Elektromechanikoje yra daug pavarų, kurios veikia esant pastovioms apkrovoms, nekeičiant sukimosi greičio. Jie naudojami pramoninėje ir buitinėje įrangoje, pavyzdžiui, ventiliatoriuose, kompresoriuose ir kt. Jei vardinės charakteristikos nežinomos, tada skaičiavimams naudojama elektros variklio galios formulė. Parametrų skaičiavimai ypač aktualūs naujiems ir mažai žinomiems diskams. Skaičiavimas atliekamas naudojant specialius koeficientus, taip pat remiantis sukaupta patirtimi naudojant panašius mechanizmus. Duomenys yra būtini norint tinkamai eksploatuoti elektros įrenginius.
Kas yra elektros variklis?
Elektros variklis yra įtaisas, kuris elektros energiją paverčia mechanine energija. Daugumos vienetų veikimas priklauso nuo magnetinės sąveikoslaukai su rotoriaus apvija, kuri išreiškiama jo sukimu. Jie veikia iš nuolatinės arba kintamosios srovės maitinimo š altinių. Maitinimo š altinis gali būti akumuliatorius, keitiklis arba maitinimo lizdas. Kai kuriais atvejais variklis veikia atvirkščiai, tai yra paverčia mechaninę energiją į elektros energiją. Tokie įrenginiai plačiai naudojami elektrinėse, maitinamose oro arba vandens srautu.
Elektriniai varikliai klasifikuojami pagal maitinimo š altinio tipą, vidinę konstrukciją, pritaikymą ir galią. Be to, kintamosios srovės diskai gali turėti specialius šepečius. Jie veikia vienfaze, dvifaze arba trifaze įtampa, yra aušinami oru arba skysčiu. Kintamosios srovės variklio galios formulė
P=U x I, kur P yra galia, U yra įtampa, I yra srovė.
Pramonėje naudojami bendrosios paskirties diskai su jų dydžiu ir charakteristikomis. Didžiausi varikliai, kurių galia viršija 100 megavatų, naudojami laivų elektrinėse, kompresorinėse ir siurblinėse. Mažesni dydžiai naudojami buitiniuose prietaisuose, pvz., dulkių siurbliuose ar ventiliatoriuose.
Elektro variklio konstrukcija
Diskas apima:
- Rotorius.
- Statorius.
- Guoliai.
- Oro tarpas.
- Apvija.
- Perjungti.
Rotorius yra vienintelė judanti pavaros dalis, kuri sukasi aplink savo ašį. Srovė, einanti per laidininkusformuoja indukcinį trikdymą apvijoje. Sukurtas magnetinis laukas sąveikauja su nuolatiniais statoriaus magnetais, todėl velenas pradeda judėti. Jie apskaičiuojami pagal elektros variklio galios pagal srovę formulę, kuriai imamas naudingumo koeficientas ir galios koeficientas, įskaitant visas veleno dinamines charakteristikas.
Guoliai yra ant rotoriaus veleno ir prisideda prie jo sukimosi aplink savo ašį. Išorinė dalis yra pritvirtinta prie variklio korpuso. Velenas praeina per juos ir išeina. Kadangi apkrova viršija guolių darbo sritį, ji vadinama iškyša.
Statorius yra fiksuotas variklio elektromagnetinės grandinės elementas. Gali būti apvijų arba nuolatinių magnetų. Statoriaus šerdis yra pagaminta iš plonų metalinių plokščių, kurios vadinamos armatūros paketu. Jis skirtas sumažinti energijos nuostolius, kurie dažnai nutinka naudojant tvirtus strypus.
Oro tarpas yra atstumas tarp rotoriaus ir statoriaus. Mažas tarpas yra efektyvus, nes jis turi įtakos mažam elektros variklio veikimo koeficientui. Įmagnetinimo srovė didėja didėjant tarpo dydžiui. Todėl jie visada stengiasi, kad tai būtų minimali, bet iki pagrįstų ribų. Per mažas atstumas sukelia trintį ir fiksavimo elementų atsipalaidavimą.
Apvija sudaryta iš varinės vielos, surinktos į vieną ritę. Paprastai klojama aplink minkštą įmagnetintą šerdį, susidedančią iš kelių metalo sluoksnių. Šiuo metu atsiranda indukcijos lauko trikdymassrovė, einanti per apvijų laidus. Šiuo metu įrenginys pereina aiškios ir numanomos polių konfigūracijos režimą. Pirmuoju atveju įrenginio magnetinis laukas sukuria apviją aplink poliaus gabalą. Antruoju atveju rotoriaus poliaus gabalo plyšiai yra išsklaidyti paskirstytame lauke. Tamsintas polių variklis turi apviją, kuri slopina magnetinius trikdžius.
