در الکترومکانیک، درایوهای زیادی وجود دارند که با بارهای ثابت بدون تغییر سرعت چرخش کار می کنند. آنها در تجهیزات صنعتی و خانگی مانند فن، کمپرسور و غیره استفاده می شوند. اگر مشخصات اسمی ناشناخته باشد، از فرمول قدرت موتور الکتریکی برای محاسبات استفاده می شود. محاسبات پارامتر به ویژه برای درایوهای جدید و کمتر شناخته شده مرتبط است. محاسبه با استفاده از ضرایب خاص و همچنین بر اساس تجربه انباشته شده با مکانیسم های مشابه انجام می شود. داده ها برای عملکرد صحیح تاسیسات الکتریکی ضروری است.
موتور الکتریکی چیست؟
موتور الکتریکی وسیله ای است که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند. عملکرد بیشتر واحدها به برهمکنش مغناطیسی بستگی داردزمینه هایی با سیم پیچ روتور، که در چرخش آن بیان می شود. آنها از منابع برق DC یا AC کار می کنند. منبع تغذیه می تواند یک باتری، یک اینورتر یا یک پریز برق باشد. در برخی موارد موتور به صورت معکوس کار می کند، یعنی انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. چنین تاسیساتی به طور گسترده در نیروگاه هایی که با جریان هوا یا آب تغذیه می شوند استفاده می شود.
موتورهای الکتریکی بر اساس نوع منبع تغذیه، طراحی داخلی، کاربرد و قدرت طبقه بندی می شوند. همچنین، درایوهای AC ممکن است برس های خاصی داشته باشند. آنها با ولتاژ تک فاز، دو فاز یا سه فاز کار می کنند، هوا یا مایع خنک می شوند. فرمول قدرت موتور AC
P=U x I،
جایی که P توان است، U ولتاژ، I جریان است.
درایوهای همه منظوره با اندازه و ویژگی هایشان در صنعت استفاده می شوند. بزرگترین موتورها با ظرفیت بیش از 100 مگاوات در نیروگاه های کشتی ها، کمپرسورها و ایستگاه های پمپاژ استفاده می شود. اندازه های کوچکتر در لوازم خانگی مانند جاروبرقی یا پنکه استفاده می شود.
طراحی موتور الکتریکی
Drive شامل:
- روتور.
- Stator.
- بلبرینگ.
- شکاف هوا.
- پیچ پیچ.
- سوئیچ.
روتور تنها قسمت متحرک درایو است که حول محور خود می چرخد. جریان عبوری از هادی هایک اختلال القایی در سیم پیچ ایجاد می کند. میدان مغناطیسی تولید شده با آهنرباهای دائمی استاتور در تعامل است که شفت را به حرکت در می آورد. آنها بر اساس فرمول قدرت موتور الکتریکی بر اساس جریان محاسبه می شوند که بازده و ضریب توان شامل تمام مشخصات دینامیکی شفت در نظر گرفته شده است.
بلبرینگ ها روی شفت روتور قرار دارند و به چرخش آن حول محور آن کمک می کنند. قسمت بیرونی آنها به محفظه موتور متصل می شوند. شفت از آنها عبور می کند و خارج می شود. از آنجایی که بار از ناحیه کار بلبرینگ ها فراتر می رود، به آن overhanging می گویند.
استاتور عنصر ثابت مدار الکترومغناطیسی موتور است. ممکن است شامل آهنرباهای سیم پیچ یا دائمی باشد. هسته استاتور از صفحات فلزی نازک ساخته شده است که به آن بسته آرمیچر می گویند. این برای کاهش اتلاف انرژی طراحی شده است، که اغلب با میله های جامد اتفاق می افتد.
فاصله هوا فاصله بین روتور و استاتور است. یک شکاف کوچک موثر است، زیرا بر ضریب عملکرد پایین موتور الکتریکی تأثیر می گذارد. جریان مغناطیسی با اندازه شکاف افزایش می یابد. بنابراین، آنها همیشه سعی می کنند آن را حداقل، اما در حد معقول قرار دهند. فاصله خیلی کم باعث اصطکاک و شل شدن عناصر قفل می شود.
