Elektromekanikte, dönme hızını değiştirmeden sabit yüklerle çalışan birçok sürücü vardır. Fanlar, kompresörler ve diğerleri gibi endüstriyel ve ev ekipmanlarında kullanılırlar. Nominal özellikler bilinmiyorsa, hesaplamalar için elektrik motorunun gücü için formül kullanılır. Parametre hesaplamaları özellikle yeni ve az bilinen sürücüler için geçerlidir. Hesaplama, özel katsayılar kullanılarak ve benzer mekanizmalarla birikmiş deneyimler temelinde gerçekleştirilir. Veriler, elektrik tesisatlarının doğru çalışması için gereklidir.
Elektrik motoru nedir?
Elektrik motoru, elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren bir cihazdır. Çoğu birimin çalışması manyetik etkileşime bağlıdır.rotasyonunda ifade edilen rotor sargılı alanlar. DC veya AC güç kaynaklarından çalışırlar. Güç kaynağı bir pil, bir invertör veya bir elektrik prizi olabilir. Bazı durumlarda motor ters çalışır, yani mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür. Bu tür kurulumlar, hava veya su akışıyla çalışan enerji santrallerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Elektrik motorları, güç kaynağının türüne, iç tasarımına, uygulamasına ve gücüne göre sınıflandırılır. Ayrıca AC sürücülerin özel fırçaları olabilir. Tek fazlı, iki fazlı veya üç fazlı voltajla çalışırlar, hava veya sıvı soğutmalıdırlar. AC motor gücü formülü
P=U x I, P güçtür, U voltajdır, I akımdır.
Boyutları ve özellikleri ile genel amaçlı sürücüler endüstride kullanılmaktadır. 100 megavattan fazla kapasiteye sahip en büyük motorlar, gemilerin enerji santrallerinde, kompresör ve pompa istasyonlarında kullanılmaktadır. Elektrikli süpürge veya vantilatör gibi ev aletlerinde daha küçük boyutlar kullanılır.
Elektrik motoru tasarımı
Drive şunları içerir:
- Rotor.
- Stator.
- Rulmanlar.
- Hava boşluğu.
- Sarma.
- Anahtar.
Rotor, sürücünün kendi ekseni etrafında dönen tek hareketli parçasıdır. İletkenlerden geçen akımsargıda endüktif bir rahatsızlık oluşturur. Üretilen manyetik alan, şaftı harekete geçiren statorun kalıcı mıknatısları ile etkileşime girer. Şaftın tüm dinamik özellikleri de dahil olmak üzere verim ve güç faktörünün alındığı elektrik motorunun akıma göre gücü formülüne göre hesaplanırlar.
Rulmanlar rotor mili üzerinde bulunur ve kendi ekseni etrafında dönmesine katkıda bulunur. Dış kısım motor gövdesine takılır. Mil içlerinden geçer ve dışarı çıkar. Yük, rulmanların çalışma alanının dışına çıktığı için sarkma olarak adlandırılır.
Stator, motorun elektromanyetik devresinin sabit bir elemanıdır. Sargı veya kalıcı mıknatıslar içerebilir. Stator çekirdeği, armatür paketi adı verilen ince metal plakalardan yapılmıştır. Genellikle katı çubuklarda meydana gelen enerji kaybını az altmak için tasarlanmıştır.
Hava boşluğu, rotor ve stator arasındaki mesafedir. Elektrik motorunun düşük çalışma katsayısını etkilediği için küçük bir boşluk etkilidir. Mıknatıslama akımı, boşluk boyutu ile artar. Bu nedenle, her zaman minimum, ancak makul sınırlar içinde yapmaya çalışırlar. Çok küçük bir mesafe, kilitleme elemanlarının sürtünmesine ve gevşemesine neden olur.
Sargı, bir bobine monte edilmiş bakır telden oluşur. Genellikle birkaç metal katmanından oluşan yumuşak, manyetize edilmiş bir çekirdeğin etrafına serilir. İndüksiyon alanının bozulması şu anda meydana gelir.sargı tellerinden geçen akım. Bu noktada ünite, açık ve örtük kutup konfigürasyon moduna girer. İlk durumda, tesisatın manyetik alanı, kutup parçasının etrafında bir sargı oluşturur. İkinci durumda, rotor kutup parçasının yarıkları, dağıtılmış alanda dağılmıştır. Gölgeli kutuplu motor, manyetik bozukluğu bastıran bir sargıya sahiptir.
