Elektromehaanikas on palju ajamid, mis töötavad konstantse koormusega ilma pöörlemiskiirust muutmata. Neid kasutatakse tööstus- ja majapidamisseadmetes, nagu ventilaatorid, kompressorid ja muud. Kui nimiomadused pole teada, kasutatakse arvutusteks elektrimootori võimsuse valemit. Parameetrite arvutamine on eriti oluline uute ja vähetuntud draivide puhul. Arvutamine toimub spetsiaalsete koefitsientide abil, samuti sarnaste mehhanismidega kogunenud kogemuste põhjal. Andmed on elektripaigaldiste korrektseks tööks hädavajalikud.
Mis on elektrimootor?
Elektrimootor on seade, mis muudab elektrienergia mehaaniliseks energiaks. Enamiku üksuste töö sõltub magneti vastasmõjustväljad rootori mähisega, mis väljendub selle pöörlemises. Need töötavad alalis- või vahelduvvooluallikatest. Toiteallikaks võib olla aku, inverter või pistikupesa. Mõnel juhul töötab mootor tagurpidi, see tähendab, et see muundab mehaanilise energia elektrienergiaks. Selliseid seadmeid kasutatakse laialdaselt õhu- või veevooluga elektrijaamades.
Elektrimootorid klassifitseeritakse vastav alt toiteallika tüübile, sisekujundusele, rakendusele ja võimsusele. Samuti võivad vahelduvvooluajamitel olla spetsiaalsed harjad. Need töötavad ühefaasilise, kahefaasilise või kolmefaasilise pingega, on õhk- või vedelikjahutusega. Vahelduvvoolu mootori võimsuse valem
P=U x I, kus P on võimsus, U on pinge, I on vool.
Tööstuses kasutatakse üldotstarbelisi ajamid koos nende suuruse ja omadustega. Suurimad mootorid, mille võimsus on üle 100 megavati, on kasutusel laevade elektrijaamades, kompressorites ja pumbajaamades. Väiksemaid suurusi kasutatakse kodumasinates, nagu tolmuimeja või ventilaator.
Elektrimootori disain
Drive sisaldab:
- Rootor.
- Stator.
- laagrid.
- Õhuvahe.
- Mähkimine.
- Lülita.
Rootor on ajami ainus liikuv osa, mis pöörleb ümber oma telje. Juhtmeid läbiv voolmoodustab mähises induktiivse häire. Loodud magnetväli interakteerub staatori püsimagnetitega, mis paneb võlli liikuma. Need arvutatakse elektrimootori võimsuse valemi järgi voolu järgi, mille jaoks võetakse kasutegur ja võimsustegur, sealhulgas kõik võlli dünaamilised omadused.
Laagrid asuvad rootori võllil ja aitavad kaasa selle pöörlemisele ümber oma telje. Välimine osa on need kinnitatud mootori korpuse külge. Võll läbib neid ja väljub. Kuna koormus ületab laagrite tööpiirkonda, nimetatakse seda üleulatumiseks.
Staator on mootori elektromagnetilise ahela fikseeritud element. Võib sisaldada mähiseid või püsimagneteid. Staatori südamik on valmistatud õhukestest metallplaatidest, mida nimetatakse armatuuripaketiks. See on loodud vähendama energiakadu, mis juhtub sageli tahkete varrastega.
Õhuvahe on rootori ja staatori vaheline kaugus. Väike vahe on efektiivne, kuna see mõjutab elektrimootori madalat töökoefitsienti. Magnetiseerimisvool suureneb koos pilu suurusega. Seetõttu püüavad nad seda alati teha minimaalseks, kuid mõistlike piiridega. Liiga väike vahemaa põhjustab hõõrdumist ja lukustuselementide lõdvenemist.
Mähis koosneb vasktraadist, mis on kokku pandud üheks mähiseks. Tavaliselt asetatakse ümber pehme magnetiseeritud südamiku, mis koosneb mitmest metallikihist. Hetkel toimub induktsioonivälja häirevool, mis läbib mähise juhtmeid. Sel hetkel lülitub seade eksplitsiitse ja kaudse pooluse konfiguratsioonirežiimi. Esimesel juhul tekitab paigalduse magnetväli mähise ümber poolusetüki. Teisel juhul on rootori pooluse osa pilud hajutatud hajutatud väljas. Varjutatud poolusega mootoril on mähis, mis summutab magnetilisi häireid.
