Sähkömekaniikassa on monia käyttöjä, jotka toimivat vakiokuormilla muuttamatta pyörimisnopeutta. Niitä käytetään teollisuus- ja kotitalouslaitteissa, kuten puh altimissa, kompressoreissa ja muissa. Jos nimellisominaisuudet eivät ole tiedossa, laskennassa käytetään sähkömoottorin tehon kaavaa. Parametrilaskelmat ovat erityisen tärkeitä uusille ja vähän tunnetuille asemille. Laskenta suoritetaan erityisillä kertoimilla sekä samanlaisista mekanismeista kertyneen kokemuksen perusteella. Tiedot ovat välttämättömiä sähköasennusten oikean toiminnan kann alta.
Mikä on sähkömoottori?
Sähkömoottori on laite, joka muuntaa sähköenergian mekaaniseksi energiaksi. Useimpien yksiköiden toiminta riippuu magneetin vuorovaikutuksestakentät roottorin käämityksen kanssa, mikä ilmaistaan sen pyörimisessä. Ne toimivat DC- tai AC-virtalähteistä. Virtalähde voi olla akku, invertteri tai pistorasia. Joissakin tapauksissa moottori toimii päinvastoin, eli se muuntaa mekaanisen energian sähköenergiaksi. Tällaisia asennuksia käytetään laaj alti ilma- tai vesivoimaloissa.
Sähkömoottorit luokitellaan virtalähteen tyypin, sisäisen rakenteen, sovelluksen ja tehon mukaan. Myös AC-käytöissä voi olla erityisiä harjoja. Ne toimivat yksivaiheisella, kaksivaiheisella tai kolmivaiheisella jännitteellä, ovat ilma- tai nestejäähdytteisiä. AC-moottorin tehokaava
P=U x I, jossa P on teho, U on jännite, I on virta.
Yleiskäyttöisiä taajuusmuuttajia kokoineen ja ominaisuuksineen käytetään teollisuudessa. Suurimpia moottoreita, joiden teho on yli 100 megawattia, käytetään laivojen, kompressori- ja pumppuasemien voimalaitoksissa. Pienempiä kokoja käytetään kodinkoneissa, kuten pölynimurissa tai tuulettimissa.
Sähkömoottorin rakenne
Drive sisältää:
- Roottori.
- Staattori.
- Laakerit.
- Ilmaväli.
- Käämitys.
- Vaihda.
Roottori on vetolaitteen ainoa liikkuva osa, joka pyörii oman akselinsa ympäri. Virta kulkee johtimien läpimuodostaa käämiin induktiivisen häiriön. Muodostunut magneettikenttä on vuorovaikutuksessa staattorin kestomagneettien kanssa, mikä saa akselin liikkeelle. Ne lasketaan kaavan mukaan sähkömoottorin teholle virralla, jolle otetaan hyötysuhde ja tehokerroin, mukaan lukien kaikki akselin dynaamiset ominaisuudet.
Laakerit sijaitsevat roottorin akselilla ja edistävät sen pyörimistä akselinsa ympäri. Ulompi osa ne on kiinnitetty moottorin koteloon. Akseli kulkee niiden läpi ja ulos. Koska kuorma ylittää laakereiden työalueen, sitä kutsutaan ulkonemiseksi.
Staattori on moottorin sähkömagneettisen piirin kiinteä osa. Voi sisältää käämi- tai kestomagneetteja. Staattorin sydän on valmistettu ohuista metallilevyistä, joita kutsutaan ankkuripaketiksi. Se on suunniteltu vähentämään energiahävikkiä, mitä usein tapahtuu kiinteillä sauvoilla.
Ilmaväli on roottorin ja staattorin välinen etäisyys. Pieni rako on tehokas, koska se vaikuttaa sähkömoottorin alhaiseen toimintakertoimeen. Magnetointivirta kasvaa raon koon myötä. Siksi he yrittävät aina tehdä siitä minimaalisen, mutta kohtuullisin rajoituksin. Liian pieni etäisyys aiheuttaa kitkaa ja lukituselementtien löystymistä.
Käämitys koostuu kuparilangasta, joka on koottu yhdeksi kelaksi. Yleensä asetetaan pehmeän magnetoidun ytimen ympärille, joka koostuu useista metallikerroksista. Induktiokentän häiriö tapahtuu tällä hetkelläkäämijohtojen läpi kulkeva virta. Tässä vaiheessa yksikkö siirtyy eksplisiittiseen ja implisiittiseen napakonfigurointitilaan. Ensimmäisessä tapauksessa asennuksen magneettikenttä muodostaa käämin napakappaleen ympärille. Toisessa tapauksessa roottorin napakappaleen raot ovat hajallaan hajautetussa kentässä. Varjostetussa napamoottorissa on käämitys, joka vaimentaa magneettisia häiriöitä.