Anahtar, giriş voltajını değiştirmek için kullanılır. Mil üzerinde bulunan ve birbirinden izole edilmiş kontak halkalarından oluşur. Döner komütatörün kontak fırçalarına armatür akımı uygulanır, bu da polaritede bir değişikliğe yol açar ve rotorun kutuptan direğe dönmesine neden olur. Voltaj yoksa motor dönmeyi durdurur. Modern makineler, dönüş sürecini kontrol eden ek elektroniklerle donatılmıştır.
Çalışma prensibi
Arşimet yasasına göre, iletkendeki akım, F1 kuvvetinin etki ettiği bir manyetik alan yaratır. Bu iletkenden metal bir çerçeve yapılır ve alana 90 ° 'lik bir açıyla yerleştirilirse, kenarlar birbirine göre zıt yönde yönlendirilen kuvvetler yaşayacaktır. Döndürmeye başlayan eksen etrafında bir tork oluştururlar. Armatür bobinleri sabit burulma sağlar. Alan, elektrik veya kalıcı mıknatıslar tarafından oluşturulur. İlk seçenek, çelik bir çekirdek üzerine bir bobin sargısı şeklinde yapılır. Böylece, döngü akımı elektromıknatıs sargısında bir elektromotor oluşturan bir endüksiyon alanı oluşturur.kuvvet.
Faz rotorlu kurulum örneğini kullanarak asenkron motorların çalışmasını daha ayrıntılı olarak ele alalım. Bu tür makineler, manyetik alanın titreşimine eşit olmayan bir armatür hızıyla alternatif akımla çalışır. Bu nedenle, aynı zamanda endüktif olarak da adlandırılırlar. Rotor, bobinlerdeki elektrik akımının manyetik alanla etkileşimi ile tahrik edilir.
Yardımcı sargıda voltaj olmadığında cihaz hareketsizdir. Stator kontaklarında bir elektrik akımı göründüğü anda, uzayda + F ve -F dalgalanmalarıyla sabit bir manyetik alan oluşur. Aşağıdaki formülle temsil edilebilir:
pr=nrev=f1 × 60 ÷ p=n1
nerede:
pr - manyetik alanın ileri yönde yaptığı devir sayısı, rpm;
rev - alanın ters yönde dönüş sayısı, rpm;
f1 - elektrik akımı dalgalanma frekansı, Hz;
p - kutup sayısı;
1 - toplam RPM.
Manyetik alan titreşimleri deneyimleyen rotor, ilk hareketi alır. Akışın düzgün olmayan etkisi nedeniyle bir tork geliştirecektir. İndüksiyon yasasına göre, kısa devreli bir sargıda bir akım üreten bir elektromotor kuvveti oluşur. Frekansı rotorun kayması ile orantılıdır. Elektrik akımının manyetik alanla etkileşimi nedeniyle bir şaft torku oluşur.
Performans hesaplamaları için üç formül vardırasenkron bir elektrik motorunun gücü. Faz kaymasına göre
kullanın
S=P ÷ cos (alfa), burada:
S, Volt-Amper cinsinden ölçülen görünen güçtür.
P - Watt cinsinden aktif güç.
alfa - faz kayması.
Tam güç gerçek göstergeyi ifade eder ve aktif güç hesaplanandır.
Elektrik motorlarının türleri
Güç kaynağına göre, sürücüler şurada çalışan kişilere ayrılır:
- DC.
- AC.
Çalışma prensibine göre, sırayla ayrılırlar:
- Koleksiyoncu.
- Valf.
- Eşzamansız.
- Senkronize.
Havalandırma motorları ayrı bir sınıfa ait değildir, çünkü cihazları kollektör sürücüsünün bir çeşididir. Tasarımları bir elektronik dönüştürücü ve bir rotor konum sensörü içerir. Genellikle kontrol panosu ile birlikte entegre edilirler. Onların pahasına, armatürün koordineli geçişi gerçekleşir.
Senkron ve asenkron motorlar yalnızca alternatif akımla çalışır. Dönme, gelişmiş elektronikler tarafından kontrol edilir. Asenkron ikiye ayrılır:
- Üç fazlı.
- İki fazlı.
- Tek fazlı.
Bir yıldıza veya deltaya bağlandığında üç fazlı bir elektrik motorunun gücü için teorik formül
P=3Uf If cos(alpha).
Ancak, lineer voltaj ve akım için şuna benzer
P=1, 73 × Uf × If × cos(alpha).