Lülitit kasutatakse sisendpinge lülitamiseks. See koosneb võllil paiknevatest ja üksteisest eraldatud kontaktrõngastest. Pöördkommutaatori kontaktharjadele suunatakse armatuuri vool, mis viib polaarsuse muutumiseni ja põhjustab rootori pöörlemise poolusest poolusele. Kui pinget pole, lõpetab mootor pöörlemise. Kaasaegsed masinad on varustatud täiendava elektroonikaga, mis juhib pöörlemisprotsessi.
Tööpõhimõte
Vastav alt Archimedese seadusele tekitab juhi vool magnetvälja, milles mõjub jõud F1. Kui sellest juhist valmistatakse metallraam ja asetatakse väljale 90° nurga all, kogevad servad üksteise suhtes vastupidises suunas suunatud jõudu. Need tekitavad telje ümber pöördemomendi, mis hakkab seda pöörlema. Armatuuri poolid tagavad pideva väände. Välja tekitavad elektri- või püsimagnetid. Esimene võimalus on valmistatud terassüdamiku mähise kujul. Seega tekitab silmusvool elektromagneti mähises induktsioonivälja, mis tekitab elektromotiivijõudu.
Vaatleme üksikasjalikum alt asünkroonsete mootorite tööd faasirootoriga paigaldiste näitel. Sellised masinad töötavad vahelduvvoolul armatuuri kiirusega, mis ei ole võrdne magnetvälja pulsatsiooniga. Seetõttu nimetatakse neid ka induktiivseteks. Rootorit juhib mähistes oleva elektrivoolu ja magnetvälja vastasmõju.
Kui abimähises pole pinget, on seade puhkeolekus. Niipea, kui staatori kontaktidele ilmub elektrivool, moodustub ruumis konstantne magnetvälja pulsatsiooniga + F ja -F. Seda saab esitada järgmise valemiga:
pr=nrev=f1 × 60 ÷ p=n1
kus:
pr - pöörete arv, mida magnetväli teeb edasisuunas, rpm;
rev - põllu pöörete arv vastassuunas, rpm;
f1 - elektrivoolu pulsatsioonisagedus, Hz;
p - pooluste arv;
1 – kogu RPM.
Kogedes magnetvälja pulsatsioone, saab rootor esialgse liikumise. Voolu ebaühtlase mõju tõttu arendab see pöördemomenti. Vastav alt induktsiooniseadusele tekib lühismähises elektromotoorjõud, mis tekitab voolu. Selle sagedus on võrdeline rootori libisemisega. Elektrivoolu ja magnetvälja vastasmõju tõttu tekib võlli pöördemoment.
Toimivusarvutusteks on kolm valemitasünkroonse elektrimootori võimsus. Kasuta faasinihke järgi
S=P ÷ cos (alfa), kus:
S on näivvõimsus, mõõdetuna volt-amprites.
P – aktiivvõimsus vattides.
alpha – faasinihe.
Täisvõimsus viitab tegelikule indikaatorile ja aktiivvõimsus on arvutatud.
Elektrimootorite tüübid
Vastav alt toiteallikale jagunevad ajamid järgmisteks, mis töötavad alates:
- DC.
- AC.
Vastav alt tööpõhimõttele jagunevad need omakorda:
- Koguja.
- Valve.
- Asünkroonne.
- Sünkroonne.
Ventmootorid ei kuulu eraldi klassi, kuna nende seade on kollektori ajami variatsioon. Nende disain sisaldab elektroonilist muundurit ja rootori asendiandurit. Tavaliselt on need integreeritud koos juhtpaneeliga. Nende arvelt toimub armatuuri koordineeritud ümberlülitamine.
Sünkroonsed ja asünkroonsed mootorid töötavad ainult vahelduvvoolul. Pöörlemist juhib keerukas elektroonika. Asünkroonsed jagunevad:
- Kolmefaasiline.
- Kahefaasiline.
- Ühefaasiline.
Teoreetiline valem kolmefaasilise elektrimootori võimsuse kohta, kui see on ühendatud tähe või kolmnurgaga
P=3Uf If cos(alpha).
