In de elektromechanica zijn er veel aandrijvingen die met constante belastingen werken zonder de rotatiesnelheid te veranderen. Ze worden gebruikt in industriële en huishoudelijke apparatuur zoals ventilatoren, compressoren en andere. Als de nominale kenmerken onbekend zijn, wordt de formule voor het vermogen van de elektromotor gebruikt voor berekeningen. Parameterberekeningen zijn vooral relevant voor nieuwe en weinig bekende aandrijvingen. De berekening wordt uitgevoerd met behulp van speciale coëfficiënten, evenals op basis van opgebouwde ervaring met vergelijkbare mechanismen. De gegevens zijn essentieel voor de juiste werking van elektrische installaties.
Wat is een elektromotor?
Een elektromotor is een apparaat dat elektrische energie omzet in mechanische energie. De werking van de meeste eenheden hangt af van de interactie van de magnetischevelden met de rotorwikkeling, wat tot uiting komt in zijn rotatie. Ze werken op gelijkstroom- of wisselstroombronnen. De voeding kan een batterij, een omvormer of een stopcontact zijn. In sommige gevallen werkt de motor omgekeerd, dat wil zeggen, hij zet mechanische energie om in elektrische energie. Dergelijke installaties worden veel gebruikt in energiecentrales die worden aangedreven door lucht- of waterstroom.
Elektrische motoren worden geclassificeerd op basis van het type stroombron, het interne ontwerp, de toepassing en het vermogen. Ook kunnen frequentieregelaars speciale borstels hebben. Ze werken op eenfasige, tweefasige of driefasige spanning, zijn lucht- of vloeistofgekoeld. AC-motorvermogen formule
P=U x I, waar P is vermogen, U is spanning, I is stroom.
Algemene aandrijvingen met hun afmetingen en kenmerken worden in de industrie gebruikt. De grootste motoren met een vermogen van meer dan 100 megawatt worden gebruikt in de energiecentrales van schepen, compressoren en gemalen. Kleinere maten worden gebruikt in huishoudelijke apparaten zoals een stofzuiger of ventilator.
Elektrisch motorontwerp
Drive omvat:
- Rotor.
- Stator.
- Lagers.
- Luchtspleet.
- Winning.
- Schakelaar.
Rotor is het enige bewegende deel van de aandrijving dat om zijn eigen as draait. Stroom die door geleiders gaatvormt een inductieve storing in de wikkeling. Het opgewekte magnetische veld werkt samen met de permanente magneten van de stator, waardoor de as in beweging komt. Ze worden berekend volgens de formule voor het vermogen van de elektromotor door stroom, waarvoor het rendement en de arbeidsfactor worden genomen, inclusief alle dynamische kenmerken van de as.
Lagers bevinden zich op de rotoras en dragen bij aan de rotatie rond zijn as. Het buitenste deel zijn ze bevestigd aan het motorhuis. De as gaat er doorheen en naar buiten. Omdat de belasting buiten het werkgebied van de lagers gaat, wordt dit overhangend genoemd.
De stator is een vast onderdeel van het elektromagnetische circuit van de motor. Kan wikkelmagneten of permanente magneten bevatten. De statorkern is gemaakt van dunne metalen platen, die het ankerpakket worden genoemd. Het is ontworpen om energieverlies te verminderen, wat vaak gebeurt met massieve staven.
Luchtspleet is de afstand tussen de rotor en de stator. Een kleine opening is effectief, omdat dit de lage werkingscoëfficiënt van de elektromotor beïnvloedt. De magnetiserende stroom neemt toe met de spleetgrootte. Daarom proberen ze het altijd minimaal te maken, maar binnen redelijke grenzen. Een te kleine afstand veroorzaakt wrijving en losraken van de vergrendelingselementen.
De wikkeling bestaat uit koperdraad die tot één spoel is geassembleerd. Meestal gelegd rond een zacht gemagnetiseerde kern, bestaande uit meerdere lagen metaal. De verstoring van het inductieveld vindt op dit moment plaatsstroom die door de wikkeldraden gaat. Op dit punt gaat de unit naar de expliciete en impliciete poolconfiguratiemodus. In het eerste geval zorgt het magnetische veld van de installatie voor een wikkeling rond het poolstuk. In het tweede geval zijn de sleuven van het rotorpoolstuk verspreid in het verdeelde veld. De gearceerde poolmotor heeft een wikkeling die magnetische storing onderdrukt.
