Kuasa motor: formula, peraturan pengiraan, jenis dan klasifikasi motor elektrik

2024 Pengarang: Angel Austin | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-02 17:53

Dalam elektromekanik, terdapat banyak pemacu yang beroperasi dengan beban tetap tanpa mengubah kelajuan putaran. Ia digunakan dalam peralatan industri dan rumah tangga seperti kipas, pemampat dan lain-lain. Jika ciri nominal tidak diketahui, maka formula untuk kuasa motor elektrik digunakan untuk pengiraan. Pengiraan parameter amat relevan untuk pemacu baharu dan kurang diketahui. Pengiraan dilakukan menggunakan pekali khas, serta berdasarkan pengalaman terkumpul dengan mekanisme yang serupa. Data ini penting untuk pengendalian pemasangan elektrik yang betul.

Apakah itu motor elektrik?

Motor elektrik ialah peranti yang menukar tenaga elektrik kepada tenaga mekanikal. Operasi kebanyakan unit bergantung kepada interaksi magnetmedan dengan belitan pemutar, yang dinyatakan dalam putarannya. Ia beroperasi daripada sumber kuasa DC atau AC. Bekalan kuasa boleh menjadi bateri, penyongsang atau salur keluar kuasa. Dalam sesetengah kes, enjin berfungsi secara terbalik, iaitu, ia menukar tenaga mekanikal kepada tenaga elektrik. Pemasangan sedemikian digunakan secara meluas dalam loji kuasa yang dikuasakan oleh aliran udara atau air.

Motor elektrik dikelaskan mengikut jenis sumber kuasa, reka bentuk dalaman, aplikasi dan kuasa. Selain itu, pemacu AC mungkin mempunyai berus khas. Mereka beroperasi pada voltan satu fasa, dua fasa atau tiga fasa, adalah udara atau cecair yang disejukkan. Formula kuasa motor AC

P=U x I, di mana P ialah kuasa, U ialah voltan, I ialah arus.

Pemacu tujuan umum dengan saiz dan cirinya digunakan dalam industri. Enjin terbesar dengan kapasiti lebih daripada 100 megawatt digunakan dalam loji janakuasa kapal, pemampat dan stesen pam. Saiz yang lebih kecil digunakan dalam perkakas rumah seperti pembersih vakum atau kipas.

Reka bentuk motor elektrik

Drive termasuk:

• Rotor.
• Pemegun.
• Bearing.
• Jurang udara.
• Menggulung.
• Tukar.

Rotor ialah satu-satunya bahagian pemacu yang bergerak yang berputar di sekitar paksinya sendiri. Arus yang melalui konduktormembentuk gangguan induktif dalam belitan. Medan magnet yang dihasilkan berinteraksi dengan magnet kekal stator, yang menggerakkan aci. Ia dikira mengikut formula kuasa motor elektrik mengikut arus, yang mana kecekapan dan faktor kuasa diambil, termasuk semua ciri dinamik aci.

Galas terletak pada aci pemutar dan menyumbang kepada putarannya di sekeliling paksinya. Bahagian luar mereka dilekatkan pada perumahan enjin. Aci melalui mereka dan keluar. Memandangkan beban melampaui kawasan kerja galas, ia dipanggil tergantung.

Stator ialah elemen tetap litar elektromagnet enjin. Mungkin termasuk penggulungan atau magnet kekal. Teras pemegun diperbuat daripada plat logam nipis, yang dipanggil pakej angker. Ia direka untuk mengurangkan kehilangan tenaga, yang sering berlaku dengan rod pepejal.

Jurang udara ialah jarak antara rotor dan stator. Jurang kecil adalah berkesan, kerana ia menjejaskan pekali rendah operasi motor elektrik. Arus magnetisasi bertambah dengan saiz jurang. Oleh itu, mereka sentiasa cuba untuk menjadikannya minimum, tetapi pada had yang munasabah. Jarak yang terlalu kecil menyebabkan geseran dan longgar elemen pengunci.

Belitan terdiri daripada wayar kuprum yang dipasang menjadi satu gegelung. Biasanya diletakkan di sekeliling teras bermagnet lembut, yang terdiri daripada beberapa lapisan logam. Gangguan medan aruhan berlaku pada masa iniarus yang melalui wayar belitan. Pada ketika ini, unit memasuki mod konfigurasi kutub eksplisit dan tersirat. Dalam kes pertama, medan magnet pemasangan mencipta penggulungan di sekeliling kepingan tiang. Dalam kes kedua, slot bahagian tiang pemutar tersebar dalam medan teragih. Motor kutub berlorek mempunyai belitan yang menyekat gangguan magnetik.

