Elektromos motor teljesítmény: képlet, számítási szabályok, típusok és osztályozás az elektromos motorok

Az elektromechanikában sok olyan meghajtó van, amely állandó terheléssel működik a forgási sebesség megváltoztatása nélkül. Ipari és háztartási berendezésekben, például ventilátorokban, kompresszorokban és másokban használják őket. Ha a névleges jellemzők ismeretlenek, akkor a számításokhoz az elektromos motor teljesítményképletét kell használni. A paraméterszámítások különösen fontosak az új és kevéssé ismert meghajtók esetében. A számítást speciális együtthatókkal, valamint az ilyen mechanizmusokkal szerzett tapasztalatok alapján végezzük. Ezek az adatok szükségesek a megfelelő működés villamos berendezések.

Mi az elektromos motor?

Az elektromos motor olyan eszköz,amely az elektromos energiát mechanikai energiává alakítja. A legtöbb egység működése a mágneses mező kölcsönhatásától függ a rotor tekercselésével, amely a forgásában fejeződik ki. DC vagy AC áramforrásokból működnek. Az akkumulátor, az inverter vagy az elektromos aljzat tápegységként működhet. Bizonyos esetekben a motor fordított sorrendben működik,vagyis a mechanikai energiát elektromos energiává alakítja. Az ilyen létesítményeket széles körben használják a levegő vagy a víz áramlásából működő erőművekben.

Az elektromos motorokat az áramforrás típusa, a belső kialakítás, az alkalmazás és a teljesítmény szerint osztályozzák. Az AC meghajtók speciális kefékkel is rendelkezhetnek. Egyfázisú, kétfázisú vagy háromfázisú feszültséggel működnek, levegő-vagy folyadékhűtéssel rendelkeznek. AC motor teljesítmény formula

P = U X I,

ahol P teljesítmény, U feszültség, I áramerősség.

Az általános célú meghajtókat méreteikkel és jellemzőikkel az iparban használják. A legnagyobb a több mint 100 megawatt teljesítményű motorokat hajók, kompresszorok és Szivattyúállomások erőműveiben használják. Kisebb méretet használnak háztartási készülékekben, például porszívóban vagy ventilátorban.

Elektromos motor kialakítása

A meghajtó tartalmazza:

• A rotor.
• Állórész.
• Csapágyak.
• Légrés.
• Tekercselés.
• Kapcsolótábla.

A forgórész a hajtás egyetlen mozgatható része, amely a tengelye körül forog. A vezetőkön áthaladó áram indukciós zavart okoz a tekercsben. A kialakult mágneses mező kölcsönhatásba lép az állórész állandó mágneseivel, amelyek meghajtják a tengelyt. Ezeket az elektromos motor áramteljesítményének képlete alapján számítják ki, amelyre a hatékonysági és teljesítménytényezőt figyelembe veszik, beleértve a tengely összes dinamikus jellemzőjét.

A csapágyak a forgórész tengelyén helyezkednek el, és hozzájárulnak annak tengelye körüli forgásához. Külsőleg a motorházhoz vannak rögzítve. A tengely áthalad rajtuk, és kijön. Mivel a terhelés túlmutat a csapágyak munkaterületén, ezt túlnyúlásnak nevezik.

Az állórész a motor elektromágneses áramkörének rögzített eleme. Lehetnek tekercselő vagy állandó mágnesek. Az állórész magja vékony fémlemezekből készül, amelyeket horgonycsomagnak neveznek. Úgy tervezték, hogy csökkentse az energiaveszteségeket, ami gyakran szilárd rudakkal történik.

Légrés - a rotor és az állórész közötti távolság. Egy kis intervallum hatékony, mivel befolyásolja az elektromos motor alacsony működési együtthatóját. A mágnesezési áram növekszik a rés méretének növekedésével. Ezért mindig megpróbálják minimalizálni, de ésszerű határértékekig. A túl kicsi távolság súrlódáshoz és a rögzítőelemek gyengüléséhez vezet.

A tekercs egy tekercsbe összeállított rézhuzalból áll. Általában egy puha mágnesezett mag körül helyezkedik el, amely több fémrétegből áll. Az indukciós mező perturbációja a tekercselő vezetékeken áthaladó áram pillanatában következik be. Ezen a ponton a telepítés konfigurációs módba vált explicit és implicit pólusokkal. Az első esetben a telepítés mágneses mezőjét a póluscsúcs körüli tekercselés hozza létre. A második esetben a rotor póluscsúcsának rései elosztott mezőben vannak szétszórva. Az árnyékolt pólusú motor tekercselése megakadályozza a mágneses zavarokat.