Jungiklis naudojamas įvesties įtampai perjungti. Jį sudaro kontaktiniai žiedai, esantys ant veleno ir izoliuoti vienas nuo kito. Armatūros srovė nukreipiama į sukamojo komutatoriaus kontaktinius šepečius, dėl kurių pasikeičia poliškumas ir rotorius sukasi nuo poliaus iki poliaus. Jei nėra įtampos, variklis nustoja suktis. Šiuolaikinės mašinos aprūpintos papildoma elektronika, kuri valdo sukimosi procesą.
Veikimo principas
Pagal Archimedo dėsnį, srovė laidininke sukuria magnetinį lauką, kuriame veikia jėga F1. Jei iš šio laidininko pagamintas metalinis rėmas ir įdėtas į lauką 90° kampu, tada kraštai patirs jėgas, nukreiptas priešinga kryptimi vienas kito atžvilgiu. Jie sukuria sukimo momentą aplink ašį, kuri pradeda ją sukti. Armatūros ritės užtikrina nuolatinį sukimąsi. Lauką sukuria elektriniai arba nuolatiniai magnetai. Pirmasis variantas pagamintas kaip ritės apvija ant plieninės šerdies. Taigi, kilpos srovė elektromagneto apvijoje sukuria indukcinį lauką, kuris sukuria elektrovarąjėga.
Išsamiau apsvarstykime asinchroninių variklių veikimą, naudodamiesi įrenginių su faziniu rotoriumi pavyzdžiu. Tokios mašinos veikia kintama srove, kurios armatūros greitis nėra lygus magnetinio lauko pulsacijai. Todėl jie dar vadinami indukciniais. Rotorių varo ritėse esančios elektros srovės sąveika su magnetiniu lauku.
Kai pagalbinėje apvijoje nėra įtampos, prietaisas yra ramybės būsenoje. Kai tik ant statoriaus kontaktų atsiranda elektros srovė, erdvėje susidaro pastovus magnetinis laukas su + F ir -F bangavimu. Jį galima pavaizduoti pagal šią formulę:
pr=nrev=f1 × 60 ÷ p=n1
kur:
pr - apsisukimų skaičius, kurį magnetinis laukas daro į priekį, rpm;
rev - lauko apsisukimų skaičius priešinga kryptimi, rpm;
f1 – elektros srovės pulsacijos dažnis, Hz;
p - polių skaičius;
1 – bendras PTP.
Patirdamas magnetinio lauko pulsavimą, rotorius gauna pradinį judesį. Dėl nevienodo srauto poveikio jis sukurs sukimo momentą. Pagal indukcijos dėsnį trumpojo jungimo apvijoje susidaro elektrovaros jėga, kuri sukuria srovę. Jo dažnis yra proporcingas rotoriaus slydimui. Dėl elektros srovės sąveikos su magnetiniu lauku susidaro veleno sukimo momentas.
Yra trys našumo skaičiavimo formulėsasinchroninio elektros variklio galia. Fazės poslinkio naudojimas
S=P ÷ cos (alfa), kur:
S yra tariamoji galia, matuojama voltais amperais.
P – aktyvioji galia vatais.
alpha – fazės poslinkis.
Visa galia reiškia tikrąjį indikatorių, o aktyvioji galia yra apskaičiuota.
Elektros variklių tipai
Pagal maitinimo š altinį diskai skirstomi į veikiančius nuo:
- DC.
- AC.
Pagal veikimo principą jie savo ruožtu skirstomi į:
- Kolekcionierius.
- Valve.
- Asinchroninis.
- Sinchroninis.
Vendinimo varikliai nepriklauso atskirai klasei, nes jų įtaisas yra kolektoriaus pavaros variantas. Jų konstrukcijoje yra elektroninis keitiklis ir rotoriaus padėties jutiklis. Paprastai jie yra integruoti kartu su valdymo plokšte. Jų sąskaita vyksta koordinuotas armatūros perjungimas.
Sinchroniniai ir asinchroniniai varikliai veikia tik kintama srove. Sukimąsi valdo sudėtinga elektronika. Asinchroniniai skirstomi į:
- Trifazis.
- Dviejų fazių.
- Vienfazis.