Suis digunakan untuk menukar voltan masukan. Ia terdiri daripada cincin kenalan yang terletak pada aci dan terpencil antara satu sama lain. Arus angker digunakan pada berus sentuhan komutator berputar, yang membawa kepada perubahan kekutuban dan menyebabkan pemutar berputar dari kutub ke kutub. Jika tiada voltan, motor berhenti berputar. Mesin moden dilengkapi dengan elektronik tambahan yang mengawal proses putaran.

Prinsip operasi

Menurut undang-undang Archimedes, arus dalam konduktor mencipta medan magnet di mana daya F1 bertindak. Jika bingkai logam dibuat daripada konduktor ini dan diletakkan di medan pada sudut 90°, maka tepi akan mengalami daya yang diarahkan ke arah yang bertentangan secara relatif antara satu sama lain. Mereka mencipta tork pada paksi, yang mula memutarnya. Gegelung angker memberikan kilasan yang berterusan. Medan dicipta oleh magnet elektrik atau kekal. Pilihan pertama dibuat dalam bentuk penggulungan gegelung pada teras keluli. Oleh itu, arus gelung menjana medan aruhan dalam belitan elektromagnet, yang menghasilkan elektromotifpaksa.

Mari kita pertimbangkan dengan lebih terperinci pengendalian motor tak segerak menggunakan contoh pemasangan dengan pemutar fasa. Mesin sedemikian beroperasi pada arus ulang alik dengan kelajuan angker yang tidak sama dengan denyutan medan magnet. Oleh itu, mereka juga dipanggil induktif. Rotor digerakkan oleh interaksi arus elektrik dalam gegelung dengan medan magnet.

Apabila tiada voltan dalam belitan tambahan, peranti berada dalam keadaan rehat. Sebaik sahaja arus elektrik muncul pada sentuhan pemegun, pemalar medan magnet di angkasa terbentuk dengan riak + F dan -F. Ia boleh diwakili sebagai formula berikut:

_pr=n_rev=f₁ × 60 ÷ p=n₁

di mana:

_pr - bilangan pusingan yang dibuat oleh medan magnet ke arah hadapan, rpm;

_rev - bilangan pusingan medan dalam arah bertentangan, rpm;

f₁ - kekerapan riak arus elektrik, Hz;

p - bilangan tiang;

₁ - jumlah RPM.

Mengalami denyutan medan magnet, pemutar menerima gerakan awal. Oleh kerana kesan aliran yang tidak seragam, ia akan menghasilkan tork. Menurut undang-undang aruhan, daya gerak elektrik terbentuk dalam belitan litar pintas, yang menghasilkan arus. Kekerapannya adalah berkadar dengan gelinciran pemutar. Disebabkan oleh interaksi arus elektrik dengan medan magnet, tork aci tercipta.

Terdapat tiga formula untuk pengiraan prestasikuasa motor elektrik tak segerak. Mengikut penggunaan anjakan fasa

S=P ÷ cos (alfa), di mana:

S ialah kuasa ketara yang diukur dalam Volt-Amps.

P - kuasa aktif dalam Watt.

alfa - anjakan fasa.

Kuasa penuh merujuk kepada penunjuk sebenar, dan kuasa aktif ialah yang dikira.

Jenis motor elektrik

Menurut sumber kuasa, pemacu dibahagikan kepada yang beroperasi daripada:

• DC.
• AC.

Mengikut prinsip operasi, mereka pula dibahagikan kepada:

• Pengumpul.
• Injap.
• Asynchronous.
• Segerak.

Motor bolong tidak tergolong dalam kelas yang berasingan, kerana perantinya ialah variasi pemacu pengumpul. Reka bentuk mereka termasuk penukar elektronik dan penderia kedudukan rotor. Biasanya mereka disepadukan bersama dengan papan kawalan. Atas perbelanjaan mereka, penukaran angker yang diselaraskan berlaku.

Motor segerak dan tak segerak berjalan secara eksklusif pada arus ulang alik. Putaran dikawal oleh elektronik yang canggih. Tak segerak dibahagikan kepada:

• Tiga fasa.
• Dua fasa.
• Fasa tunggal.