Lineaarpinge ja voolu puhul näeb see aga välja selline
P=1, 73 × Uf × If × cos(alpha).
See on tõeline võimsuse näitajamootor võtab võrgust üles.
Sünkroonne jaotatud:
- Samm.
- Hübriid.
- Induktiivpool.
- Hüsterees.
- Reaktiivne.
Sammmootorite konstruktsioonis on püsimagnetid, mistõttu neid ei klassifitseerita eraldi kategooriasse. Mehhanismide tööd juhitakse sagedusmuundurite abil. On ka universaalseid mootoreid, mis töötavad vahelduv- ja alalisvoolul.
Mootorite üldomadused
Kõigil mootoritel on ühised parameetrid, mida kasutatakse elektrimootori võimsuse määramise valemis. Nende põhjal saate arvutada masina omadused. Erinevas kirjanduses võidakse neid nimetada erinev alt, kuid need tähendavad sama asja. Selliste parameetrite loend sisaldab:
- Pöördemoment.
- Mootori võimsus.
- Tõhusus.
- Arv pöörete arv.
- Rootori inertsimoment.
- Niminaalne pinge.
- Elektriline ajakonstant.
Eelnimetatud parameetrid on vajalikud eelkõige mootorite mehaanilise jõu jõul töötavate elektripaigaldiste tõhususe määramiseks. Arvutatud väärtused annavad vaid ligikaudse ettekujutuse toote tegelikest omadustest. Neid näitajaid kasutatakse aga sageli elektrimootori võimsuse valemis. Tema on see, kes määrab masinate tõhususe.
Pöördemoment
Sellel terminil on mitu sünonüümi: jõumoment, mootorimoment, pöördemoment, pöördemoment. Neid kõiki kasutatakse ühe näitaja tähistamiseks, kuigi füüsika seisukoh alt ei ole need mõisted alati identsed.
Terminoloogia ühtlustamiseks on välja töötatud standardid, mis koondavad kõik ühtsesse süsteemi. Seetõttu kasutatakse tehnilises dokumentatsioonis alati väljendit "pöördemoment". See on vektorfüüsikaline suurus, mis võrdub jõu ja raadiuse vektori väärtuste korrutisega. Raadiuse vektor tõmmatakse pöörlemisteljelt rakendatud jõu punktini. Füüsika seisukoh alt seisneb pöördemomendi ja pöördemomendi erinevus jõu rakenduspunktis. Esimesel juhul on see sisemine pingutus, teisel juhul väline. Väärtust mõõdetakse njuutonmeetrites. Mootori võimsuse valem kasutab aga baasväärtusena pöördemomenti.
Arvutatakse järgmiselt
M=F × r kus:
M – pöördemoment, Nm;
F – rakendatud jõud, H;
r – raadius, m.
Täiturmehhanismi nimipöördemomendi arvutamiseks kasutage valemit
Mnom=30Rnom ÷ pi × nnom, kus:
Rnom - elektrimootori nimivõimsus, W;
nnom - nimikiirus, min-1.
Sellele vastav alt peaks elektrimootori nimivõimsuse valem välja nägema järgmine:
Pnom=Mnom pinnom / 30.
Tavaliselt on kõik omadused märgitud spetsifikatsioonis. Kuid juhtub, et peate töötama täiesti uute installatsioonidega,mille kohta teavet on väga raske leida. Selliste seadmete tehniliste parameetrite arvutamiseks võetakse nende analoogide andmed. Samuti on alati teada ainult nimiomadused, mis on toodud spetsifikatsioonis. Tegelikud andmed tuleb ise välja arvutada.
Mootori võimsus
Üldises mõttes on see parameeter skalaarne füüsikaline suurus, mida väljendatakse süsteemi energia tarbimise või muundamise kiiruses. See näitab, kui palju tööd mehhanism teatud ajaühikus teeb. Elektrotehnikas näitab karakteristik keskvõlli kasulikku mehaanilist võimsust. Indikaatori tähistamiseks kasutatakse tähte P või W. Põhimõõtühik on vatt. Elektrimootori võimsuse arvutamise üldvalemit saab esitada järgmiselt:
P=dA ÷ dt kus:
A - mehaaniline (kasulik) töö (energia), J;
t – kulunud aeg, s.