A kapcsoló a bemeneti feszültség kapcsolására szolgál. A tengelyen elhelyezkedő, egymástól elkülönített érintkezőgyűrűkből áll. Az armatúra áramot a forgókapcsoló érintkezőinek keféire alkalmazzák, ami a polaritás megváltozásához vezet, és a rotor pólusról pólusra forog. Hiányában feszültség esetén a motor leáll. A Modern berendezések további elektronikus eszközökkel vannak felszerelve, amelyek szabályozzák a forgási folyamatot.

Működési elv

Archimedes törvénye szerint a vezetőben lévő áram mágneses mezőt hoz létre, amelyben az F1 erő hat. Ha ebből a vezetőből egy fémkeret készül, amely 90 db-os szögben helyezkedik el a mezőben, akkor az élek egymáshoz képest ellentétes irányba irányított erőket fognak tapasztalni. Nyomatékot hoznak létre a tengelyhez képest, amely elkezdi forgatni. Az armatúra tekercsek állandó torziót biztosítanak. A mezőt elektromos vagy állandó mágnesek hozzák létre. Az első lehetőség egy acélmagon tekercselt tekercs formájában készül. Így a keretáram indukciós mezőt generál az elektromágnes tekercsében, amely elektromotoros erőt generál.

Vizsgáljuk meg részletesebben az aszinkron motorok működését a fázis rotorral ellátott berendezések példáján. Az ilyen gépek váltakozó áramból működnek, olyan armatúra forgási frekvenciával, amely nem egyenlő a mágneses mező pulzációjával. Ezért indukciónak is nevezik őket. A rotort a tekercsekben lévő elektromos áram mágneses mezővel való kölcsönhatása hajtja.

Ha a segédtekercsben nincs feszültség, a készülék nyugalmi állapotban van. Amint az állórész érintkezőin elektromos áram jelenik meg, a térben állandó mágneses mező alakul ki + F és-F pulzációval. A következő képletként ábrázolható:

n_pr = n_pr = f₁ 60 6 o = n₁

ahol:

n_pr - , a mágneses mező előre irányuló fordulatszámának száma, fordulat / perc;

n - a mező ellenkező irányú fordulatainak száma, fordulat / perc;

f₁ - az elektromos áram pulzálásának gyakorisága, Hz;

p a pólusok száma;

n₁ - a percenkénti fordulatok teljes száma.

A mágneses mező pulzációit tapasztalva a rotor megkapja a kezdeti mozgást. Az áramlás hatásának inhomogenitása miatt nyomatékot fog kifejleszteni. Az indukció törvénye szerint egy rövidzárlatos tekercsben elektromotoros erő képződik, amely áramot generál. Frekvenciája arányos a rotor csúszásával. Az elektromos áram mágneses mezővel való kölcsönhatása miatt a tengely nyomatéka.

A teljesítményszámításokhoz három képlet létezik az aszinkron elektromos motor teljesítményére. A fáziseltolás szerint használják

S = p cos (alfa), ahol:

S a Volt-amperben mért teljes teljesítmény.

P az aktív teljesítmény wattban.

az alfa a fáziseltolódás.

A teljes kapacitást valós mutatónak, az aktív pedig a kiszámított mutatónak kell tekinteni.

Az elektromos motorok típusai

Az áramforrás szerint a meghajtók a következőkből állnak:

• DC.
• AC áram.

Szerint a működés elvéhez jön létre, viszont vannak osztva:

• Gyűjtő.
• Szelep.
• Aszinkron.
• Szinkron.

A szelepmotorokat nem sorolják külön osztályba, mivel eszközük a kollektor hajtás változata. Kialakításuk tartalmaz egy elektronikus átalakítót és egy rotor helyzetérzékelőt. Általában a vezérlőpanellel együtt vannak integrálva. Költségükön az armatúra összehangolt kapcsolása történik.

A szinkron és aszinkron motorok kizárólag váltakozó árammal működnek. A sebességszabályozás kifinomult elektronika segítségével történik. Az aszinkron a következőkre oszlik:

• Háromfázisú.
• Kétfázisú.
• Egyfázisú.

A háromfázisú villanymotor teljesítményének elméleti képlete csillaghoz vagy háromszöghez csatlakoztatva

P = 3 * U_f * I_f * cos (alfa).

