet formulu
Mnom=30Rnom ÷ pi × nnom, kur:
Rnom - elektromotora nominālā jauda, W;
nnom - nominālais ātrums, min-1.
Attiecīgi elektromotora nominālās jaudas formulai vajadzētu izskatīties šādi:
Pnom=Mnom pinnom / 30.
Parasti visas īpašības ir norādītas specifikācijā. Bet gadās, ka jums ir jāstrādā ar pilnīgi jaunām instalācijām,informāciju, par kuru ir ļoti grūti atrast. Lai aprēķinātu šādu ierīču tehniskos parametrus, tiek ņemti to analogu dati. Tāpat vienmēr ir zināmi tikai nominālie raksturlielumi, kas norādīti specifikācijā. Reālie dati ir jāaprēķina pašam.
Dzinēja jauda
Vispārīgā nozīmē šis parametrs ir skalārs fizikāls lielums, ko izsaka sistēmas enerģijas patēriņa vai transformācijas ātrumā. Tas parāda, cik lielu darbu mehānisms veiks noteiktā laika vienībā. Elektrotehnikā raksturlielums parāda lietderīgo mehānisko jaudu uz centrālās vārpstas. Lai norādītu indikatoru, tiek izmantots burts P vai W. Galvenā mērvienība ir vats. Vispārīgo formulu elektromotora jaudas aprēķināšanai var attēlot šādi:
P=dA ÷ dt kur:
A - mehāniskais (lietderīgais) darbs (enerģija), J;
t - pagājušais laiks, sek.
Mehāniskais darbs ir arī skalārs fizikāls lielums, ko izsaka spēka iedarbībā uz objektu un atkarībā no šī objekta virziena un pārvietošanās. Tas ir spēka vektora un ceļa reizinājums:
dA=F × ds kur:
s - nobrauktais attālums, m.
Tas izsaka attālumu, kuru pieliktā spēka punkts pārvarēs. Rotācijas kustībām to izsaka šādi:
ds=r × d(teta), kur:
teta - rotācijas leņķis, rad.
Tādā veidā jūs varat aprēķināt rotora rotācijas leņķisko frekvenci:
omega=d(teta) ÷ dt.
No tā izriet formula elektromotora jaudai uz vārpstas: P \u003d M ×omega.
Elektromotora efektivitāte
Efektivitāte ir raksturlielums, kas atspoguļo sistēmas efektivitāti, pārvēršot enerģiju mehāniskajā enerģijā. To izsaka kā lietderīgās enerģijas attiecību pret izlietoto enerģiju. Saskaņā ar vienoto mērvienību sistēmu to apzīmē kā "eta" un ir bezizmēra vērtība, kas aprēķināta procentos. Elektromotora efektivitātes formula jaudas izteiksmē:
eta=P2 ÷ P1 kur:
P1 - elektriskā (barošanas) jauda, W;
P2 - noderīga (mehāniska) jauda, W;
To var izteikt arī šādi:
eta=A ÷ Q × 100%, kur:
A - noderīgs darbs, J;
Q - iztērēta enerģija, J.
Biežāk koeficientu aprēķina, izmantojot elektromotora jaudas patēriņa formulu, jo šos rādītājus vienmēr ir vieglāk izmērīt.
Elektromotora efektivitātes samazināšanās ir saistīta ar:
- Elektrības zudumi. Tas notiek vadītāju sasilšanas rezultātā, kad caur tiem plūst strāva.
- Magnētiskais zudums. Pārmērīgas serdes magnetizācijas dēļ parādās histerēze un virpuļstrāvas, ko ir svarīgi ņemt vērā motora jaudas formulā.
- Mehānisks zudums. Tie ir saistīti ar berzi un ventilāciju.
- Papildu zaudējumi. Tie parādās magnētiskā lauka harmoniku dēļ, jo stators un rotors ir zoboti. Arī tinumā ir augstākas magnetomotīves spēka harmonikas.
Jāatzīmē, ka efektivitāte ir viena no svarīgākajām sastāvdaļāmformulas elektromotora jaudas aprēķināšanai, jo ļauj iegūt skaitļus, kas ir vistuvāk realitātei. Vidēji šis rādītājs svārstās no 10% līdz 99%. Tas ir atkarīgs no mehānisma konstrukcijas.
Nominālais apgriezienu skaits
Cits galvenais motora elektromehānisko raksturlielumu rādītājs ir vārpstas ātrums. To izsaka apgriezienos minūtē. Bieži vien to izmanto sūkņa motora jaudas formulā, lai noskaidrotu tā veiktspēju. Bet jāatceras, ka tukšgaitā un darbam zem slodzes indikators vienmēr ir atšķirīgs. Indikators attēlo fizisko vērtību, kas vienāda ar pilnu apgriezienu skaitu noteiktā laika periodā.
RPM aprēķina formula:
n=30 × omega ÷ pi kur:
n - dzinēja apgriezieni, apgr./min.
Lai atrastu elektromotora jaudu pēc vārpstas apgriezienu skaita formulas, nepieciešams to novest līdz leņķiskā ātruma aprēķināšanai. Tātad P=M × omega izskatītos šādi:
P=M × (2 pi × n ÷ 60)=M × (n ÷ 9, 55), kur
t=60 sekundes.