سیم پیچ از سیم مسی تشکیل شده است که در یک سیم پیچ جمع شده است. معمولاً در اطراف یک هسته مغناطیسی نرم قرار می گیرد که از چندین لایه فلز تشکیل شده است. آشفتگی میدان القایی در لحظه رخ می دهدجریان عبوری از سیم های سیم پیچ در این مرحله، واحد وارد حالت پیکربندی قطب صریح و ضمنی می شود. در حالت اول، میدان مغناطیسی تاسیسات یک سیم پیچی در اطراف قطعه قطب ایجاد می کند. در حالت دوم، شکاف های قطعه قطب روتور در میدان توزیع شده پراکنده می شوند. موتور قطب سایه دار دارای سیم پیچی است که اختلالات مغناطیسی را سرکوب می کند.
سوئیچ برای تغییر ولتاژ ورودی استفاده می شود. این شامل حلقه های تماسی است که روی شفت قرار گرفته و از یکدیگر جدا شده اند. جریان آرمیچر به برس های تماس کموتاتور چرخشی اعمال می شود که منجر به تغییر قطبیت می شود و باعث چرخش روتور از قطبی به قطب دیگر می شود. در صورت عدم وجود ولتاژ، چرخش موتور متوقف می شود. ماشین‌های مدرن مجهز به وسایل الکترونیکی اضافی هستند که فرآیند چرخش را کنترل می‌کنند.
اصل عملیات
طبق قانون ارشمیدس، جریان در هادی میدان مغناطیسی ایجاد می کند که در آن نیروی F1 وارد می شود. اگر یک قاب فلزی از این رسانا ساخته شود و با زاویه 90 درجه در میدان قرار گیرد، لبه ها نیروهایی را در جهت مخالف نسبت به یکدیگر تجربه خواهند کرد. آنها یک گشتاور در اطراف محور ایجاد می کنند که شروع به چرخش آن می کند. سیم پیچ های آرمیچر پیچش ثابتی را ایجاد می کنند. میدان توسط آهنرباهای الکتریکی یا دائمی ایجاد می شود. گزینه اول به شکل سیم پیچ سیم پیچ روی یک هسته فولادی ساخته شده است. بنابراین، جریان حلقه یک میدان القایی در سیم‌پیچ آهنربای الکتریکی ایجاد می‌کند که یک موتور الکتریکی ایجاد می‌کند.نیرو.
اجازه دهید عملکرد موتورهای ناهمزمان را با استفاده از مثال نصب با روتور فاز با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم. چنین ماشین هایی با جریان متناوب با سرعت آرمیچر که با ضربان میدان مغناطیسی برابر نیست کار می کنند. بنابراین به آنها استقرایی نیز می گویند. روتور توسط برهمکنش جریان الکتریکی در سیم پیچ ها با میدان مغناطیسی رانده می شود.
هنگامی که در سیم پیچ کمکی ولتاژ وجود ندارد، دستگاه در حالت استراحت است. به محض اینکه یک جریان الکتریکی روی کنتاکت های استاتور ظاهر می شود، یک میدان مغناطیسی ثابت در فضا با موجی از + F و -F تشکیل می شود. می توان آن را به صورت فرمول زیر نشان داد:
pr=nrev=f1 × 60 ÷ p=n1
where:
pr - تعداد دورهایی که میدان مغناطیسی در جهت جلو می دهد، دور در دقیقه؛
rev - تعداد چرخش میدان در جهت مخالف، دور در دقیقه؛
f1 - فرکانس موجی جریان الکتریکی، هرتز;
p - تعداد قطبها؛
1 - کل RPM.
با تجربه ضربان های میدان مغناطیسی، روتور حرکت اولیه را دریافت می کند. به دلیل تأثیر غیر یکنواخت جریان، گشتاور ایجاد می کند. بر اساس قانون القاء، در یک سیم پیچ اتصال کوتاه، یک نیروی الکتروموتور ایجاد می شود که جریان تولید می کند. فرکانس آن متناسب با لغزش روتور است. به دلیل برهمکنش جریان الکتریکی با میدان مغناطیسی، گشتاور شفت ایجاد می شود.
