U elektromehanici postoji mnogo pogona koji rade sa konstantnim opterećenjem bez promjene brzine rotacije. Koriste se u industrijskoj i kućnoj opremi kao što su ventilatori, kompresori i dr. Ako su nazivne karakteristike nepoznate, tada se za proračune koristi formula za snagu elektromotora. Proračuni parametara su posebno važni za nove i malo poznate pogone. Proračun se vrši pomoću posebnih koeficijenata, kao i na osnovu akumuliranog iskustva sa sličnim mehanizmima. Podaci su neophodni za ispravan rad električnih instalacija.
Šta je električni motor?
Električni motor je uređaj koji pretvara električnu energiju u mehaničku energiju. Rad većine jedinica zavisi od interakcije magnetapolja sa namotajem rotora, što se izražava u njegovoj rotaciji. Rade iz DC ili AC izvora napajanja. Napajanje može biti baterija, inverter ili utičnica. U nekim slučajevima motor radi u obrnutom smjeru, odnosno pretvara mehaničku energiju u električnu. Takve instalacije se široko koriste u elektranama koje se napajaju protokom zraka ili vode.
Električni motori se klasifikuju prema vrsti izvora napajanja, unutrašnjem dizajnu, primeni i snazi. Takođe, AC pogoni mogu imati posebne četke. Rade na jednofaznom, dvofaznom ili trofaznom naponu, 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 preko 100 megavata koriste se u elektranama brodova, kompresorskih i crpnih stanica. Manje veličine se koriste u kućanskim aparatima poput usisivača ili ventilatora.
Dizajn električnih motora
Pogon uključuje:
- Rotor.
- Stator.
- Ležajevi.
- Zračni razmak.
- Winding.
- Prebaci.
Rotor je jedini pokretni dio pogona koji se rotira oko svoje ose. Struja koja prolazi kroz provodnikestvara induktivnu smetnju u namotaju. Generirano magnetno polje je u interakciji sa trajnim magnetima statora, što pokreće osovinu. Računaju se prema formuli za snagu elektromotora po struji, za koju se uzimaju efikasnost i faktor snage, uključujući sve dinamičke karakteristike vratila.
Ležajevi se nalaze na osovini rotora i doprinose njegovoj rotaciji oko svoje ose. Vanjski dio su pričvršćeni za kućište motora. Okno prolazi kroz njih i izlazi. Budući da opterećenje prelazi radnu površinu ležajeva, to se naziva prevjesnim.
Stator je fiksni element elektromagnetnog kola motora. Može uključivati namotaje ili trajne magnete. Jezgro statora je napravljeno od tankih metalnih ploča, koje se nazivaju armaturni paket. Dizajniran je da smanji gubitak energije, što se često dešava kod čvrstih štapova.
Zračni razmak je rastojanje između rotora i statora. Mali razmak je efikasan, jer utiče na nizak koeficijent rada elektromotora. Struja magnetiziranja raste s veličinom jaza. Stoga se uvijek trude da to bude minimalno, ali do razumnih granica. Premala udaljenost uzrokuje trenje i labavljenje elemenata za zaključavanje.
Namotaj se sastoji od bakarne žice sastavljene u jednu zavojnicu. Obično se polaže oko mekog magnetiziranog jezgra, koji se sastoji od nekoliko slojeva metala. Perturbacija indukcionog polja se javlja u ovom trenutkustruja koja prolazi kroz žice namotaja. U ovom trenutku, jedinica ulazi u eksplicitni i implicitni mod konfiguracije stupova. U prvom slučaju, magnetno polje instalacije stvara namotaj oko stuba. U drugom slučaju, prorezi polova rotora su raspršeni u raspoređenom polju. Motor sa zasjenjenim polovima ima namotaj koji potiskuje magnetne smetnje.
Prekidač se koristi za prebacivanje ulaznog napona. Sastoji se od kontaktnih prstenova koji se nalaze na osovini i izolovani su jedan od drugog. Struja armature se primjenjuje na kontaktne četke rotacionog komutatora, što dovodi do promjene polariteta i uzrokuje rotaciju rotora od pola do pola. Ako nema napona, motor prestaje da se okreće. Moderne mašine su opremljene dodatnom elektronikom koja kontroliše proces rotacije.