Kytkintä käytetään tulojännitteen kytkemiseen. Se koostuu kontaktirenkaista, jotka sijaitsevat akselilla ja on eristetty toisistaan. Pyörivän kommutaattorin kosketusharjoihin johdetaan ankkurivirtaa, mikä johtaa polariteetin muutokseen ja saa roottorin pyörimään napasta napaiseen. Jos jännitettä ei ole, moottori lakkaa pyörimästä. Nykyaikaiset koneet on varustettu ylimääräisellä elektroniikalla, joka ohjaa pyörimisprosessia.
Toimintaperiaate
Arkhimedesin lain mukaan johtimessa oleva virta muodostaa magneettikentän, jossa voima F1 vaikuttaa. Jos tästä johtimesta tehdään metallirunko ja sijoitetaan kenttään 90° kulmaan, niin reunat kokevat voimia, jotka kohdistuvat vastakkaiseen suuntaan suhteessa toisiinsa. Ne luovat vääntömomentin akselin ympäri, joka alkaa pyörittää sitä. Ankkurikelat tarjoavat jatkuvaa vääntöä. Kenttä luodaan sähkö- tai kestomagneeteilla. Ensimmäinen vaihtoehto on valmistettu kelakäämityksenä teräsytimelle. Siten silmukkavirta synnyttää sähkömagneettikäämiin induktiokentän, joka synnyttää sähkömoottorinvoima.
Tarkastellaan tarkemmin asynkronisten moottoreiden toimintaa vaiheroottorilla varustetun asennuksen esimerkin avulla. Tällaiset koneet toimivat vaihtovirralla ankkurinopeudella, joka ei ole yhtä suuri kuin magneettikentän pulsaatio. Siksi niitä kutsutaan myös induktiivisiksi. Roottoria ohjaa käämien sähkövirran vuorovaikutus magneettikentän kanssa.
Kun apukäämissä ei ole jännitettä, laite on levossa. Heti kun sähkövirta ilmaantuu staattorin koskettimiin, muodostuu magneettikenttävakio avaruudessa + F ja -F a altoilulla. Se voidaan esittää seuraavalla kaavalla:
pr=nrev=f1 × 60 ÷ p=n1
missä:
pr - magneettikentän tekemien kierrosten lukumäärä eteenpäin, rpm;
kierros - kentän kierrosten määrä vastakkaiseen suuntaan, rpm;
f1 - sähkövirran a altoilutaajuus, Hz;
p - napojen lukumäärä;
1 - yhteensä RPM.
Kokee magneettikentän pulsaatioita, roottori saa alkuliikkeen. Virtauksen epätasaisen vaikutuksen vuoksi se kehittää vääntömomentin. Oikosuljetussa käämissä muodostuu induktiolain mukaan sähkömotorinen voima, joka synnyttää virran. Sen taajuus on verrannollinen roottorin luistoon. Sähkövirran vuorovaikutuksesta magneettikentän kanssa syntyy akselin vääntömomentti.
Suorituskykylaskennassa on kolme kaavaaasynkronisen sähkömoottorin teho. Vaihesiirrolla käytä
S=P ÷ cos (alfa), missä:
S on näennäisteho mitattuna voltteina ampeerina.
P - pätöteho watteina.
alpha - vaihesiirto.
Täysi teho viittaa todelliseen indikaattoriin ja pätöteho on laskettu.
Sähkömoottorityypit
Virtalähteen mukaan asemat jaetaan sellaisiin, jotka toimivat alkaen:
- DC.
- AC.
Toimintaperiaatteen mukaan ne puolestaan jaetaan:
- Keräilijä.
- Venttiili.
- Asynkroninen.
- Synkroninen.
Ilmausmoottorit eivät kuulu erilliseen luokkaan, koska niiden laite on muunnelma kollektorikäytöstä. Niiden suunnittelu sisältää elektronisen muuntimen ja roottorin asentotunnistimen. Yleensä ne on integroitu ohjauskortin kanssa. Heidän kustannuksellaan tapahtuu koordinoitu ankkurin vaihto.
Synkroniset ja asynkroniset moottorit toimivat yksinomaan vaihtovirralla. Pyörimistä ohjaa kehittynyt elektroniikka. Asynkroniset jaetaan:
- Kolmivaiheinen.
- Kaksivaiheinen.
- Yksivaiheinen.