Formula teori untuk kuasa motor elektrik tiga fasa apabila disambungkan kepada bintang atau delta

P=3U_f I_f cos(alpha).

Walau bagaimanapun, untuk voltan dan arus linear ia kelihatan seperti ini

P=1, 73 × U_f × I_f × cos(alpha).

Ini akan menjadi penunjuk sebenar berapa banyak kuasaenjin diambil dari rangkaian.

Segerak dibahagikan kepada:

• Langkah.
• Hibrid.
• Induktor.
• Histeresis.
• Reaktif.

Motor stepper mempunyai magnet kekal dalam reka bentuknya, jadi ia tidak dikelaskan sebagai kategori berasingan. Operasi mekanisme dikawal menggunakan penukar frekuensi. Terdapat juga motor universal yang beroperasi pada AC dan DC.

Ciri umum enjin

Semua motor mempunyai parameter biasa yang digunakan dalam formula untuk menentukan kuasa motor elektrik. Berdasarkan mereka, anda boleh mengira sifat mesin. Dalam kesusasteraan yang berbeza, mereka mungkin dipanggil secara berbeza, tetapi mereka bermaksud perkara yang sama. Senarai parameter tersebut termasuk:

• Tork.
• Kuasa enjin.
• Kecekapan.
• Bilangan pusingan dinilai.
• Momen inersia pemutar.
• Voltan terkadar.
• Pemalar masa elektrik.

Parameter di atas adalah perlu, pertama sekali, untuk menentukan kecekapan pemasangan elektrik yang dikuasakan oleh daya mekanikal motor. Nilai yang dikira hanya memberikan gambaran anggaran ciri-ciri sebenar produk. Walau bagaimanapun, penunjuk ini sering digunakan dalam formula untuk kuasa motor elektrik. Dialah yang menentukan keberkesanan mesin.

Tork

Istilah ini mempunyai beberapa sinonim: momen daya, momen enjin, Tork, tork. Kesemuanya digunakan untuk menandakan satu penunjuk, walaupun dari sudut pandangan fizik, konsep ini tidak selalunya sama.

Untuk menyatukan terminologi, piawaian telah dibangunkan yang membawa segala-galanya kepada satu sistem. Oleh itu, dalam dokumentasi teknikal, frasa "torsi" sentiasa digunakan. Ia adalah kuantiti fizik vektor, yang sama dengan hasil darab nilai vektor daya dan jejari. Vektor jejari dilukis dari paksi putaran ke titik daya dikenakan. Dari sudut fizik, perbezaan antara tork dan momen putaran terletak pada titik penggunaan daya. Dalam kes pertama, ini adalah usaha dalaman, dalam kes kedua - yang luaran. Nilai diukur dalam meter newton. Walau bagaimanapun, formula kuasa motor menggunakan tork sebagai nilai asas.

Ia dikira sebagai

M=F × r di mana:

M - tork, Nm;

F - daya dikenakan, H;

r - jejari, m.

Untuk mengira tork terkadar penggerak, gunakan formula

Mnom=30R_nom ÷ pi × n_nom, di mana:

R_nom - kuasa undian motor elektrik, W;

n_nom - kelajuan nominal, min^-1.

Sehubungan itu, formula untuk kuasa undian motor elektrik sepatutnya kelihatan seperti ini:

Pnom=M_nom pin_nom / 30.

Biasanya, semua ciri ditunjukkan dalam spesifikasi. Tetapi ia berlaku bahawa anda perlu bekerja dengan pemasangan baru sepenuhnya,maklumat tentang yang sangat sukar dicari. Untuk mengira parameter teknikal peranti sedemikian, data analog mereka diambil. Juga, hanya ciri nominal yang sentiasa diketahui, yang diberikan dalam spesifikasi. Data sebenar mesti dikira sendiri.

Kuasa enjin

Dalam pengertian umum, parameter ini ialah kuantiti fizik skalar, yang dinyatakan dalam kadar penggunaan atau transformasi tenaga sistem. Ia menunjukkan berapa banyak kerja yang akan dilakukan oleh mekanisme dalam unit masa tertentu. Dalam kejuruteraan elektrik, ciri ini memaparkan kuasa mekanikal yang berguna pada aci pusat. Untuk menunjukkan penunjuk, huruf P atau W digunakan. Unit ukuran utama ialah Watt. Formula umum untuk mengira kuasa motor elektrik boleh diwakili sebagai:

P=dA ÷ dt di mana:

A - kerja mekanikal (berguna) (tenaga), J;

t - masa berlalu, saat

Kerja mekanikal juga merupakan kuantiti fizik skalar, dinyatakan melalui tindakan daya ke atas objek, dan bergantung pada arah dan sesaran objek ini. Ia adalah hasil darab vektor daya dan laluan:

dA=F × ds di mana:

s - jarak perjalanan, m.