Princip rada
Prema Arhimedovom zakonu, struja u provodniku stvara magnetsko polje u kojem djeluje sila F1. Ako je metalni okvir napravljen od ovog vodiča i postavljen u polje pod uglom od 90°, tada će ivice doživjeti sile usmjerene u suprotnom smjeru jedna u odnosu na drugu. Oni stvaraju obrtni moment oko ose, koja počinje da je rotira. Zavojnice armature osiguravaju konstantnu torziju. Polje stvaraju električni ili trajni magneti. Prva opcija je napravljena u obliku namotaja zavojnice na čeličnoj jezgri. Dakle, struja petlje stvara indukcijsko polje u namotu elektromagneta, koje stvara elektromotivsila.
Razmotrimo detaljnije rad asinhronih motora na primjeru instalacija sa faznim rotorom. Takve mašine 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 sa magnetnim poljem.
Kada nema napona u pomoćnom namotaju, uređaj miruje. Čim se električna struja pojavi na kontaktima statora, formira se konstantno magnetsko polje u prostoru sa talasastom od +F i -F. Može se predstaviti kao sljedeća formula:
pr=nrev=f1 × 60 ÷ p=n1
gdje:
pr - broj okretaja koje magnetno polje napravi u smjeru naprijed, rpm;
rev - broj okreta polja u suprotnom smjeru, o/min;
f1 - frekvencija talasanja električne struje, Hz;
p - broj polova;
1 - ukupni RPM.
Doživljavajući pulsacije magnetnog polja, rotor prima početno kretanje. Zbog neujednačenog uticaja strujanja, on će razviti obrtni moment. Prema zakonu indukcije, u kratkospojenom namotu nastaje elektromotorna sila koja stvara struju. Njegova frekvencija je proporcionalna klizanju rotora. Zbog interakcije električne struje sa magnetnim poljem, stvara se moment osovine.
Postoje tri formule za izračunavanje performansisnaga asinhronog elektromotora. Korištenjem 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 indikator, a aktivna snaga je izračunata.
Vrste električnih motora
Prema izvoru napajanja, pogoni se dijele na one koji rade od:
- DC.
- AC.
Prema principu rada, oni se, pak, dijele na:
- Kolekcionar.
- Ventil.
- Asinhroni.
- Sinhroni.
Motori za odzračivanje ne pripadaju posebnoj klasi, jer je njihov uređaj varijacija kolektorskog pogona. Njihov dizajn uključuje elektronski pretvarač i senzor položaja rotora. Obično su integrisani zajedno sa kontrolnom pločom. Na njihov račun dolazi do koordiniranog prebacivanja armature.
Sinhroni i asinhroni motori rade isključivo na naizmjeničnu struju. Rotacijom upravlja sofisticirana elektronika. Asinhroni 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 sa mreže.
Sinhroni podijeljeni na:
- Korak.
- Hybrid.
- Induktor.
- Histereza.
- Reaktivno.
Stepper motori imaju trajne magnete u svom dizajnu, tako da nisu klasifikovani 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 osnovu njih možete izračunati svojstva mašine. U različitoj literaturi mogu se drugačije nazivati, ali znače istu stvar. Lista takvih parametara uključuje:
- Okretni moment.
- Snaga motora.
- efikasnost.
- Ocijenjeni broj okretaja.
- Moment inercije rotora.
- Nazivni napon.
- Električna vremenska konstanta.
Navedeni parametri su neophodni, prije svega, za određivanje efikasnosti električnih instalacija pogonjenih mehaničkom silom motora. Izračunate vrijednosti daju samo približnu predstavu o stvarnim karakteristikama proizvoda. Međutim, ovi indikatori se često koriste u formuli za snagu elektromotora. Ona je ta koja određuje efikasnost mašina.
Zakretni moment
Ovaj termin ima nekoliko sinonima: moment sile, moment motora, obrtni moment, obrtni moment. Svi se koriste za označavanje jednog indikatora, iako sa stanovišta fizike ovi koncepti nisu uvijek identični.