A feszültség és az áram lineáris értékei azonban úgy néznek ki, mint

P = 1,73 ONS O_f × I_f enterprises (alpha).

Ez valódi mutatója lesz annak, hogy a motor mennyi energiát vesz igénybe a hálózatból.

A szinkron a következőkre oszlik:

• Lépésenként.
• Hibrid.
• Induktor.
• Hiszterézis.
• Reaktív.

Tervezésükben a léptetőmotorok állandó mágnesekkel rendelkeznek, ezért nem tartoznak külön kategóriába. A mechanizmusok működését frekvenciaváltók vezérlik. Vannak olyan univerzális motorok is, amelyek közvetlen és váltakozó árammal működnek.

A motorok általános jellemzői

Minden motornak közös paraméterei vannak, amelyeket az elektromos motor teljesítményének meghatározására szolgáló képletben használnak. Ezek alapján kiszámíthatja a gép tulajdonságait. A különböző irodalomban másképp nevezhetők, de ugyanazt jelentik. Az ilyen paraméterek listája a következőket tartalmazza:

• Nyomaték.
• Motor teljesítmény.
• Hatékonysági tényező.
• Névleges fordulatszám.
• A rotor tehetetlenségi nyomatéka.
• Tervezési feszültség.
• Elektromos időállandó.

A fenti paraméterek elsősorban a motorok mechanikai ereje miatt működő elektromos berendezések hatékonyságának meghatározásához szükségesek. . A számított értékek csak hozzávetőleges képet adnak a termék tényleges jellemzőiről. Ezeket a mutatókat azonban gyakran használják az elektromos motor teljesítményképletében. Ő határozza meg a gépek hatékonyságát.

Forgási pillanat

Ennek a kifejezésnek több szinonimája van: az erő pillanata, a motor pillanata, a nyomaték, a nyomaték. Mindegyiket egy mutató jelölésére használják, bár a fizika szempontjából ezek a fogalmak nem mindig azonosak.

A terminológia egységesítése érdekében olyan szabványokat fejlesztettek ki, amelyek mindent egyetlen rendszerbe hoznak. Ezért a műszaki dokumentáció mindig a következő kifejezést használja "nyomaték". Ez egy vektor fizikai mennyiség, amely megegyezik az erő és a sugár vektorértékeinek szorzatával. A sugárvektort a forgástengelytől az alkalmazott erő pontjáig húzzuk. A fizika szempontjából a nyomaték és a nyomaték közötti különbség az erő alkalmazásának pontjában rejlik. Az első esetben ez egy belső erőfeszítés, a második-egy külső. Az értéket Newton méterben mérjük. Az elektromos motor teljesítményképletében azonban a nyomatékot használják fő értékként.

Ez a következőképpen kerül kiszámításra

M = f, ahol:

M-nyomaték, Nm;

F-alkalmazott erő, H;

r-sugár, m.

A meghajtó névleges nyomatékának kiszámításához a képletet kell használni

Mnom = 30P_nom ÷ pi × n_nom, ahol:

P_nom - az elektromos motor névleges teljesítménye, W;

n_nom - névleges sebesség, min^-1.

Ennek megfelelően az elektromos motor névleges teljesítményének képletének így kell kinéznie:

Ph = M_nom * pi*_nom / 30.

Általában az összes jellemzőt a specifikáció határozza meg. De előfordul, hogy meg kell dolgozni teljesen új telepítésekkel, amelyekről nagyon nehéz megtalálni az információkat. Az ilyen eszközök műszaki paramétereinek kiszámításához analógjaikból származó adatokat veszünk. Továbbá mindig csak a specifikációban megadott névleges jellemzők ismertek. A valós adatokat függetlenül kell kiszámítani.

Motor teljesítmény

Általános értelemben ez a paraméter egy skaláris fizikai mennyiség, amelyet a rendszer energiafogyasztásának vagy átalakításának mértékében fejeznek ki. Megmutatja, hogy a mechanizmus milyen munkát végez egy bizonyos időegységben. Az elektrotechnikában a jellemző a központi tengely hasznos mechanikai teljesítményét mutatja. Az indikátor jelöléséhez használja a P vagy W betűt. Az Alap mértékegység a Watt. Az elektromos motor teljesítményének kiszámítására szolgáló általános képlet a következőképpen ábrázolható:

P = dA = dt, ahol:

A-mechanikai (hasznos) munka (energia), J;

t-töltött idő, sec.