Mehaaniline töö on ka skalaarne füüsikaline suurus, mida väljendatakse objektile mõjuva jõu mõjul ning mis sõltub selle objekti suunast ja nihkest. See on jõuvektori ja tee korrutis:
dA=F × ds kus:
s – läbitud vahemaa, m.
See väljendab vahemaad, mille rakendatud jõu punkt ületab. Pöörlevate liikumiste puhul väljendatakse seda järgmiselt:
ds=r × d(teta), kus:
teta – pöördenurk, rad.
Nii saate arvutada rootori pöörlemise nurksageduse:
omega=d(teta) ÷ dt.
Sellest tuleneb võllil oleva elektrimootori võimsuse valem: P \u003d M ×omega.
Elektrimootori efektiivsus
Tõhusus on omadus, mis peegeldab süsteemi efektiivsust energia muundamisel mehaaniliseks energiaks. Seda väljendatakse kasuliku energia ja kulutatud energia suhtena. Ühtse mõõtühikute süsteemi kohaselt tähistatakse seda kui "eta" ja see on mõõtmeteta väärtus, mis arvutatakse protsentides. Elektrimootori efektiivsuse valem võimsuse järgi:
eta=P2 ÷ P1 kus:
P1 - elektri (toite)toide, W;
P2 - kasulik (mehaaniline) võimsus, W;
Seda võib väljendada ka järgmiselt:
eta=A ÷ Q × 100%, kus:
A - kasulik töö, J;
Q – energia kulutatud, J.
Sagedamini arvutatakse koefitsient elektrimootori energiatarbimise valemi abil, kuna neid näitajaid on alati lihtsam mõõta.
Elektrimootori efektiivsuse vähenemise põhjuseks on:
- Elektrikaod. See ilmneb juhtmete kuumenemise tagajärjel, kuna vool läbib neid.
- Magnetiline kadu. Südamiku liigse magnetiseerimise tõttu ilmnevad hüsterees ja pöörisvoolud, mida on oluline mootori võimsuse valemis arvesse võtta.
- Mehaaniline kadu. Need on seotud hõõrdumise ja ventilatsiooniga.
- Lisakaod. Need ilmnevad magnetvälja harmooniliste tõttu, kuna staator ja rootor on hammastega. Ka mähises on magnetmotoorjõu kõrgemad harmoonilised.
Tuleb märkida, et tõhusus on üks olulisemaid komponenteelektrimootori võimsuse arvutamise valemid, kuna see võimaldab saada tegelikkusele kõige lähemal olevaid numbreid. Keskmiselt on see näitaja vahemikus 10% kuni 99%. See sõltub mehhanismi konstruktsioonist.
Arv pöörete arv
Teine mootori elektromehaaniliste omaduste põhinäitaja on võlli kiirus. Seda väljendatakse pööretes minutis. Sageli kasutatakse seda pumba mootori võimsuse valemis selle jõudluse väljaselgitamiseks. Kuid tuleb meeles pidada, et tühikäigul ja koormuse all töötamise indikaator on alati erinev. Näidik tähistab füüsilist väärtust, mis on võrdne täispöörete arvuga teatud aja jooksul.
RPM arvutamise valem:
n=30 × oomega ÷ pi kus:
n – mootori pöörlemiskiirus, p/min.
Elektrimootori võimsuse leidmiseks võlli pöörlemissageduse valemi järgi on vaja see viia nurkkiiruse arvutusse. Nii et P=M × omega näeks välja selline:
P=M × (2pi × n ÷ 60)=M × (n ÷ 9, 55) kus
t=60 sekundit.
Inertsimoment
See indikaator on skalaarne füüsikaline suurus, mis peegeldab ümber oma telje pöörleva liikumise inertsi. Sel juhul on keha mass selle inertsi väärtus translatsioonilise liikumise ajal. Parameetri põhitunnust väljendab kehamasside jaotus, mis võrdub telje ja baaspunkti vahelise kauguse ruudu ja objekti masside korrutistega Rahvusvahelises mõõtühikute süsteemis.mõõtmisel tähistatakse seda kui kg m2 ja see arvutatakse järgmise valemiga:
J=∑ r2 × dm kus
J – inertsimoment, kg m2;
m - objekti mass, kg.