Teoreettinen kaava kolmivaiheisen sähkömoottorin teholle kytkettynä tähteen tai kolmioon
P=3Uf If cos(alpha).
Lineaarisen jännitteen ja virran os alta se näyttää kuitenkin tältä
P=1, 73 × Uf × If × cos(alpha).
Tämä on todellinen osoitus siitä, kuinka paljon tehoamoottori poimii verkosta.
Synkroninen jaettu:
- Vaihe.
- Hybridi.
- Induktori.
- Hystereesi.
- Reaktiivinen.
Askelmoottoreissa on kestomagneetit, joten niitä ei luokitella erilliseen luokkaan. Mekanismien toimintaa ohjataan taajuusmuuttajien avulla. On myös yleismoottoreita, jotka toimivat vaihto- ja tasavirralla.
Moottoreiden yleiset ominaisuudet
Kaikilla moottoreilla on yhteiset parametrit, joita käytetään sähkömoottorin tehon määrityskaavassa. Niiden perusteella voit laskea koneen ominaisuudet. Eri kirjallisuudessa niitä voidaan kutsua eri tavalla, mutta ne tarkoittavat samaa asiaa. Tällaisten parametrien luettelo sisältää:
- Vääntömomentti.
- Moottorin teho.
- Tehokkuus.
- Nimellinen kierrosluku.
- Roottorin hitausmomentti.
- Nimellisjännite.
- Sähköinen aikavakio.
Yllä olevat parametrit ovat välttämättömiä ennen kaikkea moottoreiden mekaanisella voimalla toimivien sähköasennusten tehokkuuden määrittämiseksi. Lasketut arvot antavat vain likimääräisen kuvan tuotteen todellisista ominaisuuksista. Näitä indikaattoreita käytetään kuitenkin usein sähkömoottorin tehon kaavassa. Hän määrittää koneiden tehokkuuden.
Vääntömomentti
Tällä termillä on useita synonyymejä: voimamomentti, moottorin momentti, vääntömomentti, vääntömomentti. Niitä kaikkia käytetään merkitsemään yhtä indikaattoria, vaikka fysiikan näkökulmasta nämä käsitteet eivät aina ole identtisiä.
Terminologian yhtenäistämiseksi on kehitetty standardeja, jotka tuovat kaiken yhteen järjestelmään. Siksi teknisessä dokumentaatiossa käytetään aina ilmaisua "vääntömomentti". Se on fyysinen vektorisuure, joka on yhtä suuri kuin voiman ja säteen vektoriarvojen tulo. Sädevektori piirretään pyörimisakselilta kohdistetun voiman kohdalle. Fysiikan näkökulmasta vääntömomentin ja pyörimismomentin välinen ero on voiman kohdistamispisteessä. Ensimmäisessä tapauksessa tämä on sisäinen ponnistus, toisessa - ulkoinen. Arvo mitataan newtonmetreinä. Moottorin tehokaava käyttää kuitenkin vääntömomenttia perusarvona.
Se lasketaan seuraavasti
M=F × r missä:
M - vääntömomentti, Nm;
F - käytetty voima, H;
r - säde, m.
Laskeaksesi toimilaitteen nimellisvääntömomentin, käytä kaavaa
Mnom=30Rnom ÷ pi × nnom, missä:
Rnom - sähkömoottorin nimellisteho, W;
nnom - nimellisnopeus, min-1.
Sähkömoottorin nimellistehon kaavan pitäisi siis näyttää tältä:
Pnom=Mnom pinnom / 30.
Yleensä kaikki ominaisuudet ilmoitetaan teknisissä tiedoissa. Mutta tapahtuu, että joudut työskentelemään täysin uusien asennuksien kanssa,mistä tietoa on erittäin vaikea löytää. Tällaisten laitteiden teknisten parametrien laskemiseksi otetaan niiden analogien tiedot. Lisäksi tunnetaan aina vain nimellisominaisuudet, jotka on annettu eritelmässä. Todelliset tiedot on laskettava itse.
Moottorin teho
Yleisesti ottaen tämä parametri on skalaarinen fysikaalinen suure, joka ilmaistaan järjestelmän energian kulutuksen tai muunnosnopeudena. Se näyttää kuinka paljon työtä mekanismi suorittaa tietyssä aikayksikössä. Sähkötekniikassa ominaisuus näyttää hyödyllisen mekaanisen tehon keskiakselilla. Ilmaisimen osoittamiseen käytetään kirjainta P tai W. Päämittayksikkö on watti. Yleinen kaava sähkömoottorin tehon laskemiseksi voidaan esittää seuraavasti:
P=dA ÷ dt missä:
A - mekaaninen (hyödyllinen) työ (energia), J;
t - kulunut aika, s.