Teorinė trifazio elektros variklio galios formulė prijungus prie žvaigždės arba trikampio
P=3Uf If cos(alpha).
Tačiau tiesinės įtampos ir srovės atveju tai atrodo taip
P=1, 73 × Uf × If × cos(alpha).
Tai bus tikras energijos kiekio rodiklisvariklis paima iš tinklo.
Sinchroninis suskirstytas į:
- Žingsnis.
- Hibridas.
- Induktorius.
- Histerezė.
- Reaktyvus.
Žingsninių variklių konstrukcijoje yra nuolatiniai magnetai, todėl jie nėra klasifikuojami kaip atskira kategorija. Mechanizmų veikimas valdomas naudojant dažnio keitiklius. Taip pat yra universalių variklių, veikiančių naudojant kintamąją ir nuolatinę srovę.
Bendrosios variklių charakteristikos
Visi varikliai turi bendrus parametrus, kurie naudojami elektros variklio galios nustatymo formulėje. Remdamiesi jais galite apskaičiuoti mašinos savybes. Skirtingoje literatūroje jie gali būti vadinami skirtingai, bet reiškia tą patį. Tokių parametrų sąraše yra:
- Sukimo momentas.
- Variklio galia.
- Efektyvumas.
- Vardinis apsisukimų skaičius.
- Rotoriaus inercijos momentas.
- Vardinė įtampa.
- Elektrinė laiko konstanta.
Aukščiau pateikti parametrai yra būtini, visų pirma, norint nustatyti elektros įrenginių, maitinamų mechanine variklių jėga, efektyvumą. Apskaičiuotos vertės suteikia tik apytikslį vaizdą apie faktines produkto savybes. Tačiau šie rodikliai dažnai naudojami elektros variklio galios formulėje. Tai ji lemia mašinų efektyvumą.
Sukimo momentas
Šis terminas turi keletą sinonimų: jėgos momentas, variklio momentas, sukimo momentas, sukimo momentas. Visi jie naudojami vienam rodikliui žymėti, nors fizikos požiūriu šios sąvokos ne visada tapačios.
Siekiant suvienodinti terminiją, buvo sukurti standartai, kurie viską sujungia į vieną sistemą. Todėl techninėje dokumentacijoje visada vartojama frazė „sukimo momentas“. Tai vektorinis fizinis dydis, lygus jėgos ir spindulio vektorinių reikšmių sandaugai. Spindulio vektorius brėžiamas nuo sukimosi ašies iki veikiančios jėgos taško. Fizikos požiūriu skirtumas tarp sukimo momento ir sukimosi momento yra jėgos taikymo taške. Pirmuoju atveju tai vidinės pastangos, antruoju – išorinės. Vertė matuojama niutonmetrais. Tačiau variklio galios formulėje kaip bazinė vertė naudojamas sukimo momentas.
Jis apskaičiuojamas kaip
M=F × r kur:
M – sukimo momentas, Nm;
F – taikoma jėga, H;
r – spindulys, m.
Norėdami apskaičiuoti pavaros mechanizmo vardinį sukimo momentą, naudokite formulę
Mnom=30Rnom ÷ pi × nnom, kur:
Rnom - vardinė elektros variklio galia, W;
nnom – vardinis greitis, min-1.
Atitinkamai, vardinės elektros variklio galios formulė turėtų atrodyti taip:
Pnom=Mnom pinnom / 30.
Paprastai visos charakteristikos yra nurodytos specifikacijoje. Bet būna, kad tenka dirbti su visiškai naujais įrenginiais,informacijos apie kurią labai sunku rasti. Tokių įrenginių techniniams parametrams apskaičiuoti imami jų analogų duomenys. Taip pat visada žinomos tik vardinės charakteristikos, kurios nurodytos specifikacijoje. Tikruosius duomenis turite apskaičiuoti patys.
Variklio galia
Bendrąja prasme šis parametras yra skaliarinis fizikinis dydis, kuris išreiškiamas sistemos energijos suvartojimo arba transformacijos greičiu. Tai rodo, kiek darbo mechanizmas atliks per tam tikrą laiko vienetą. Elektros inžinerijoje charakteristika rodo naudingą mechaninę galią ant centrinio veleno. Rodikliui nurodyti naudojama raidė P arba W. Pagrindinis matavimo vienetas yra vatai. Bendroji elektros variklio galios apskaičiavimo formulė gali būti pavaizduota taip:
P=dA ÷ dt kur:
A - mechaninis (naudingas) darbas (energija), J;
t – praėjęs laikas, sek.