Inertsmomendid ja jõud on seotud seosega:
M – J × epsilon, kus
epsilon – nurkkiirendus, s-2.
Näitaja arvutatakse järgmiselt:
epsilon=d(oomega) × dt.
Seega, teades rootori massi ja raadiust, saate arvutada mehhanismide tööparameetrid. Mootori võimsuse valem sisaldab kõiki neid omadusi.
Niminaalne pinge
Seda nimetatakse ka nominaalseks. See tähistab baaspinget, mida esindab standardne pingete komplekt, mis määratakse kindlaks elektriseadmete ja võrgu isolatsiooniastmega. Tegelikkuses võib see seadmete erinevates kohtades erineda, kuid ei tohiks ületada maksimaalseid lubatud töötingimusi, mis on ette nähtud mehhanismide pidevaks tööks.
Tavapäraste paigaldiste puhul mõistetakse nimipinge all arvutatud väärtusi, mille jaoks arendaja need tavatöös pakub. Standardse võrgupinge loend on esitatud GOST-is. Neid parameetreid kirjeldatakse alati mehhanismide tehnilistes kirjeldustes. Jõudluse arvutamiseks kasutage elektrimootori võimsuse valemit voolu järgi:
P=U × I.
Elektriline ajakonstant
Esitab aega, mis kulub praeguse taseme saavutamiseks kuni 63% pärast pingestamistajami mähised. Parameeter on tingitud elektromehaaniliste omaduste mööduvatest protsessidest, kuna need on suure aktiivse takistuse tõttu põgusad. Ajakonstandi arvutamise üldvalem on:
te=L ÷ R.
Samas on elektromehaaniline ajakonstant tm alati suurem kui elektromagnetiline ajakonstant te. rootor kiirendab nullkiirusel maksimaalsele tühikäigukiirusele. Sel juhul on võrrand kujul
M=Mst + J × (d(omega) ÷ dt), kus
Mst=0.
Siit saame valemi:
M=J × (d(oomega) ÷ dt).
Tegelikult arvutatakse elektromehaaniline ajakonstant käivitusmomendi järgi - Mp. Ideaalsetes tingimustes töötaval sirgjooneliste omadustega mehhanismil on valem:
M=Mp × (1 - omega ÷ omega0), kus
omega0 - tühikäigu kiirus.
Selliseid arvutusi kasutatakse pumba mootori võimsuse valemis, kui kolvikäik sõltub otseselt võlli kiirusest.
Põhivalemid mootori võimsuse arvutamiseks
Mehhanismide tegelike omaduste arvutamiseks peate alati arvestama paljude parameetritega. kõigepe alt peate teadma, milline vool antakse mootori mähistele: otsene või vahelduv. Nende tööpõhimõte on erinev, seetõttu on arvutusmeetod erinev. Kui ajami võimsuse arvutamise lihtsustatud vaade näeb välja järgmine:
Pel=U × I kus
I - voolutugevus, A;
U – pinge, V;
Pel - tarnitud elektritoide. T.
Vahelduvvoolumootori võimsuse valemis tuleb arvestada ka faasinihkega (alfa). Sellest lähtuv alt näevad asünkroonse draivi arvutused välja järgmised:
Pel=U × I × cos(alpha).
Lisaks aktiivsele (toite)võimsusele on olemas ka:
- S – reaktiivne, VA. S=P ÷ cos(alfa).
- Q – täis, VA. Q=I × U × sin(alfa).
Arvutustes tuleb arvesse võtta ka soojus- ja induktiivkadusid ning hõõrdumist. Seetõttu näeb alalisvoolumootori lihtsustatud valemimudel välja selline:
Pel=Pmech + Rtep + Rind + Rtr, kus
Рmeh – kasulik genereeritud võimsus, W;
Rtep – soojuskadu, W;
Rind – induktsioonpooli laadimise maksumus, W;
RT – hõõrdumisest tingitud kaotus, W.
Järeldus
Elektrimootoreid kasutatakse peaaegu kõigis inimelu valdkondades: igapäevaelus, tootmises. Ajami õigeks kasutamiseks on vaja teada mitte ainult selle nimiomadusi, vaid ka tegelikke omadusi. See suurendab selle tõhusust ja vähendab kulusid.