De schakelaar wordt gebruikt om de ingangsspanning te schakelen. Het bestaat uit contactringen die zich op de as bevinden en van elkaar zijn geïsoleerd. De ankerstroom wordt toegevoerd aan de contactborstels van de roterende commutator, wat leidt tot een verandering in polariteit en ervoor zorgt dat de rotor van pool naar pool draait. Als er geen spanning is, stopt de motor met draaien. Moderne machines zijn uitgerust met extra elektronica die het rotatieproces regelt.
Werkingsprincipe
Volgens de wet van Archimedes creëert de stroom in de geleider een magnetisch veld waarin de kracht F1 werkt. Als van deze geleider een metalen frame wordt gemaakt en onder een hoek van 90° in het veld wordt geplaatst, zullen de randen ten opzichte van elkaar in tegengestelde richting gerichte krachten ondervinden. Ze creëren een koppel om de as, die deze begint te draaien. Ankerspoelen zorgen voor constante torsie. Het veld wordt gecreëerd door elektrische of permanente magneten. De eerste optie is gemaakt in de vorm van een spoelwikkeling op een stalen kern. De lusstroom genereert dus een inductieveld in de elektromagneetwikkeling, die een elektromotorisch genereertkracht.
Laten we de werking van asynchrone motoren nader bekijken aan de hand van het voorbeeld van installaties met een faserotor. Dergelijke machines werken op wisselstroom met een ankersnelheid die niet gelijk is aan de pulsatie van het magnetische veld. Daarom worden ze ook inductief genoemd. De rotor wordt aangedreven door de interactie van de elektrische stroom in de spoelen met het magnetische veld.
Als er geen spanning op de hulpwikkeling staat, staat het apparaat in rust. Zodra er een elektrische stroom op de statorcontacten verschijnt, wordt een magnetisch veld constant in de ruimte gevormd met een rimpel van + F en -F. Het kan worden weergegeven als de volgende formule:
pr=nrev=f1 × 60 ÷ p=n1
waar:
pr - het aantal omwentelingen dat het magnetische veld in voorwaartse richting maakt, rpm;
rev - aantal omwentelingen van het veld in de tegenovergestelde richting, rpm;
f1 - elektrische stroomrimpelfrequentie, Hz;
p - aantal polen;
1 - totaal toerental.
Door magnetische veldpulsaties te ervaren, ontvangt de rotor de eerste beweging. Vanwege de niet-uniforme impact van de stroming, zal deze een koppel ontwikkelen. Volgens de wet van inductie wordt een elektromotorische kracht gevormd in een kortgesloten wikkeling, die een stroom opwekt. De frequentie is evenredig met de slip van de rotor. Door de interactie van elektrische stroom met een magnetisch veld wordt een askoppel gecreëerd.
Er zijn drie formules voor prestatieberekeningenvermogen van een asynchrone elektromotor. Gebruik door faseverschuiving
S=P ÷ cos (alfa), waarbij:
S is het schijnbare vermogen gemeten in Volt-Amps.
P - actief vermogen in Watt.
alpha - faseverschuiving.
Vol vermogen verwijst naar de echte indicator en het actieve vermogen is de berekende.
Soorten elektromotoren
Afhankelijk van de stroombron zijn de schijven onderverdeeld in die werken vanaf:
- DC.
- AC.
Volgens het werkingsprincipe zijn ze op hun beurt onderverdeeld in:
- Verzameler.
- Klep.
- Asynchroon.
- Synchroon.
Vent-motoren behoren niet tot een aparte klasse, omdat hun apparaat een variatie is op de collectoraandrijving. Hun ontwerp omvat een elektronische omzetter en een rotorpositiesensor. Meestal zijn ze samen met de besturingskaart geïntegreerd. Op hun kosten vindt gecoördineerd schakelen van het anker plaats.
Synchrone en asynchrone motoren werken uitsluitend op wisselstroom. De rotatie wordt gecontroleerd door geavanceerde elektronica. Asynchroon zijn onderverdeeld in:
- Driefasen.
- Twee fasen.
- Eenfasig.
Theoretische formule voor het vermogen van een driefasige elektromotor bij aansluiting op een ster of een delta
P=3Uf If cos(alpha).