Mechaninis darbas taip pat yra skaliarinis fizikinis dydis, išreiškiamas jėgos veikimu į objektą ir priklausomas nuo šio objekto krypties bei poslinkio. Tai jėgos vektoriaus ir kelio sandauga:
dA=F × ds kur:
s – nuvažiuotas atstumas, m.
Jis išreiškia atstumą, kurį įveiks jėgos taškas. Sukamiesiems judesiams jis išreiškiamas taip:
ds=r × d(teta), kur:
teta – sukimosi kampas, rad.
Šiuo būdu galite apskaičiuoti rotoriaus sukimosi kampinį dažnį:
omega=d(teta) ÷ dt.
Iš to seka veleno elektros variklio galios formulė: P \u003d M ×omega.
Elektros variklio efektyvumas
Efektyvumas – tai charakteristika, atspindinti sistemos efektyvumą paverčiant energiją mechanine energija. Jis išreiškiamas kaip naudingos energijos ir panaudotos energijos santykis. Pagal vieningą matavimo vienetų sistemą jis žymimas „eta“ir yra bematė vertė, apskaičiuojama procentais. Elektrinio variklio efektyvumo pagal galią formulė:
eta=P2 ÷ P1 kur:
P1 - elektros (maitinimo) galia, W;
P2 - naudinga (mechaninė) galia, W;
Tai taip pat gali būti išreikšta taip:
eta=A ÷ Q × 100%, kur:
A - naudingas darbas, J;
Q – išeikvota energija, J.
Dažniau koeficientas apskaičiuojamas naudojant elektros variklio energijos suvartojimo formulę, nes šiuos rodiklius visada lengviau išmatuoti.
Elektros variklio efektyvumo sumažėjimą lemia:
- Elektros nuostoliai. Taip nutinka dėl laidininkų įkaitimo, kai per juos praeina srovė.
- Magnetinis praradimas. Dėl per didelio šerdies įmagnetinimo atsiranda histerezė ir sūkurinės srovės, į kurias svarbu atsižvelgti variklio galios formulėje.
- Mechaninis praradimas. Jie susiję su trintimi ir ventiliacija.
- Papildomi nuostoliai. Jie atsiranda dėl magnetinio lauko harmonikų, nes statorius ir rotorius yra dantyti. Taip pat apvijoje yra didesnės magnetovaros jėgos harmonikos.
Pažymėtina, kad efektyvumas yra vienas iš svarbiausių komponentųelektros variklio galios skaičiavimo formules, nes tai leidžia gauti skaičius, kurie yra artimiausi realybei. Vidutiniškai šis skaičius svyruoja nuo 10% iki 99%. Tai priklauso nuo mechanizmo konstrukcijos.
Vardinis apsisukimų skaičius
Kitas pagrindinis variklio elektromechaninių charakteristikų rodiklis yra veleno greitis. Jis išreiškiamas apsisukimais per minutę. Dažnai jis naudojamas siurblio variklio galios formulėje, siekiant išsiaiškinti jo veikimą. Tačiau reikia atsiminti, kad tuščiosios eigos ir darbo esant apkrovai indikatorius visada skiriasi. Indikatorius rodo fizinę vertę, lygią visų apsisukimų skaičiui tam tikrą laikotarpį.
RPM skaičiavimo formulė:
n=30 × omega ÷ pi kur:
n – variklio greitis, aps./min.
Norint rasti elektros variklio galią pagal veleno sukimosi greičio formulę, reikia ją atvesti į kampinio greičio skaičiavimą. Taigi P=M × omega atrodytų taip:
P=M × (2 pi × n ÷ 60)=M × (n ÷ 9, 55) kur
t=60 sekundžių.
Inercijos momentas
Šis indikatorius yra skaliarinis fizinis dydis, atspindintis sukimosi judesio aplink savo ašį inercijos matą. Šiuo atveju kūno masė yra jo inercijos vertė transliacinio judėjimo metu. Pagrindinė parametro charakteristika išreiškiama kūno masių pasiskirstymu, kuris yra lygus atstumo nuo ašies iki bazinio taško kvadrato ir objekto masių sandaugų sumai Tarptautinėje vienetų sistemoje.matuojant jis žymimas kg m2 ir apskaičiuojamas pagal formulę:
J=∑ r2 × dm kur
J – inercijos momentas, kg m2;
m – objekto masė, kg.