Bu, ne kadar güç olduğunun gerçek bir göstergesi olacakmotor ağdan alır.
Senkronize alt bölümlere ayrılmıştır:
- Adım.
- Hibrit.
- İndüktör.
- Histerezis.
- Reaktif.
Adım motorların tasarımlarında kalıcı mıknatıslar vardır, bu nedenle ayrı bir kategori olarak sınıflandırılmazlar. Mekanizmaların çalışması, frekans dönüştürücüler kullanılarak kontrol edilir. AC ve DC üzerinde çalışan evrensel motorlar da vardır.
Motorların genel özellikleri
Tüm motorlar, bir elektrik motorunun gücünü belirlemek için formülde kullanılan ortak parametrelere sahiptir. Onlara dayanarak, makinenin özelliklerini hesaplayabilirsiniz. Farklı literatürde farklı olarak adlandırılabilirler, ancak aynı anlama gelirler. Bu tür parametrelerin listesi şunları içerir:
- Tork.
- Motor gücü.
- Verimlilik.
- Nominal devir sayısı.
- Rotorun eylemsizlik momenti.
- Anma gerilimi.
- Elektrik zaman sabiti.
Yukarıdaki parametreler, her şeyden önce, motorların mekanik kuvvetiyle çalışan elektrik tesisatlarının verimliliğini belirlemek için gereklidir. Hesaplanan değerler, ürünün gerçek özellikleri hakkında yalnızca yaklaşık bir fikir verir. Bununla birlikte, bu göstergeler genellikle elektrik motorunun gücü için formülde kullanılır. Makinelerin etkinliğini belirleyen odur.
Tork
Bu terimin birkaç eş anlamlısı vardır: kuvvet momenti, motor momenti, Tork, tork. Fizik açısından bu kavramlar her zaman aynı olmasa da, hepsi bir göstergeyi belirtmek için kullanılır.
Terminolojiyi birleştirmek için her şeyi tek bir sisteme getiren standartlar geliştirilmiştir. Bu nedenle teknik dokümantasyonda her zaman "tork" ifadesi kullanılır. Kuvvet ve yarıçap vektör değerlerinin ürününe eşit olan bir vektör fiziksel niceliğidir. Yarıçap vektörü, dönme ekseninden uygulanan kuvvet noktasına çizilir. Fizik açısından bakıldığında, tork ve dönme momenti arasındaki fark, kuvvetin uygulama noktasında yatmaktadır. İlk durumda, bu içsel bir çabadır, ikincisinde - dışsaldır. Değer Newton metre cinsinden ölçülür. Ancak motor gücü formülü, temel değer olarak torku kullanır.
şeklinde hesaplanır
M=F × r nerede:
M - tork, Nm;
F - uygulanan kuvvet, H;
r - yarıçap, m.
Aktüatörün nominal torkunu hesaplamak için formülü kullanın
Mnom=30Rnom ÷ pi × nnom, burada:
Rnom - elektrik motorunun nominal gücü, W;
nnom - nominal hız, min-1.
Buna göre, elektrik motorunun nominal gücünün formülü şöyle görünmelidir:
Pnom=Mnom pinnom / 30.
Genellikle, tüm özellikler spesifikasyonda belirtilir. Ancak tamamen yeni kurulumlarla çalışmanız gerekiyor,hakkında bulunması çok zor olan bilgiler. Bu tür cihazların teknik parametrelerini hesaplamak için analoglarının verileri alınır. Ayrıca, spesifikasyonda verilen sadece nominal özellikler her zaman bilinir. Gerçek veriler kendiniz hesaplanmalıdır.
Motor gücü
Genel anlamda, bu parametre sistemin enerjisinin tüketim veya dönüşüm oranında ifade edilen skaler bir fiziksel niceliktir. Mekanizmanın belirli bir zaman biriminde ne kadar iş yapacağını gösterir. Elektrik mühendisliğinde, karakteristik, merkezi şaft üzerindeki faydalı mekanik gücü gösterir. Göstergeyi belirtmek için P veya W harfi kullanılır. Ana ölçü birimi Watt'tır. Bir elektrik motorunun gücünü hesaplamak için genel formül şu şekilde temsil edilebilir:
P=dA ÷ dt burada:
A - mekanik (faydalı) iş (enerji), J;
t - geçen süre, sn.