A mechanikai munka szintén skaláris fizikai mennyiség, amelyet az erő hatása fejez ki egy tárgyra, és az objektum irányától és mozgásától függ. Ez az erővektor terméke az úton:

dA = F DS, ahol:

s a megtett távolság, m.

Kifejezi azt a távolságot, amelyet az alkalmazott erő pontja legyőz. A forgó mozgások esetében a következőképpen fejezzük ki:

ds = R / D(teta), ahol:

teta a forgási szög, rad.

Így kiszámítható a rotor szögforgási frekvenciája:

omega = d (teta) .. dt.

Ebből következik az elektromos motor teljesítményének képlete a tengelyen: P = m Ohio omega.

Az elektromos motor hatékonysága

A hatékonyság olyan jellemző, amely tükrözi a hatékonyság a rendszer az energia mechanikai átalakításakor. Ezt a hasznos energia aránya fejezi ki. A mértékegységek egységes rendszere szerint a következőket jelölik "eta" és egy dimenzió nélküli érték százalékban kifejezve. Az elektromos motor hatékonyságának képlete a teljesítményen keresztül:

eta = P₂ ÷ P₁, ahol:

P₁ - elektromos (mellékelt) teljesítmény, W;

P₂ - hasznos (mechanikus) teljesítmény, W;

Azt is ki lehet fejezni, mint:

eta = a kb 100%, ahol:

A-hasznos munka, J.;

Q A felhasznált energia, J.

Gyakrabban az együtthatót az elektromos motor energiafogyasztásának képletével számítják ki, mivel ezeket a mutatókat mindig könnyebb mérni.

Az elektromos motor hatékonyságának csökkenése a következő okból következik be:

• Elektromos veszteségek. Ez annak a következménye, hogy a vezetőket az áram áthaladásából melegítik.
• Mágneses veszteségek. A mag túlzott mágnesezése miatt hiszterézis és örvényáramok jelennek meg, ami fontos figyelembe venni az elektromos motor teljesítményképletében.
• Mechanikai veszteségek. Ezek a súrlódáshoz és a szellőzéshez kapcsolódnak.
• További veszteségek. A mágneses mező harmonikusai miatt jelennek meg, mivel az állórész és a rotor fogazott alakú. A tekercsben a magnetomotoros erő magasabb harmonikusai is vannak.

Meg kell jegyezni, hogy a hatékonyság az elektromos motor teljesítményének kiszámítására szolgáló képlet egyik legfontosabb összetevője, mivel lehetővé teszi a valósághoz legközelebb eső számok elérését. Átlagosan ez a mutató 10% - ról 99% - ra változik%. A mechanizmus kialakításától függ.

Névleges fordulatszám

A motor elektromechanikai jellemzőinek másik kulcsfontosságú mutatója a tengely forgási sebessége. Ez a percenkénti fordulatszámban van kifejezve. Gyakran használják a szivattyú motor teljesítményképletében annak teljesítményének megismerésére. De emlékeznünk kell arra, hogy az indikátor mindig más az alapjáraton és a terhelés alatt. A mutató egy fizikai mennyiséget jelent, amely megegyezik a teljes fordulatszámmal egy bizonyos ideig.

A sebesség számított képlete:

n = 30 db omega (omega), ahol:

n a motor fordulatszáma, rpm.

Annak érdekében, hogy az elektromos motor teljesítményét a tengely sebességének képlete szerint találjuk meg, a szögsebesség kiszámításához szükséges. Ezért P = m az omega így fog kinézni:

P = m (2pi) n (60) = m (n (9.55), ahol

t = 60 másodperc.

Tehetetlenségi nyomaték

Ez a mutató egy skaláris fizikai mennyiség, amely tükrözi a forgási mozgás tehetetlenségének mértékét a saját tengelye körül. Ebben az esetben a test tömege a transzlációs mozgás során fellépő tehetetlenségének értéke. A paraméter fő jellemzőjét a testtömeg eloszlása fejezi ki, amely megegyezik a tengelytől az alappontig terjedő távolság négyzetének termékeinek összegével az objektum tömegével.Az egységek nemzetközi rendszerében kg-ként jelölik·^m2 a képlet alapján számítják ki:

J = 6 r² dm, ahol

J a tehetetlenségi nyomaték, kg * m² ;

m a tárgy tömege, kg.