Voor lineaire spanning en stroom ziet het er echter zo uit
P=1, 73 × Uf × If × cos(alpha).
Dit zal een echte indicator zijn van hoeveel vermogende engine pikt op van het netwerk.
Synchroon onderverdeeld in:
- Stap.
- Hybride.
- Inductor.
- Hysterese.
- Reactief.
Stappenmotoren hebben permanente magneten in hun ontwerp, dus ze zijn niet geclassificeerd als een aparte categorie. De werking van de mechanismen wordt geregeld met behulp van frequentieomvormers. Er zijn ook universele motoren die op AC en DC werken.
Algemene kenmerken van motoren
Alle motoren hebben gemeenschappelijke parameters die worden gebruikt in de formule voor het bepalen van het vermogen van een elektromotor. Op basis daarvan kunt u de eigenschappen van de machine berekenen. In verschillende literatuur worden ze misschien anders genoemd, maar ze betekenen hetzelfde. De lijst met dergelijke parameters omvat:
- Koppel.
- Motorvermogen.
- Efficiëntie.
- Nominaal aantal omwentelingen.
- traagheidsmoment van de rotor.
- Nominale spanning.
- Elektrische tijdconstante.
De bovenstaande parameters zijn allereerst nodig om de efficiëntie te bepalen van elektrische installaties die worden aangedreven door de mechanische kracht van motoren. Berekende waarden geven slechts een idee van de werkelijke kenmerken van het product. Deze indicatoren worden echter vaak gebruikt in de formule voor het vermogen van de elektromotor. Zij is het die de effectiviteit van machines bepa alt.
Koppel
Deze term heeft verschillende synoniemen: krachtmoment, motormoment, koppel, koppel. Ze worden allemaal gebruikt om één indicator aan te duiden, hoewel deze concepten vanuit natuurkundig oogpunt niet altijd identiek zijn.
Om de terminologie te verenigen, zijn er standaarden ontwikkeld die alles in één systeem brengen. Daarom wordt in technische documentatie altijd de uitdrukking "koppel" gebruikt. Het is een fysieke vectorgrootheid, die gelijk is aan het product van de vectorwaarden van kracht en straal. De straalvector wordt getrokken van de rotatie-as naar het punt van uitgeoefende kracht. Vanuit natuurkundig oogpunt ligt het verschil tussen koppel en rotatiemoment in het aangrijpingspunt van de kracht. In het eerste geval is dit een interne inspanning, in het tweede geval een externe. De waarde wordt gemeten in newtonmeters. De formule voor motorvermogen gebruikt echter koppel als basiswaarde.
Het wordt berekend als
M=F × r waar:
M - koppel, Nm;
F - uitgeoefende kracht, H;
r - straal, m.
Gebruik de formule
om het nominale koppel van de aandrijving te berekenen
Mnom=30Rnom ÷ pi × nnom, waarbij:
Rnom - nominaal vermogen van de elektromotor, W;
nnom - nominale snelheid, min-1.
De formule voor het nominale vermogen van de elektromotor zou er als volgt uit moeten zien:
Pnom=Mnom pinnom / 30.
Meestal worden alle kenmerken aangegeven in de specificatie. Maar het komt voor dat je met compleet nieuwe installaties moet werken,informatie waarover zeer moeilijk te vinden is. Om de technische parameters van dergelijke apparaten te berekenen, worden de gegevens van hun analogen genomen. Ook zijn altijd alleen de nominale kenmerken bekend, die in de specificatie worden vermeld. Echte gegevens moeten door uzelf worden berekend.
Motorvermogen
In algemene zin is deze parameter een scalaire fysieke grootheid, die wordt uitgedrukt in de snelheid van verbruik of transformatie van de energie van het systeem. Het laat zien hoeveel werk het mechanisme in een bepaalde tijdseenheid zal verrichten. In de elektrotechniek geeft de karakteristiek het bruikbare mechanische vermogen op de centrale as weer. Om de indicator aan te geven, wordt de letter P of W gebruikt. De belangrijkste meeteenheid is Watt. De algemene formule voor het berekenen van het vermogen van een elektromotor kan worden weergegeven als:
P=dA ÷ dt waar:
A - mechanisch (nuttig) werk (energie), J;
t - verstreken tijd, sec.