سه فرمول برای محاسبات عملکرد وجود داردقدرت یک موتور الکتریکی ناهمزمان با استفاده از تغییر فاز
S=P ÷ cos (آلفا)، که در آن:
S توان ظاهری اندازه گیری شده در ولت آمپر است.
P - توان فعال بر حسب وات.
آلفا - تغییر فاز.
توان کامل به نشانگر واقعی اشاره دارد و توان فعال همان محاسبه شده است.
انواع موتورهای الکتریکی
با توجه به منبع تغذیه، درایوها به موارد زیر تقسیم می شوند:
- DC.
- AC.
طبق اصل عملکرد، آنها به نوبه خود به:
تقسیم می شوند
- گردآورنده.
- دریچه.
- ناهمزمان.
- همگام.
موتورهای هواکش به کلاس جداگانه ای تعلق ندارند، زیرا دستگاه آنها نوعی درایو جمع کننده است. طراحی آنها شامل یک مبدل الکترونیکی و یک سنسور موقعیت روتور است. معمولاً آنها با برد کنترل یکپارچه می شوند. با هزینه آنها، تعویض هماهنگ آرمیچر اتفاق می افتد.
موتورهای سنکرون و ناهمزمان منحصراً با جریان متناوب کار می کنند. چرخش توسط وسایل الکترونیکی پیچیده کنترل می شود. ناهمزمان ها به موارد زیر تقسیم می شوند:
- سه فاز.
- دو فاز.
- تک فاز.
فرمول نظری قدرت موتور الکتریکی سه فاز هنگام اتصال به ستاره یا مثلث
P=3Uf If cos(alpha).
اما برای ولتاژ و جریان خطی به نظر می رسد
P=1، 73 × Uf × If × cos(آلفا).
این نشانگر واقعی میزان قدرت خواهد بودموتور از شبکه بلند می شود.
Synchronous به زیر تقسیم می شود:
- گام.
- Hybrid.
- Inductor.
- هیسترزیس.
- واکنشی.
موتورهای پله ای دارای آهنرباهای دائمی در طراحی خود هستند، بنابراین به عنوان یک دسته جداگانه طبقه بندی نمی شوند. عملکرد مکانیزم ها با استفاده از مبدل های فرکانس کنترل می شود. موتورهای جهانی نیز وجود دارند که در AC و DC کار می کنند.
ویژگی های کلی موتورها
همه موتورها پارامترهای مشترکی دارند که در فرمول تعیین توان موتور الکتریکی استفاده می شود. بر اساس آنها می توانید خواص دستگاه را محاسبه کنید. در ادبیات مختلف، ممکن است آنها را متفاوت نامید، اما معنی آنها یکسان است. لیست این پارامترها شامل:
- گشتاور.
- قدرت موتور.
- کارایی.
- تعداد دورهای رتبه‌بندی شده.
- ممان اینرسی روتور.
- ولتاژ نامی.
- ثابت زمانی الکتریکی.
پارامترهای فوق قبل از هر چیز برای تعیین راندمان تاسیسات الکتریکی که توسط نیروی مکانیکی موتورها تغذیه می شوند ضروری است. مقادیر محاسبه شده فقط یک ایده تقریبی از ویژگی های واقعی محصول می دهد. با این حال، این نشانگرها اغلب در فرمول قدرت موتور الکتریکی استفاده می شوند. این اوست که کارایی ماشین ها را تعیین می کند.
گشتاور
این اصطلاح چندین مترادف دارد: لحظه نیرو، گشتاور موتور، گشتاور، گشتاور.همه آنها برای نشان دادن یک شاخص استفاده می شوند، اگرچه از نظر فیزیک، این مفاهیم همیشه یکسان نیستند.