Kako bi se objedinila terminologija, razvijeni su standardi koji sve dovode u jedan sistem. Stoga se u tehničkoj dokumentaciji uvijek koristi izraz "moment". To je vektorska fizička veličina, koja je jednaka proizvodu vektorskih vrijednosti sile i radijusa. Radijus vektor se povlači od ose rotacije do tačke primenjene sile. Sa stanovišta fizike, razlika između momenta i rotacionog momenta leži u tački primjene sile. U prvom slučaju to je unutrašnji napor, u drugom - vanjski. Vrijednost se mjeri u njutn metrima. Međutim, formula snage motora koristi obrtni moment kao osnovnu vrijednost.
Izračunava se kao
M=F × r gdje je:
M - obrtni moment, Nm;
F - primijenjena sila, H;
r - radijus, m.
Da biste izračunali nazivni moment 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 bi trebala izgledati ovako:
Pnom=Mnom pinnom / 30.
Obično su sve karakteristike navedene u specifikaciji. Ali dešava se da morate raditi sa potpuno novim instalacijama,informacije o kojima je veoma teško pronaći. Za izračunavanje tehničkih parametara takvih uređaja uzimaju se podaci njihovih analoga. Također, uvijek su poznate samo nazivne karakteristike koje su date u specifikaciji. Prave podatke morate sami izračunati.
Snaga motora
U opštem smislu, ovaj parametar je skalarna fizička veličina, koja se izražava u brzini potrošnje ili transformacije energije sistema. Pokazuje koliko posla će mehanizam obaviti u određenoj jedinici vremena. U elektrotehnici, karakteristika prikazuje korisnu mehaničku snagu na centralnom vratilu. 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 ovog objekta. To je proizvod vektora sile i putanje:
dA=F × ds gdje je:
s - prijeđena udaljenost, m.
Izražava udaljenost koju će tačka primijenjene sile savladati. Za rotacijske pokrete, izražava se kao:
ds=r × d(teta), gdje je:
teta - ugao rotacije, rad.
Na ovaj način možete izračunati ugaonu frekvenciju rotacije rotora:
omega=d(teta) ÷ dt.
Iz nje slijedi formula za snagu elektromotora na osovini: P=M ×omega.
Učinkovitost elektromotora
Efikasnost je karakteristika koja odražava efikasnost sistema pri pretvaranju energije u mehaničku energiju. Izražava se kao omjer korisne energije i potrošene energije. Prema jedinstvenom sistemu mjernih jedinica, označava se kao "eta" i predstavlja bezdimenzionalnu vrijednost, izračunatu u procentima. Formula za efikasnost 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 električne energije elektromotora, jer je ove pokazatelje uvijek lakše izmjeriti.
Smanjenje efikasnosti elektromotora je zbog:
- Električni gubici. Ovo nastaje kao rezultat zagrijavanja provodnika od prolaska struje kroz njih.
- Magnetski gubitak. Zbog prekomjerne magnetizacije jezgra, pojavljuju se histereza i vrtložne struje, što je važno uzeti u obzir u formuli snage motora.
- Mehanički gubitak. Oni su povezani sa trenjem i ventilacijom.
- Dodatni gubici. Pojavljuju se zbog harmonika magnetskog polja, jer su stator i rotor zupčani. Takođe u namotaju postoje viši harmonici magnetomotorne sile.
Treba napomenuti da je efikasnost jedna od najvažnijih komponentiformule za izračunavanje snage elektromotora, jer vam omogućava da dobijete brojeve koji su najbliži stvarnosti. U prosjeku, ova brojka varira od 10% do 99%. Zavisi od dizajna mehanizma.
Ocijenjeni broj okretaja
Još jedan ključni pokazatelj elektromehaničkih karakteristika motora je brzina osovine. Izražava se u obrtajima u minuti. Često se koristi u formuli snage motora pumpe kako bi se saznao njen 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 određeni vremenski period.