Mechanisch werk is ook een scalaire fysieke grootheid, uitgedrukt door de werking van een kracht op een object, en afhankelijk van de richting en verplaatsing van dit object. Het is het product van de krachtvector en het pad:
dA=F × ds waar:
s - afgelegde afstand, m.
Het drukt de afstand uit die een punt van uitgeoefende kracht zal overwinnen. Voor rotatiebewegingen wordt het uitgedrukt als:
ds=r × d(teta), waarbij:
teta - rotatiehoek, rad.
Op deze manier kunt u de hoekfrequentie van de rotatie van de rotor berekenen:
omega=d(teta) ÷ dt.
Hieruit volgt de formule voor het vermogen van de elektromotor op de as: P \u003d M ×omega.
Efficiëntie van elektromotor
Efficiëntie is een kenmerk dat de efficiëntie van het systeem weerspiegelt bij het omzetten van energie in mechanische energie. Het wordt uitgedrukt als de verhouding tussen bruikbare energie en verbruikte energie. Volgens het uniforme systeem van meeteenheden wordt het aangeduid als "eta" en is het een dimensieloze waarde, berekend als een percentage. De formule voor het rendement van een elektromotor in termen van vermogen:
eta=P2 ÷ P1 waar:
P1 - elektrisch (voedings)vermogen, W;
P2 - nuttig (mechanisch) vermogen, W;
Het kan ook worden uitgedrukt als:
eta=A ÷ Q × 100%, waarbij:
A - nuttig werk, J;
Q - verbruikte energie, J.
Vaak wordt de coëfficiënt berekend met behulp van de formule voor het stroomverbruik van een elektromotor, omdat deze indicatoren altijd gemakkelijker te meten zijn.
De afname van het rendement van de elektromotor is te wijten aan:
- Elektrische verliezen. Dit gebeurt als gevolg van de verwarming van de geleiders door de stroom door hen heen.
- Magnetisch verlies. Door overmatige magnetisatie van de kern verschijnen hysterese en wervelstromen, wat belangrijk is om rekening mee te houden in de motorvermogensformule.
- Mechanisch verlies. Ze zijn gerelateerd aan wrijving en ventilatie.
- Extra verliezen. Ze verschijnen als gevolg van de harmonischen van het magnetische veld, omdat de stator en rotor getand zijn. Ook in de wikkeling zijn er hogere harmonischen van de magnetomotorische kracht.
Opgemerkt moet worden dat efficiëntie een van de belangrijkste componenten isformules voor het berekenen van het vermogen van een elektromotor, omdat u hiermee getallen kunt krijgen die het dichtst bij de werkelijkheid liggen. Gemiddeld varieert dit cijfer van 10% tot 99%. Het hangt af van het ontwerp van het mechanisme.
Nominaal aantal omwentelingen
Een andere belangrijke indicator van de elektromechanische eigenschappen van de motor is het astoerental. Het wordt uitgedrukt in omwentelingen per minuut. Vaak wordt het gebruikt in de krachtformule van de pompmotor om de prestaties ervan te achterhalen. Maar er moet aan worden herinnerd dat de indicator altijd anders is voor stationair draaien en werken onder belasting. De indicator vertegenwoordigt een fysieke waarde die gelijk is aan het aantal volledige omwentelingen gedurende een bepaalde tijdsperiode.
RPM-berekeningsformule:
n=30 × omega ÷ pi waar:
n - motortoerental, tpm.
Om het vermogen van de elektromotor te vinden volgens de formule voor de snelheid van de as, is het noodzakelijk om het naar de berekening van de hoeksnelheid te brengen. Dus P=M × omega ziet er als volgt uit:
P=M × (2pi × n ÷ 60)=M × (n ÷ 9, 55) waarbij
t=60 seconden.
Traagheidsmoment
Deze indicator is een scalaire fysieke grootheid die een maat weergeeft voor de traagheid van rotatiebeweging rond zijn eigen as. In dit geval is de massa van het lichaam de waarde van zijn traagheid tijdens translatiebeweging. Het belangrijkste kenmerk van de parameter wordt uitgedrukt door de verdeling van de lichaamsmassa's, die gelijk is aan de som van de producten van het kwadraat van de afstand van de as tot het basispunt en de massa's van het object.meting wordt aangegeven als kg m2 en wordt berekend met de formule:
J=∑ r2 × dm waar
J - traagheidsmoment, kg m2;
m - massa van het object, kg.