Mekanik iş, aynı zamanda, bir kuvvetin bir nesne üzerindeki etkisiyle ve bu nesnenin yönüne ve yer değiştirmesine bağlı olarak ifade edilen skaler bir fiziksel niceliktir. Kuvvet vektörünün ve yolun çarpımıdır:
dA=F × ds burada:
s - kat edilen mesafe, m.
Uygulanan bir kuvvet noktasının üstesinden geleceği mesafeyi ifade eder. Dönme hareketleri için şu şekilde ifade edilir:
ds=r × d(teta), burada:
teta - dönüş açısı, rad.
Bu şekilde rotorun açısal dönüş frekansını hesaplayabilirsiniz:
omega=d(teta) ÷ dt.
Bundan, elektrik motorunun şaft üzerindeki gücü için formülü takip eder: P \u003d M ×omega.
Elektrik motorunun verimliliği
Verimlilik, enerjiyi mekanik enerjiye dönüştürürken sistemin verimliliğini yansıtan bir özelliktir. Kullanılabilir enerjinin harcanan enerjiye oranı olarak ifade edilir. Birleşik ölçü birimleri sistemine göre, "eta" olarak adlandırılır ve yüzde olarak hesaplanan boyutsuz bir değerdir. Güç açısından bir elektrik motorunun verimliliğinin formülü:
eta=P2 ÷ P1 burada:
P1 - elektrik (besleme) gücü, W;
P2 - faydalı (mekanik) güç, W;
Şu şekilde de ifade edilebilir:
eta=A ÷ Q × %100, burada:
A - faydalı çalışma, J;
Q - harcanan enerji, J.
Daha sıklıkla katsayı, bir elektrik motorunun güç tüketimi formülü kullanılarak hesaplanır, çünkü bu göstergelerin ölçülmesi her zaman daha kolaydır.
Elektrik motorunun verimliliğindeki azalmanın nedeni:
- Elektrik kayıpları. Bu, iletkenlerin içlerinden geçen akımın ısınması sonucu oluşur.
- Manyetik kayıp. Çekirdeğin aşırı manyetizasyonu nedeniyle, motor gücü formülünde dikkate alınması önemli olan histerezis ve girdap akımları ortaya çıkar.
- Mekanik kayıp. Sürtünme ve havalandırma ile ilgilidirler.
- Ek kayıplar. Stator ve rotor dişli olduğundan, manyetik alanın harmonikleri nedeniyle ortaya çıkarlar. Ayrıca sargıda manyetomotor kuvvetin daha yüksek harmonikleri vardır.
Verimliliğin en önemli bileşenlerden biri olduğu unutulmamalıdır.bir elektrik motorunun gücünü hesaplamak için formüller, gerçeğe en yakın sayıları almanızı sağlar. Ortalama olarak, bu rakam %10 ile %99 arasında değişmektedir. Mekanizmanın tasarımına bağlıdır.
Nominal devir sayısı
Motorun elektromekanik özelliklerinin bir diğer önemli göstergesi şaft hızıdır. Dakikadaki devir olarak ifade edilir. Genellikle performansını bulmak için pompa motor gücü formülünde kullanılır. Ancak, yük altında rölanti ve çalışma için göstergenin her zaman farklı olduğu unutulmamalıdır. Gösterge, belirli bir süre için tam devir sayısına eşit bir fiziksel değeri temsil eder.
RPM hesaplama formülü:
n=30 × omega ÷ pi burada:
n - motor devri, rpm.
Şaftın hız formülüne göre elektrik motorunun gücünü bulmak için açısal hız hesaplamasına getirmek gerekir. Yani P=M × omega şöyle görünür:
P=M × (2pi × n ÷ 60)=M × (n ÷ 9, 55) burada
t=60 saniye.
Atalet momenti
Bu gösterge, kendi ekseni etrafındaki dönme hareketinin eylemsizliğinin bir ölçüsünü yansıtan skaler bir fiziksel niceliktir. Bu durumda, vücudun kütlesi, öteleme hareketi sırasındaki eylemsizliğinin değeridir. Parametrenin temel özelliği, eksenden taban noktasına olan mesafenin karesinin çarpımlarının toplamına eşit olan vücut kütlelerinin dağılımı ve nesnenin kütleleri ile ifade edilir.ölçüm kg m2 olarak gösterilir ve şu formülle hesaplanır:
J=∑ r2 × dm nerede
J - eylemsizlik momenti, kg m2;
m - nesnenin kütlesi, kg.