به منظور یکسان سازی اصطلاحات، استانداردهایی ایجاد شده اند که همه چیز را به یک سیستم واحد می رساند. بنابراین در مستندات فنی همیشه از عبارت تورک استفاده می شود. این یک کمیت فیزیکی برداری است که برابر با حاصل ضرب مقادیر بردار نیرو و شعاع است. بردار شعاع از محور چرخش تا نقطه نیروی اعمالی رسم می شود. از دیدگاه فیزیک، تفاوت بین گشتاور و گشتاور دورانی در نقطه اعمال نیرو نهفته است. در مورد اول، این یک تلاش داخلی است، در مورد دوم - یک تلاش خارجی. مقدار در نیوتن متر اندازه گیری می شود. با این حال، فرمول قدرت موتور از گشتاور به عنوان مقدار پایه استفاده می کند.
به صورت
محاسبه می شود
M=F × r جایی که:
M - گشتاور، نیوتن متر؛
F - نیروی اعمالی، H;
r - شعاع، m.
برای محاسبه گشتاور نامی محرک، از فرمول
استفاده کنید.
Mnom=30Rnom ÷ pi × nنام، جایی که:
Rnom - قدرت نامی موتور الکتریکی، W;
nنام - سرعت اسمی، حداقل-1.
بر این اساس، فرمول قدرت نامی موتور الکتریکی باید به این صورت باشد:
Pnom=Mnom پیnنام / 30.
معمولاً تمام مشخصات در مشخصات نشان داده شده است. اما این اتفاق می افتد که شما باید با نصب های کاملاً جدید کار کنید،اطلاعاتی که یافتن آن بسیار دشوار است. برای محاسبه پارامترهای فنی چنین دستگاه هایی، داده های آنالوگ آنها گرفته می شود. همچنین همیشه فقط مشخصات اسمی مشخص است که در مشخصات آورده شده است. داده های واقعی باید توسط خودتان محاسبه شود.
قدرت موتور
در یک مفهوم کلی، این پارامتر یک کمیت فیزیکی اسکالر است که در نرخ مصرف یا تبدیل انرژی سیستم بیان می شود. این نشان می دهد که مکانیسم چقدر کار را در یک واحد زمان مشخص انجام می دهد. در مهندسی برق، مشخصه قدرت مکانیکی مفید را در شفت مرکزی نشان می دهد. برای نشان دادن نشانگر از حرف P یا W استفاده می شود.واحد اصلی اندازه گیری وات است. فرمول کلی برای محاسبه توان یک موتور الکتریکی را می توان به صورت زیر نشان داد:
P=dA ÷ dt که در آن:
A - کار مکانیکی (مفید) (انرژی)، J;
t - زمان سپری شده، ثانیه.
کار مکانیکی نیز یک کمیت فیزیکی اسکالر است که با اعمال نیرو بر یک جسم و بسته به جهت و جابجایی این جسم بیان می شود. حاصل ضرب بردار نیرو و مسیر است:
dA=F × ds جایی که:
s - مسافت طی شده، m.
فاصله ای را بیان می کند که یک نقطه نیروی اعمالی بر آن غلبه خواهد کرد. برای حرکات چرخشی، به صورت:
بیان می شود
ds=r × d (تتا)، جایی که:
تتا - زاویه چرخش، راد.
به این ترتیب می توانید فرکانس زاویه ای چرخش روتور را محاسبه کنید:
امگا=d(teta) ÷ dt.
از آن فرمول قدرت موتور الکتریکی روی شفت به دست می آید: P \u003d M ×امگا.
کارایی موتور الکتریکی
کارایی مشخصه ای است که کارایی سیستم را هنگام تبدیل انرژی به انرژی مکانیکی منعکس می کند. به عنوان نسبت انرژی مفید به انرژی مصرف شده بیان می شود. طبق سیستم یکپارچه واحدهای اندازه گیری، به عنوان "eta" تعیین می شود و یک مقدار بدون بعد است که به صورت درصد محاسبه می شود. فرمول راندمان موتور الکتریکی از نظر توان:
eta=P2 ÷ P1 جایی که:
P1 - برق (منابع)، W;
P2 - قدرت مفید (مکانیکی)، W;
همچنین می تواند به صورت:
بیان شود
eta=A ÷ Q × 100%, جایی که:
A - کار مفید، J;
Q - انرژی مصرف شده، J.