Traagheidsmomenten en krachten zijn gerelateerd aan de relatie:
M - J × epsilon, waar
epsilon - hoekversnelling, s-2.
De indicator wordt berekend als:
epsilon=d(omega) × dt.
Dus als je de massa en straal van de rotor kent, kun je de prestatieparameters van mechanismen berekenen. De formule van het motorvermogen omvat al deze kenmerken.
Nominale spanning
Het wordt ook nominaal genoemd. Het vertegenwoordigt de basisspanning, weergegeven door een standaardreeks spanningen, die wordt bepaald door de mate van isolatie van elektrische apparatuur en het netwerk. In werkelijkheid kan het op verschillende punten van de apparatuur verschillen, maar het mag de maximaal toelaatbare bedrijfsomstandigheden, ontworpen voor continue werking van de mechanismen, niet overschrijden.
Voor conventionele installaties wordt onder nominale spanning verstaan de berekende waarden waarvoor ze bij normaal bedrijf door de ontwikkelaar worden verstrekt. De lijst met standaard netwerkspanningen vindt u in GOST. Deze parameters worden altijd beschreven in de technische specificaties van de mechanismen. Om de prestatie te berekenen, gebruikt u de formule voor het vermogen van de elektromotor door stroom:
P=U × I.
Elektrische tijdconstante
Vertegenwoordigt de tijd die nodig is om het huidige niveau tot 63% te bereiken na het inschakelen van dewikkelingen aandrijven. De parameter is te wijten aan voorbijgaande processen van elektromechanische eigenschappen, omdat ze vluchtig zijn vanwege de grote actieve weerstand. De algemene formule voor het berekenen van de tijdconstante is:
te=L ÷ R.
De elektromechanische tijdconstante tm is echter altijd groter dan de elektromagnetische tijdconstante te. de rotor versnelt bij nulsnelheid tot maximaal stationair toerental. In dit geval heeft de vergelijking de vorm
M=Mst + J × (d(omega) ÷ dt), waarbij
Mst=0.
Vanaf hier krijgen we de formule:
M=J × (d(omega) ÷ dt).
In feite wordt de elektromechanische tijdconstante berekend uit het startkoppel - Mp. Een mechanisme dat onder ideale omstandigheden met rechtlijnige kenmerken werkt, heeft de formule:
M=Mp × (1 - omega ÷ omega0), waarbij
omega0 - stationair toerental.
Dergelijke berekeningen worden gebruikt in de vermogensformule van de pompmotor wanneer de slag van de zuiger direct afhangt van de assnelheid.
Basisformules voor het berekenen van het motorvermogen
Om de echte kenmerken van mechanismen te berekenen, moet je altijd rekening houden met veel parameters. allereerst moet u weten welke stroom er aan de motorwikkelingen wordt geleverd: direct of wisselstroom. Het principe van hun werk is anders, daarom is de berekeningsmethode anders. Als de vereenvoudigde weergave van de berekening van het aandrijfvermogen er als volgt uitziet:
Pel=U × I waar
I - huidige sterkte, A;
U - spanning, V;
Pel - geleverde elektrische stroom. di.
In de formule van het AC-motorvermogen moet ook rekening worden gehouden met faseverschuiving (alfa). Dienovereenkomstig zien de berekeningen voor een asynchrone schijf er als volgt uit:
Pel=U × I × cos(alpha).
Naast actief (voedings)vermogen is er ook:
- S - reactief, VA. S=P ÷ cos(alfa).
- Q - vol, VA. Q=I × U × sin(alfa).
De berekeningen moeten ook rekening houden met thermische en inductieve verliezen, evenals met wrijving. Daarom ziet een vereenvoudigd formulemodel voor een DC-motor er als volgt uit:
Pel=Pmech + Rtep + Rind + Rtr, where
Рmeh - nuttige opgewekte stroom, W;
Rtep - warmteverlies, W;
Rind - kosten van opladen in de inductiespoel, W;
RT - verlies door wrijving, W.
Conclusie
Elektromotoren worden op bijna alle gebieden van het menselijk leven gebruikt: in het dagelijks leven, in de productie. Voor het juiste gebruik van de omvormer is het noodzakelijk om niet alleen de nominale kenmerken te kennen, maar ook de echte. Dit zal de efficiëntie verhogen en de kosten verlagen.