Inerces moments
Šis rādītājs ir skalārs fizisks lielums, kas atspoguļo rotācijas kustības inerces mēru ap savu asi. Šajā gadījumā ķermeņa masa ir tā inerces vērtība translācijas kustības laikā. Parametra galveno raksturlielumu izsaka ar ķermeņa masu sadalījumu, kas ir vienāds ar attāluma no ass līdz bāzes punktam kvadrāta un objekta masu reizinājumu summu Starptautiskajā mērvienību sistēmā.mērījums tiek apzīmēts kā kg m2 un tiek aprēķināts pēc formulas:
J=∑ r2 × dm kur
J - inerces moments, kg m2;
m - objekta masa, kg.
Inerces momenti un spēki ir saistīti ar attiecību:
M - J × epsilons, kur
epsilons - leņķiskais paātrinājums, s-2.
Rādītājs tiek aprēķināts šādi:
epsilons=d(omega) × dt.
Tādējādi, zinot rotora masu un rādiusu, var aprēķināt mehānismu darbības parametrus. Motora jaudas formula ietver visus šos raksturlielumus.
Nominālais spriegums
To sauc arī par nominālo. Tas apzīmē bāzes spriegumu, ko attēlo standarta spriegumu kopums, ko nosaka elektroiekārtu un tīkla izolācijas pakāpe. Reāli tas var atšķirties dažādos iekārtas punktos, taču nedrīkst pārsniegt maksimāli pieļaujamos darbības apstākļus, kas paredzēti nepārtrauktai mehānismu darbībai.
Parastajām instalācijām nominālais spriegums tiek saprasts kā aprēķinātās vērtības, kurām tās nodrošina izstrādātājs normālā darbībā. Standarta tīkla sprieguma saraksts ir sniegts GOST. Šie parametri vienmēr ir aprakstīti mehānismu tehniskajās specifikācijās. Lai aprēķinātu veiktspēju, izmantojiet formulu elektromotora jaudai pēc strāvas:
P=U × I.
Elektriskā laika konstante
Attēlo laiku, kas nepieciešams, lai sasniegtu pašreizējo līmeni līdz 63% pēc strāvas padevespiedziņas tinumi. Parametrs ir saistīts ar elektromehānisko raksturlielumu pārejošiem procesiem, jo tie ir īslaicīgi lielās aktīvās pretestības dēļ. Vispārīgā formula laika konstantes aprēķināšanai ir:
te=L ÷ R.
Tomēr elektromehāniskā laika konstante tm vienmēr ir lielāka par elektromagnētisko laika konstanti te. rotors paātrina ar nulles ātrumu līdz maksimālajam tukšgaitas ātrumam. Šajā gadījumā vienādojumam ir forma
M=Mst + J × (d(omega) ÷ dt), kur
Mst=0.
No šejienes mēs iegūstam formulu:
M=J × (d(omega) ÷ dt).
Faktiski elektromehāniskā laika konstante tiek aprēķināta no sākuma griezes momenta - Mp. Mehānismam, kas darbojas ideālos apstākļos ar taisnvirziena raksturlielumiem, būs formula:
M=Mp × (1 - omega ÷ omega0), kur
omega0 - tukšgaitas ātrums.
Šādi aprēķini tiek izmantoti sūkņa motora jaudas formulā, ja virzuļa gājiens ir tieši atkarīgs no vārpstas ātruma.
Pamatformulas dzinēja jaudas aprēķināšanai
Lai aprēķinātu mehānismu reālos raksturlielumus, vienmēr jāņem vērā daudzi parametri. pirmkārt, jums jāzina, kāda strāva tiek piegādāta motora tinumiem: tieša vai mainīga. Viņu darba princips ir atšķirīgs, tāpēc arī aprēķina metode ir atšķirīga. Ja piedziņas jaudas aprēķina vienkāršotais skats izskatās šādi:
Pel=U × I kur
I - strāvas stiprums, A;
U - spriegums, V;
Pel - piegādāta elektroenerģija. Otr.
Maiņstrāvas motora jaudas formulā jāņem vērā arī fāzes nobīde (alfa). Attiecīgi asinhronā diska aprēķini izskatās šādi:
Pel=U × I × cos(alpha).
Papildus aktīvajai (barošanas) jaudai ir arī:
- S - reaktīvs, VA. S=P ÷ cos(alfa).
- Q - pilna, VA. Q=I × U × sin(alfa).
Aprēķinos jāņem vērā arī termiskie un induktīvie zudumi, kā arī berze. Tāpēc līdzstrāvas motora vienkāršotas formulas modelis izskatās šādi:
Pel=Pmech + Rtep + Rind + Rtr, kur
Рmeh - lietderīgā ģenerētā jauda, W;
Rtep - siltuma zudumi, W;
Rind - uzlādes izmaksas indukcijas spolē, W;
RT - zaudējumi berzes dēļ, W.
Secinājums
Elektromotori tiek izmantoti gandrīz visās cilvēka dzīves jomās: ikdienā, ražošanā. Pareizai piedziņas lietošanai ir jāzina ne tikai tā nominālie raksturlielumi, bet arī reālie. Tas palielinās tā efektivitāti un samazinās izmaksas.