Mekaaninen työ on myös skalaarinen fysikaalinen suure, joka ilmaistaan voiman vaikutuksesta esineeseen ja riippuu kohteen suunnasta ja siirtymästä. Se on voimavektorin ja polun tulo:
dA=F × ds missä:
s - kuljettu matka, m.
Se ilmaisee etäisyyden, jonka kohdistetun voiman piste ylittää. Pyörimisliikkeille se ilmaistaan seuraavasti:
ds=r × d(teta), missä:
teta - kiertokulma, rad.
Näin voit laskea roottorin pyörimiskulmataajuuden:
omega=d(teta) ÷ dt.
Siitä seuraa kaava sähkömoottorin teholle akselilla: P \u003d M ×omega.
Sähkömoottorin tehokkuus
Tehokkuus on ominaisuus, joka kuvastaa järjestelmän tehokkuutta muunnettaessa energiaa mekaaniseksi energiaksi. Se ilmaistaan hyödyllisen energian suhteena käytettyyn energiaan. Yhdistetyn mittayksikköjärjestelmän mukaan sitä kutsutaan "eta":ksi ja se on dimensioton arvo, joka lasketaan prosentteina. Kaava sähkömoottorin hyötysuhteelle tehon suhteen:
eta=P2 ÷ P1 missä:
P1 - sähkö (syöttö)teho, W;
P2 - hyödyllinen (mekaaninen) teho, W;
Se voidaan ilmaista myös seuraavasti:
eta=A ÷ Q × 100 %, missä:
A - hyödyllistä työtä, J;
Q - energiaa käytetty, J.
Useammin kerroin lasketaan sähkömoottorin tehonkulutuksen kaavalla, koska nämä indikaattorit on aina helpompi mitata.
Sähkömoottorin hyötysuhteen lasku johtuu:
- Sähköhäviöt. Tämä tapahtuu johtimien lämpenemisen seurauksena, kun virta kulkee niiden läpi.
- Magneettinen häviö. Ytimen liiallisesta magnetoinnista johtuen ilmaantuu hystereesiä ja pyörrevirtoja, mikä on tärkeää ottaa huomioon moottorin tehokaavassa.
- Mekaaninen menetys. Ne liittyvät kitkaan ja ilmanvaihtoon.
- Lisätappiot. Ne ilmenevät magneettikentän harmonisten ylia altojen vuoksi, koska staattori ja roottori ovat hammastettuja. Myös käämeissä on korkeampia magnetomotorisen voiman harmonisia.
On huomattava, että tehokkuus on yksi tärkeimmistä komponenteistakaavat sähkömoottorin tehon laskemiseksi, koska sen avulla voit saada numeroita, jotka ovat lähimpänä todellisuutta. Keskimäärin tämä luku vaihtelee 10 prosentista 99 prosenttiin. Se riippuu mekanismin rakenteesta.
Nimellinen kierrosluku
Toinen moottorin sähkömekaanisten ominaisuuksien avainindikaattori on akselin nopeus. Se ilmaistaan kierroksina minuutissa. Usein sitä käytetään pumpun moottorin tehokaavassa sen suorituskyvyn selvittämiseksi. Mutta on muistettava, että ilmaisin on aina erilainen joutokäynnille ja kuormitettuna työskentelylle. Ilmaisin edustaa fyysistä arvoa, joka on yhtä suuri kuin täysien kierrosten lukumäärä tietyn ajanjakson aikana.
RPM-laskentakaava:
n=30 × omega ÷ pi missä:
n - moottorin nopeus, rpm.
Sähkömoottorin tehon löytämiseksi akselin nopeuden kaavan mukaan, se on saatettava kulmanopeuden laskemiseen. Joten P=M × omega näyttäisi tältä:
P=M × (2pi × n ÷ 60)=M × (n ÷ 9, 55) missä
t=60 sekuntia.
Hiitaushetki
Tämä indikaattori on skalaarinen fysikaalinen suure, joka heijastaa oman akselinsa ympäri tapahtuvan pyörivän liikkeen hitausmittausta. Tässä tapauksessa kappaleen massa on sen inertian arvo translaatioliikkeen aikana. Parametrin pääominaisuus ilmaistaan kehon massojen jakaumana, joka on yhtä suuri kuin akselin ja kantapisteen välisen etäisyyden neliön tulojen ja esineen massojen summa. Kansainvälisessä yksikköjärjestelmässämitattuna se merkitään kg m2 ja se lasketaan kaavalla:
J=∑ r2 × dm missä
J - hitausmomentti, kg m2;
m - kohteen massa, kg.