Ia menyatakan jarak yang akan dilalui oleh titik daya yang dikenakan. Untuk pergerakan putaran, ia dinyatakan sebagai:

ds=r × d(teta), di mana:

teta - sudut putaran, rad.

Dengan cara ini anda boleh mengira kekerapan sudut putaran pemutar:

omega=d(teta) ÷ dt.

Daripadanya mengikut formula untuk kuasa motor elektrik pada aci: P \u003d M ×omega.

Kecekapan motor elektrik

Kecekapan ialah ciri yang menggambarkan kecekapan sistem apabila menukar tenaga kepada tenaga mekanikal. Ia dinyatakan sebagai nisbah tenaga berguna kepada tenaga yang dibelanjakan. Menurut sistem unit pengukuran bersatu, ia ditetapkan sebagai "eta" dan merupakan nilai tanpa dimensi, dikira sebagai peratusan. Formula untuk kecekapan motor elektrik dari segi kuasa:

eta=P₂ ÷ P₁ di mana:

P₁ - kuasa elektrik (bekalan), W;

P₂ - kuasa berguna (mekanikal), W;

Ia juga boleh dinyatakan sebagai:

eta=A ÷ Q × 100%, di mana:

A - kerja berguna, J;

Q - tenaga dibelanjakan, J.

Lazimnya pekali dikira menggunakan formula untuk penggunaan kuasa motor elektrik, kerana penunjuk ini sentiasa lebih mudah untuk diukur.

Penurunan kecekapan motor elektrik adalah disebabkan oleh:

• Kehilangan elektrik. Ini berlaku akibat pemanasan konduktor daripada laluan arus melaluinya.
• Kehilangan magnetik. Disebabkan kemagnetan berlebihan teras, histeresis dan arus pusar muncul, yang penting untuk diambil kira dalam formula kuasa motor.
• Kehilangan mekanikal. Ia berkaitan dengan geseran dan pengudaraan.
• Kerugian tambahan. Ia muncul disebabkan oleh harmonik medan magnet, kerana stator dan rotor bergigi. Juga dalam belitan terdapat harmonik daya magnetomotif yang lebih tinggi.

Perlu diingat bahawa kecekapan adalah salah satu komponen terpentingformula untuk mengira kuasa motor elektrik, kerana ia membolehkan anda mendapatkan nombor yang paling hampir dengan realiti. Secara purata, angka ini berbeza dari 10% hingga 99%. Ia bergantung pada reka bentuk mekanisme.

Bilangan pusingan dinilai

Satu lagi penunjuk utama ciri elektromekanikal enjin ialah kelajuan aci. Ia dinyatakan dalam pusingan seminit. Selalunya ia digunakan dalam formula kuasa motor pam untuk mengetahui prestasinya. Tetapi harus diingat bahawa penunjuk sentiasa berbeza untuk melahu dan bekerja di bawah beban. Penunjuk mewakili nilai fizikal yang sama dengan bilangan pusingan penuh untuk tempoh masa tertentu.

Formula pengiraan RPM:

n=30 × omega ÷ pi di mana:

n - kelajuan enjin, rpm.

Untuk mencari kuasa motor elektrik mengikut formula kelajuan aci, perlu membawanya ke pengiraan halaju sudut. Jadi P=M × omega akan kelihatan seperti ini:

P=M × (2pi × n ÷ 60)=M × (n ÷ 9, 55) dengan

t=60 saat.

Momen inersia

Penunjuk ini ialah kuantiti fizik skalar yang mencerminkan ukuran inersia gerakan putaran di sekeliling paksinya sendiri. Dalam kes ini, jisim badan ialah nilai inersia semasa gerakan translasi. Ciri utama parameter dinyatakan dengan taburan jisim badan, yang sama dengan hasil tambah hasil kuasa dua jarak dari paksi ke titik asas dan jisim objek. Dalam Sistem Unit Antarabangsaukuran ia dilambangkan sebagai kg m² dan telah dikira dengan formula:

J=∑ r² × dm di mana

J - momen inersia, kg m²;

m - jisim objek, kg.