Atalet momentleri ve kuvvetler bağıntı ile ilişkilidir:
M - J × epsilon, burada
epsilon - açısal ivme, s-2.
Gösterge şu şekilde hesaplanır:
epsilon=d(omega) × dt.
Böylece rotorun kütlesini ve yarıçapını bilerek, mekanizmaların performans parametrelerini hesaplayabilirsiniz. Motor gücü formülü bu özelliklerin hepsini içerir.
Anma gerilimi
Nominal olarak da adlandırılır. Elektrikli ekipmanın ve ağın yalıtım derecesi ile belirlenen standart bir voltaj seti ile temsil edilen baz voltajı temsil eder. Gerçekte, ekipmanın farklı noktalarında farklılık gösterebilir, ancak mekanizmaların sürekli çalışması için tasarlanmış izin verilen maksimum çalışma koşullarını aşmamalıdır.
Konvansiyonel kurulumlar için, anma gerilimi, geliştirici tarafından normal çalışmada sağlandığı hesaplanmış değerler olarak anlaşılır. Standart ağ voltajının listesi GOST'ta verilmiştir. Bu parametreler her zaman mekanizmaların teknik özelliklerinde açıklanmıştır. Performansı hesaplamak için, elektrik motorunun akıma göre gücü formülünü kullanın:
P=U × I.
Elektrik zaman sabiti
Enerji verildikten sonra mevcut seviyeye %63'e kadar ulaşmak için gereken süreyi temsil eder.sürücü sargıları. Parametre, büyük aktif direnç nedeniyle kısa süreli olduklarından, elektromekanik özelliklerin geçici süreçlerinden kaynaklanmaktadır. Zaman sabitini hesaplamak için genel formül:
te=L ÷ R.
Ancak, elektromekanik zaman sabiti tm her zaman elektromanyetik zaman sabitinden te. daha büyüktür. maksimum rölanti hızına Bu durumda denklem
şeklini alır.
M=Mst + J × (d(omega) ÷ dt), burada
Mst=0.
Buradan şu formülü elde ederiz:
M=J × (d(omega) ÷ dt).
Aslında, elektromekanik zaman sabiti başlangıç torkundan hesaplanır - Mp. Doğrusal özelliklere sahip ideal koşullar altında çalışan bir mekanizma şu formüle sahip olacaktır:
M=Mp × (1 - omega ÷ omega0), burada
omega0 - boşta hız.
Bu tür hesaplamalar, piston stroku doğrudan mil hızına bağlı olduğunda pompa motor gücü formülünde kullanılır.
Motor gücünü hesaplamak için temel formüller
Mekanizmaların gerçek özelliklerini hesaplamak için her zaman birçok parametreyi hesaba katmanız gerekir. her şeyden önce, motor sargılarına hangi akımın sağlandığını bilmeniz gerekir: doğrudan veya alternatif. Çalışmalarının prensibi farklıdır, bu nedenle hesaplama yöntemi farklıdır. Sürücü gücü hesaplamasının basitleştirilmiş görünümü şuna benziyorsa:
Pel=U × I nerede
I - mevcut güç, A;
U - voltaj, V;
Pel - sağlanan elektrik gücü. Salı.
AC motor gücü formülünde faz kayması (alfa) da dikkate alınmalıdır. Buna göre, asenkron bir sürücü için hesaplamalar şuna benzer:
Pel=U × I × cos(alfa).
Aktif (besleme) gücüne ek olarak, ayrıca:
- S - reaktif, VA. S=P ÷ cos(alfa).
- Q - dolu, VA. Q=I × U × günah(alfa).
Hesaplamaların ayrıca termal ve endüktif kayıpların yanı sıra sürtünmeyi de hesaba katması gerekir. Bu nedenle, bir DC motor için basitleştirilmiş bir formül modeli şuna benzer:
Pel=Pmech + Rtep + Rind + Rtr, burada
Рmeh - faydalı üretilen güç, W;
Rtep - ısı kaybı, W;
Rind - indüksiyon bobininde şarj maliyeti, W;
RT - sürtünme nedeniyle kayıp, W.
Sonuç
Elektrik motorları insan yaşamının hemen her alanında kullanılmaktadır: günlük yaşamda, üretimde. Sürücünün doğru kullanımı için sadece nominal özelliklerini değil aynı zamanda gerçek özelliklerini de bilmek gerekir. Bu, verimliliğini artıracak ve maliyetleri az altacaktır.