اغلب ضریب با استفاده از فرمول مصرف انرژی یک موتور الکتریکی محاسبه می شود، زیرا اندازه گیری این شاخص ها همیشه آسان تر است.
کاهش راندمان موتور الکتریکی ناشی از:
- تلفات الکتریکی. این در نتیجه گرم شدن هادی ها از عبور جریان از آنها رخ می دهد.
- از دست دادن مغناطیسی. به دلیل مغناطش بیش از حد هسته، پسماند و جریان های گردابی ظاهر می شود که در نظر گرفتن فرمول قدرت موتور مهم است.
- ضایعات مکانیکی. آنها با اصطکاک و تهویه مرتبط هستند.
- زیان اضافی. آنها به دلیل هارمونیک میدان مغناطیسی ظاهر می شوند، زیرا استاتور و روتور دندانه دار هستند. همچنین در سیم پیچ هارمونیک های بیشتری از نیروی مغناطیسی وجود دارد.
لازم به ذکر است که راندمان یکی از مهمترین مولفه هاستفرمول های محاسبه قدرت موتور الکتریکی، زیرا به شما امکان می دهد اعدادی را بدست آورید که به واقعیت نزدیک هستند. به طور متوسط، این رقم از 10٪ تا 99٪ متغیر است. این به طراحی مکانیسم بستگی دارد.
تعداد دور رتبه‌ای
یکی دیگر از شاخص های کلیدی ویژگی های الکترومکانیکی موتور، سرعت شفت است. بر حسب دور در دقیقه بیان می شود. اغلب در فرمول قدرت موتور پمپ برای اطلاع از عملکرد آن استفاده می شود. اما باید به خاطر داشت که نشانگر برای بیکاری و کار تحت بار همیشه متفاوت است. این نشانگر یک مقدار فیزیکی برابر با تعداد دورهای کامل برای یک دوره زمانی معین را نشان می دهد.
فرمول محاسبه RPM:
n=30 × امگا ÷ پی جایی که:
n - دور موتور، دور در دقیقه.
برای یافتن توان موتور الکتریکی با توجه به فرمول سرعت شفت، باید آن را به محاسبه سرعت زاویه ای برسانیم. بنابراین P=M × امگا به این شکل خواهد بود:
P=M × (2pi × n ÷ 60)=M × (n ÷ 9, 55) که در آن
t=60 ثانیه.
لحظه اینرسی
این نشانگر یک کمیت فیزیکی اسکالر است که اندازه‌گیری از اینرسی حرکت چرخشی حول محور خودش را منعکس می‌کند. در این حالت، جرم جسم مقدار اینرسی آن در حین حرکت انتقالی است. مشخصه اصلی پارامتر با توزیع توده های بدن که برابر است با مجموع حاصل ضرب مجذور فاصله محور تا نقطه پایه و جرم جسم بیان می شود.در سیستم بین المللی واحدهااندازه گیری آن به عنوان کیلوگرم m2 نشان داده می شود و دارای با فرمول:
محاسبه می شود
J=∑ r2 × dm جایی که
J - ممان اینرسی، کیلوگرم m2;
m - جرم جسم، کیلوگرم.
گشتاورهای اینرسی و نیروها با رابطه:
مرتبط هستند
M - J × اپسیلون، جایی که
epsilon - شتاب زاویه ای، s-2.
شاخص به صورت:
محاسبه می شود
epsilon=d(امگا) × dt.
بنابراین، با دانستن جرم و شعاع روتور، می توانید پارامترهای عملکرد مکانیزم ها را محاسبه کنید. فرمول قدرت موتور شامل همه این ویژگی ها است.
ولتاژ نامی
به آن اسمی نیز می گویند. این نشان دهنده ولتاژ پایه است که با مجموعه استانداردی از ولتاژها نشان داده می شود که با درجه عایق بودن تجهیزات الکتریکی و شبکه تعیین می شود. در واقع، ممکن است در نقاط مختلف تجهیزات متفاوت باشد، اما نباید از حداکثر شرایط عملیاتی مجاز که برای عملکرد مداوم مکانیسم ها طراحی شده است تجاوز کند.