Momen inersia dan daya dikaitkan dengan hubungan:

M - J × epsilon, di mana

epsilon - pecutan sudut, s^-2.

Penunjuk dikira sebagai:

epsilon=d(omega) × dt.

Oleh itu, mengetahui jisim dan jejari pemutar, anda boleh mengira parameter prestasi mekanisme. Formula kuasa motor merangkumi semua ciri ini.

Voltan terkadar

Ia juga dipanggil nominal. Ia mewakili voltan asas, diwakili oleh set voltan standard, yang ditentukan oleh tahap penebat peralatan elektrik dan rangkaian. Pada hakikatnya, ia mungkin berbeza pada titik peralatan yang berbeza, tetapi tidak boleh melebihi keadaan operasi maksimum yang dibenarkan, yang direka untuk operasi berterusan mekanisme.

Untuk pemasangan konvensional, voltan terkadar difahami sebagai nilai terkira yang disediakan oleh pemaju dalam operasi biasa. Senarai voltan rangkaian standard disediakan dalam GOST. Parameter ini sentiasa diterangkan dalam spesifikasi teknikal mekanisme. Untuk mengira prestasi, gunakan formula untuk kuasa motor elektrik mengikut arus:

P=U × I.

Pemalar masa elektrik

Mewakili masa yang diperlukan untuk mencapai tahap semasa sehingga 63% selepas memberi tenagabelitan memandu. Parameter ini disebabkan oleh proses sementara bagi ciri-ciri elektromekanikal, kerana ia sekejap disebabkan oleh rintangan aktif yang besar. Formula umum untuk mengira pemalar masa ialah:

t_e=L ÷ R.

Walau bagaimanapun, pemalar masa elektromekanikal t_m sentiasa lebih besar daripada pemalar masa elektromagnet t_e. pemutar memecut pada kelajuan sifar kepada kelajuan melahu maksimum. Dalam kes ini, persamaan mengambil bentuk

M=M_st + J × (d(omega) ÷ dt), di mana

M_st=0.

Dari sini kita mendapat formula:

M=J × (d(omega) ÷ dt).

Malah, pemalar masa elektromekanikal dikira daripada tork permulaan - M_p. Mekanisme yang beroperasi dalam keadaan ideal dengan ciri-ciri rectilinear akan mempunyai formula:

M=M_p × (1 - omega ÷ omega₀), di mana

omega₀ - kelajuan melahu.

Pengiraan sedemikian digunakan dalam formula kuasa motor pam apabila lejang omboh bergantung secara langsung pada kelajuan aci.

Formula asas untuk mengira kuasa enjin

Untuk mengira ciri sebenar mekanisme, anda sentiasa perlu mengambil kira banyak parameter. pertama sekali, anda perlu mengetahui arus yang dibekalkan kepada belitan motor: terus atau berselang-seli. Prinsip kerja mereka berbeza, oleh itu, kaedah pengiraan adalah berbeza. Jika paparan ringkas pengiraan kuasa pemacu kelihatan seperti ini:

P_el=U × Saya di mana

I - kekuatan semasa, A;

U - voltan, V;

P_el - kuasa elektrik yang dibekalkan. Sel.

Dalam formula kuasa motor AC, anjakan fasa (alfa) juga mesti diambil kira. Oleh itu, pengiraan untuk pemacu tak segerak kelihatan seperti:

P_el=U × I × cos(alfa).

Selain kuasa aktif (bekalan), terdapat juga:

• S - reaktif, VA. S=P ÷ cos(alfa).
• Q - penuh, VA. Q=I × U × sin(alfa).

Pengiraan juga perlu mengambil kira kerugian terma dan induktif, serta geseran. Oleh itu, model formula ringkas untuk motor DC kelihatan seperti ini:

P_el=Pmech + Rtep + Rind + Rtr, di mana

Рmeh - kuasa terjana yang berguna, W;

Rtep - kehilangan haba, W;

Kulit - kos cas dalam gegelung aruhan, W;

RT - kerugian akibat geseran, W.

Kesimpulan

Motor elektrik digunakan dalam hampir semua bidang kehidupan manusia: dalam kehidupan seharian, dalam pengeluaran. Untuk penggunaan pemacu yang betul, perlu mengetahui bukan sahaja ciri nominalnya, tetapi juga ciri sebenar. Ini akan meningkatkan kecekapannya dan mengurangkan kos.