Hitausmomentit ja voimat liittyvät toisiinsa suhteella:
M - J × epsilon, jossa
epsilon - kulmakiihtyvyys, s-2.
Osoitin lasketaan seuraavasti:
epsilon=d(omega) × dt.
Siten, kun tiedät roottorin massan ja säteen, voit laskea mekanismien suorituskykyparametrit. Moottorin tehokaava sisältää kaikki nämä ominaisuudet.
Nimellisjännite
Se tunnetaan myös nimellä nimellinen. Se edustaa perusjännitettä, jota edustaa vakiojännitesarja, joka määräytyy sähkölaitteiden ja verkon eristysasteen mukaan. Todellisuudessa se voi vaihdella laitteen eri kohdissa, mutta se ei saa ylittää mekanismien jatkuvaan käyttöön suunniteltuja suurinta sallittua käyttöolosuhteita.
Perinteisissä asennuksissa nimellisjännitteellä tarkoitetaan laskennallisia arvoja, joille kehittäjä on antanut ne normaalikäytössä. Luettelo vakioverkkojännitteistä on GOSTissa. Nämä parametrit on aina kuvattu mekanismien teknisissä tiedoissa. Suorituskyvyn laskemiseksi käytä kaavaa sähkömoottorin teholle virran mukaan:
P=U × I.
Sähköinen aikavakio
Esittää aikaa, joka tarvitaan nykyisen tason saavuttamiseen jopa 63 %:iin sen jälkeen, kun virta on kytketty.käyttökäämit. Parametri johtuu sähkömekaanisten ominaisuuksien ohimenevistä prosesseista, koska ne ovat ohikiitäviä suuren aktiivisen vastuksen vuoksi. Yleinen kaava aikavakion laskemiseksi on:
te=L ÷ R.
Sähkömekaaninen aikavakio tm on kuitenkin aina suurempi kuin sähkömagneettinen aikavakio te. roottori kiihtyy nollanopeudella suurimmalle tyhjäkäynnille. Tässä tapauksessa yhtälö on muodossa
M=Mst + J × (d(omega) ÷ dt), missä
Mst=0.
Tästä saamme kaavan:
M=J × (d(omega) ÷ dt).
Itse asiassa sähkömekaaninen aikavakio lasketaan aloitusmomentista - Mp. Ihanteellisissa olosuhteissa toimivalla mekanismilla, jolla on suoraviivaiset ominaisuudet, on kaava:
M=Mp × (1 - omega ÷ omega0), missä
omega0 - tyhjäkäyntinopeus.
Tällaisia laskelmia käytetään pumpun moottorin tehokaavassa, kun männän iskunpituus riippuu suoraan akselin nopeudesta.
Peruskaavat moottorin tehon laskemiseen
Mekanismien todellisten ominaisuuksien laskemiseksi sinun on aina otettava huomioon monet parametrit. Ensinnäkin sinun on tiedettävä, mikä virta syötetään moottorin käämeihin: suora tai vaihtovirta. Heidän työnsä periaate on erilainen, joten laskentamenetelmä on erilainen. Jos käyttötehon laskennan yksinkertaistettu näkymä näyttää tältä:
Pel=U × I missä
I - virran voimakkuus, A;
U - jännite, V;
Pel - syötetään sähköä. ti.
AC-moottorin tehokaavassa on myös otettava huomioon vaihesiirto (alfa). Vastaavasti asynkronisen aseman laskelmat näyttävät tältä:
Pel=U × I × cos(alpha).
Päivän (syöttö)virran lisäksi on myös:
- S - reaktiivinen, VA. S=P ÷ cos(alpha).
- Q - täysi, VA. Q=I × U × sin(alfa).
Laskelmissa on myös otettava huomioon lämpö- ja induktiiviset häviöt sekä kitka. Siksi tasavirtamoottorin yksinkertaistettu kaavamalli näyttää tältä:
Pel=Pmech + Rtep + Kuori + Rtr, missä
Рmeh - hyödyllinen tuotettu teho, W;
Rtep - lämpöhäviö, W;
Rind - latauskustannukset induktiokelassa, W;
RT - kitkan aiheuttama menetys, W.
Johtopäätös
Sähkömoottoreita käytetään lähes kaikilla ihmiselämän alueilla: jokapäiväisessä elämässä, tuotannossa. Taajuusmuuttajan oikeaa käyttöä varten on tarpeen tietää paitsi sen nimelliset ominaisuudet, myös todelliset ominaisuudet. Tämä lisää sen tehokkuutta ja vähentää kustannuksia.