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 je dovesti je do proračuna ugaone 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 indikator je skalarna fizička veličina koja odražava meru inercije rotacionog kretanja oko sopstvene ose. U ovom slučaju, masa tijela je vrijednost njegove inercije tokom translatornog kretanja. Glavna karakteristika parametra se izražava raspodelom masa tela, koja je jednaka zbiru proizvoda kvadrata udaljenosti od ose do bazne tačke i masa objekta. U Međunarodnom sistemu jedinicamjerenje se označava kao kg m2 i izračunava se po formuli:
J=∑ r2 × dm gdje
J - moment inercije, kg m2;
m - masa predmeta, kg.
Momenti inercije i sile povezani su relacijom:
M - J × epsilon, gdje je
epsilon - ugaono ubrzanje, s-2.
Indikator se izračunava kao:
epsilon=d(omega) × dt.
Tako, znajući masu i radijus rotora, možete izračunati parametre performansi mehanizama. Formula snage motora uključuje sve ove karakteristike.
Nazivni napon
Zove se i nominalno. Predstavlja osnovni napon, predstavljen standardnim skupom napona, koji je određen stepenom izolacije električne opreme i mreže. U stvarnosti, može se razlikovati na različitim tačkama opreme, ali ne bi trebalo da prelazi maksimalno dozvoljene radne uslove, predviđene za kontinuirani rad mehanizama.
Za konvencionalne instalacije, nazivni napon se podrazumijeva kao izračunate vrijednosti za koje ih daje proizvođač u normalnom radu. Lista standardnog mrežnog napona nalazi se u GOST-u. Ovi parametri su uvijek opisani u tehničkim specifikacijama mehanizama. Za izračunavanje performansi koristite formulu za snagu elektromotora prema struji:
P=U × I.
Električna vremenska konstanta
Predstavlja vrijeme potrebno za dostizanje trenutnog nivoa do 63% nakon uključivanja energijepogonski namotaji. Parametar nastaje zbog prolaznih procesa elektromehaničkih karakteristika, jer su prolazni zbog velikog aktivnog otpora. Opšta formula za izračunavanje vremenske konstante je:
te=L ÷ R.
Međutim, elektromehanička vremenska konstanta tm je uvijek veća od elektromagnetske vremenske konstante te. rotor ubrzava nultom brzinom do maksimalne brzine u praznom hodu. U ovom slučaju, jednačina ima oblik
M=Mst + J × (d(omega) ÷ dt), gdje je
Mst=0.
Odavde dobijamo formulu:
M=J × (d(omega) ÷ dt).
U stvari, elektromehanička vremenska konstanta se izračunava iz startnog momenta - Mp. Mehanizam koji radi u idealnim uslovima sa pravolinijskim karakteristikama imaće formulu:
M=Mp × (1 - omega ÷ omega0), gdje je
omega0 - brzina u praznom hodu.
Ovakvi proračuni se koriste u formuli snage motora pumpe kada hod klipa direktno zavisi od brzine osovine.
Osnovne formule za izračunavanje snage motora
Da biste izračunali stvarne karakteristike mehanizama, uvijek morate uzeti u obzir mnoge parametre. prije svega, morate znati koja se struja dovodi do namotaja motora: direktna ili naizmjenična. Princip njihovog rada je drugačiji, pa je i način obračuna drugačiji. Ako pojednostavljeni prikaz proračuna snage pogona izgleda ovako:
Pel=U × I gdje
I - jačina struje, A;
U - napon, V;
Pel - isporučena električna energija. uto.
U formuli snage AC motora, fazni pomak (alfa) se također mora uzeti u obzir. U skladu s tim, proračuni za asinhroni pogon izgledaju ovako:
Pel=U × I × cos(alpha).
Pored aktivne (napojne) snage, postoji i:
- S - reaktivan, VA. S=P ÷ cos(alfa).
- Q - full, VA. Q=I × U × sin(alfa).
Proračuni takođe moraju uzeti u obzir toplotne 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;
Kora - trošak punjenja u indukcijskoj zavojnici, W;
RT - gubitak zbog trenja, W.
Zaključak
Elektromotori se koriste u gotovo svim oblastima ljudskog života: u svakodnevnom životu, u proizvodnji. Za ispravnu upotrebu pogona potrebno je znati ne samo njegove nominalne karakteristike, već i stvarne. Ovo će povećati njegovu efikasnost i smanjiti troškove.