A tehetetlenségi nyomatékok és az erők aránya az arányhoz kapcsolódik:

M-j epszilon, ahol

epszilon-szöggyorsulás, val vel^-2.

A mutatót a következőképpen számítják ki:

epszilon = d(Ómega) .. dt.

Így a forgórész tömegének és sugarának ismeretében kiszámítható a mechanizmusok teljesítményparaméterei. Az elektromos motor teljesítményképlete tartalmazza ezeket a jellemzőket.

Tervezési feszültség

Azt is nevezik névleges. Ez egy alapfeszültség, amelyet egy szabványos feszültségkészlet képvisel, amelyet az elektromos berendezések és a hálózat elszigeteltségének mértéke határoz meg. Valójában a berendezés különböző pontjain eltérhet, de nem haladhatja meg legnagyobb megengedett normák a mechanizmusok folyamatos működésére tervezett működési feltételek.

A hagyományos berendezéseknél a névleges feszültség alatt azokat a számított értékeket értjük, amelyekre a fejlesztő normál működés közben biztosítja őket. A szabványos hálózati feszültség listáját a GOST tartalmazza. Ezek a paraméterek mindig leírják a műszaki jellemzők a mechanizmusok közül. A teljesítmény kiszámításához az elektromos motor áramának képletét kell használni:

P = U 6 I.

Elektromos időállandó

Az időt képviseli, szükséges érje el az akár 63% - os áramszintet, miután feszültséget adott a hajtótekercsekre. A paramétert az elektromechanikai jellemzők átmeneti folyamatai okozzák, mivel a nagy aktív ellenállás miatt átmenetiek. Az időállandó kiszámításának általános képlete:

t_e = L = R.

Az elektromechanikus időállandó azonban t_m mindig nagyobb, mint az elektromágneses t_e. Az első paramétert a motor dinamikus jellemzőinek egyenletéből kapjuk, azzal a feltétellel, hogy a rotor nulla fordulatszámon gyorsul a maximális alapjárati fordulatszámra. Ebben az esetben az egyenlet a következő formát ölti

M = M_Szent + J ++ (d (Ómega) dt), ahol

M_Szent = 0.

Innen kapjuk a képletet:

M = j (d (Ómega) = dt).

Valójában az elektromechanikus időállandót A kezdő pillanat - M számítja ki_n. Az ideális körülmények között, egyenes vonalú jellemzőkkel működő mechanizmusnak a következő képlete lesz:

M = M_n Anavar (1 - ómega) ómega (ómega)₀), ahol

omega₀ - az alapjárati fordulatszám.

Az ilyen számításokat a szivattyúmotor teljesítményének képletében használják, amikor a dugattyú lökete közvetlenül függ a tengely sebességétől.

Alapvető képletek a motor teljesítményének kiszámításához

A mechanizmusok tényleges jellemzőinek kiszámításához mindig figyelembe kell venni számos paramétert. . Először is , tudnia kell, milyen áramot szolgáltatnak az elektromos motor tekercseihez: közvetlen vagy váltakozó. Munkájuk elve más, ezért a számítási módszer más. Ha a meghajtó teljesítményének kiszámításának egyszerűsített formája így néz ki:

P_el = U i, ahol

Én vagyok a jelenlegi erő, A;

U-feszültség, V;

P - - szállított elektromos áram. W.

A fáziseltolást (alfa) szintén figyelembe kell venni az AC motor teljesítményképletében. Ennek megfelelően, , a számítások az aszinkron meghajtó így néz ki:

P_el = U / i / cos (alfa).

Az aktív (szállított) teljesítmény mellett:

• S-reaktív, VA. S = p = cos (alfa).
• Q-teljes, VA. Q = i (alfa).

A számításoknak figyelembe kell venniük a termikus és indukciós veszteségeket, valamint a súrlódást is. Ezért az egyenáramú motor képletének egyszerűsített modellje így néz ki:

P_el = Pmech + Rtep + Rind + Rtr_, ahol

Rmex-hasznos generált teljesítmény, W;

Rtep-hőtermelési veszteségek, W;

Rind - a töltés költsége az indukciós tekercsben, W;

Rt-súrlódási veszteségek, W.

Következtetés

Az elektromos motorokat az emberi élet szinte minden területén használják: a mindennapi életben, a termelésben. A meghajtó megfelelő használatához nemcsak a névleges jellemzőit, hanem a valódiakat is ismerni kell. Ez növeli hatékonyságát és csökkenti a költségeket.