Inercijos ir jėgų momentai yra susiję su ryšiu:
M – J × epsilonas, kur
epsilon – kampinis pagreitis, s-2.
Rodiklis apskaičiuojamas taip:
epsilon=d(omega) × dt.
Taigi, žinodami rotoriaus masę ir spindulį, galite apskaičiuoti mechanizmų veikimo parametrus. Variklio galios formulė apima visas šias charakteristikas.
Vardinė įtampa
Jis taip pat vadinamas vardiniu. Tai reiškia bazinę įtampą, kurią sudaro standartinis įtampų rinkinys, kuris nustatomas pagal elektros įrangos ir tinklo izoliacijos laipsnį. Realiai jis gali skirtis skirtinguose įrangos taškuose, tačiau neturi viršyti maksimalių leistinų veikimo sąlygų, skirtų nuolatiniam mechanizmų veikimui.
Įprastiniuose įrenginiuose vardinė įtampa suprantama kaip apskaičiuotos vertės, kurioms kūrėjas pateikia normaliai eksploatuojant. Standartinės tinklo įtampos sąrašas pateikiamas GOST. Šie parametrai visada aprašomi mechanizmų techninėse specifikacijose. Norėdami apskaičiuoti našumą, naudokite elektros variklio galios pagal srovę formulę:
P=U × I.
Elektrinė laiko konstanta
Nurodo laiką, reikalingą dabartiniam lygiui pasiekti iki 63 % įjunguspavaros apvijos. Parametras atsiranda dėl trumpalaikių elektromechaninių charakteristikų procesų, nes jie yra trumpalaikiai dėl didelės aktyviosios varžos. Bendroji laiko konstantos skaičiavimo formulė yra:
te=L ÷ R.
Tačiau elektromechaninė laiko konstanta tm visada yra didesnė už elektromagnetinę laiko konstantą te. rotorius įsibėgėja nuliniu greičiu iki didžiausio tuščiosios eigos greičio. Šiuo atveju lygtis yra
M=Mst + J × (d(omega) ÷ dt), kur
Mst=0.
Iš čia gauname formulę:
M=J × (d(omega) ÷ dt).
Tiesą sakant, elektromechaninė laiko konstanta apskaičiuojama pagal pradinį sukimo momentą - Mp. Idealiomis sąlygomis veikiantis mechanizmas su tiesiomis charakteristikomis turės formulę:
M=Mp × (1 - omega ÷ omega0), kur
omega0 - tuščiosios eigos greitis.
Tokie skaičiavimai naudojami siurblio variklio galios formulėje, kai stūmoklio eiga tiesiogiai priklauso nuo veleno greičio.
Pagrindinės variklio galios skaičiavimo formulės
Norėdami apskaičiuoti tikrąsias mechanizmų charakteristikas, visada turite atsižvelgti į daugybę parametrų. visų pirma reikia žinoti, kokia srovė tiekiama į variklio apvijas: tiesioginė ar kintamoji. Jų darbo principas skiriasi, todėl skiriasi ir skaičiavimo būdas. Jei supaprastintas pavaros galios skaičiavimo vaizdas atrodo taip:
Pel=U × I kur
I – srovės stiprumas, A;
U – įtampa, V;
Pel - tiekiama elektros energija. antradienis.
Kintamosios srovės variklio galios formulėje taip pat reikia atsižvelgti į fazės poslinkį (alfa). Atitinkamai, asinchroninio disko skaičiavimai atrodo taip:
Pel=U × I × cos(alpha).
Be aktyviojo (maitinimo) maitinimo, taip pat yra:
- S – reaktyvus, VA. S=P ÷ cos(alfa).
- Q – pilnas, VA. Q=I × U × sin(alfa).
Atliekant skaičiavimus taip pat reikia atsižvelgti į šiluminius ir indukcinius nuostolius, taip pat į trintį. Todėl supaprastintos nuolatinės srovės variklio formulės modelis atrodo taip:
Pel=Pmech + Rtep + Rind + Rtr, kur
Рmeh – naudinga generuojama galia, W;
Rtep – šilumos nuostoliai, W;
Rind – įkrovimo kaina indukcinėje ritėje, W;
RT – nuostoliai dėl trinties, W.
Išvada
Elektriniai varikliai naudojami beveik visose žmogaus gyvenimo srityse: kasdieniame gyvenime, gamyboje. Norint tinkamai naudoti pavarą, būtina žinoti ne tik jo vardines, bet ir tikrąsias charakteristikas. Tai padidins jo efektyvumą ir sumažins išlaidas.