برای تاسیسات معمولی، ولتاژ نامی به عنوان مقادیر محاسبه شده ای است که توسط توسعه دهنده در عملکرد عادی ارائه می شود. لیست ولتاژ شبکه استاندارد در GOST ارائه شده است. این پارامترها همیشه در مشخصات فنی مکانیزم ها توضیح داده می شوند. برای محاسبه عملکرد، از فرمول قدرت موتور الکتریکی بر اساس جریان استفاده کنید:
P=U × I.
ثابت زمانی الکتریکی
نماینده زمان لازم برای رسیدن به سطح فعلی تا 63٪ پس از انرژی دادن بهسیم پیچ درایو این پارامتر به دلیل فرآیندهای گذرا ویژگی های الکترومکانیکی است، زیرا آنها به دلیل مقاومت فعال زیاد زودگذر هستند. فرمول کلی برای محاسبه ثابت زمانی است:
te=L ÷ R.
با این حال، ثابت زمانی الکترومکانیکی tm همیشه بزرگتر از ثابت زمانی الکترومغناطیسی te است. روتور با سرعت صفر شتاب می گیرد. به حداکثر سرعت بیکار در این حالت، معادله به شکل
است.
M=Mst + J × (d(امگا) ÷ dt)، جایی که
Mst=0.
از اینجا فرمول را دریافت می کنیم:
M=J × (d(امگا) ÷ dt).
در واقع، ثابت زمانی الکترومکانیکی از گشتاور شروع محاسبه می شود - Mp. مکانیزمی که تحت شرایط ایده آل با ویژگی های مستقیم خطی عمل می کند، فرمول زیر را دارد:
M=Mp × (1 - امگا ÷ امگا0)، جایی که
امگا0 - سرعت بیکار.
چنین محاسباتی در فرمول قدرت موتور پمپ زمانی استفاده می شود که حرکت پیستون مستقیماً به سرعت شفت بستگی دارد.
فرمول های اساسی برای محاسبه قدرت موتور
برای محاسبه ویژگی های واقعی مکانیسم ها، همیشه باید پارامترهای زیادی را در نظر بگیرید. اول از همه، شما باید بدانید که چه جریانی به سیم پیچ های موتور عرضه می شود: مستقیم یا متناوب. اصل کار آنها متفاوت است، بنابراین، روش محاسبه متفاوت است. اگر نمای ساده شده محاسبه توان درایو به این صورت باشد:
Pel=U × I جایی که
I - قدرت فعلی، A;
U - ولتاژ، V;
Pel - برق عرضه شده. سه شنبه
در فرمول قدرت موتور AC، تغییر فاز (آلفا) نیز باید در نظر گرفته شود. بر این اساس، محاسبات برای یک درایو ناهمزمان به نظر می رسد:
Pel=U × I × cos(alpha).
علاوه بر برق (تامین) فعال، همچنین وجود دارد:
- S - واکنشی، VA. S=P ÷ cos(alpha).
- Q - کامل، VA. Q=I × U × sin(alpha).
محاسبات همچنین باید تلفات حرارتی و القایی و همچنین اصطکاک را در نظر بگیرند. بنابراین، یک مدل فرمول ساده شده برای یک موتور DC به این صورت است:
Pel=Pmech + Rtep + Rind + Rtr، جایی که
Рmeh - توان تولید شده مفید، W;
Rtep - اتلاف حرارت، W;
Rind - هزینه شارژ در سیم پیچ القایی، W;
RT - ضرر ناشی از اصطکاک، W.
نتیجه گیری
موتورهای الکتریکی تقریباً در تمام زمینه های زندگی انسان استفاده می شوند: در زندگی روزمره، در تولید. برای استفاده صحیح از درایو، لازم است نه تنها مشخصات اسمی آن، بلکه مشخصات واقعی را نیز بدانید. این کار باعث افزایش کارایی و کاهش هزینه ها می شود.
