Jak stanovit výkon elektromotoru a vypočítat jeho účinnost

Elektromotor je elektromechanické zařízení založené na elektromagnetismu, které umožňuje například přeměnu elektrické energie na pracovní nebo mechanickou energii. Tento proces je reverzibilní a může být použit k výrobě elektřiny. Nicméně všechny tyto elektrické stroje jsou reverzibilní a mohou být "motorem" nebo "generátorem" ve čtyřech kvadrantech roviny s točivým momentem.

Brzký vývoj

V roce 1821, po objevení připojení elektřiny a magnetismu, dánský chemik Oersted, Ampere věta a zákon Biot - Savartův zákon, anglický fyzik Michael Faraday postavena dvě zařízení, které nazval „elektromagnetickou rotaci“: kontinuální kruhový pohyb magnetické síly kolem drátu - je skutečná demonstrace prvního elektromotoru.

V roce 1822 postavil Peter Barlow to, co lze považovat za první elektromotor v historii: Barlowské kolo. Toto zařízení je jednoduchý kovový disk, řezaný hvězdou a jehož konce jsou ponořeny do pohárku obsahujícího rtuť, zajišťující proudový tok. Vytváří však pouze sílu schopnou ji otáčet, což brání jeho praktickému použití.

První experimentálně použitý přepínač byl vynalezen v roce 1832 Williamem Sturgeonem. První stejnosměrný motor vyrobený za účelem prodeje byl vynalezen v roce 1834 Thomasem Davenportem a patentován v roce 1837. Tyto motory nemají žádný průmyslový vývoj kvůli vysokým nákladům na baterie v té době.

Elektromotor s DC

Komutované DC zařízení má sadu rotujících vinutí navinutých kolem kotvy namontované na rotujícím hřídeli. Hřídel má také spínač, dlouhý rotační elektrický spínač, který pravidelně mění tok proudu ve vinutí rotoru, když se hřídel otáčí. Každý motor můstku stejnosměrného proudu má střídavý proud procházející rotujícími vinutími. Proud protéká jedním nebo více páry kartáčů, které jsou vedeny na komutátorových kartáčkách pro připojení externího zdroje energie k rotující armatuře.

Rotující kotva se skládá z jedné nebo více drátových svitků vinutých kolem laminovaného feromagnetického jádra. Proud z štětiny protéká komutátorem a jedním vinutím kotvy, což z něj dělá dočasný magnet (elektromagnet). Magnetické pole vytvořené kotvou interaguje se stacionárním magnetickým polem vytvořeným PM nebo jiným vinutím (cílovou cívkou) jako součást rámu motoru.

Pevnost mezi dvěma magnetickými polimi má tendenci otáčet hřídel motoru. Přepínač přepíná napájení cívky, když se rotor otáčí držením magnetické póly od někdy úplně shoduje s magnetickými póly pole statoru, takže rotor se nikdy nezastaví (jako střelka kompasu), nýbrž se otáčí až do síly.

Ačkoli většina přepínačů je válcová, některé jsou ploché disky sestávající z několika segmentů (obvykle nejméně tři) namontovaných na izolátoru.

Velký kartáč vhodné pro větší plochy kontaktních kartáčů maximalizovat výkon motoru, ale štěteček žádoucí nízkou hmotností s cílem maximalizovat rychlost, při které může motor pracovat bez nadměrného odrazit a štětcem jiskření. Tužší pružiny pro kartáče může být také použit k vytvoření daného množství kartáčů při vyšší rychlosti, ale na úkor velkých ztrát v důsledku tření a zrychlené opotřebení kartáče a komutátoru. Proto konstrukce stejnosměrného motoru znamená kompromis mezi výstupním výkonem, rychlostí a účinností / opotřebením.

Návrh motoru s DC:

• Obvod kotvy je vinutí, nese zátěžový proud, který může být pevnou nebo rotující částí motoru nebo generátoru.
• Obvod pole je sada vinutí, která vytváří magnetické pole, takže elektromagnetická indukce může existovat v elektrických strojích.
• Přepínání. Mechanická technika, při které lze dosáhnout rektifikace nebo v důsledku toho lze získat stejnosměrný proud.

Existují čtyři hlavní typy stejnosměrných motorů:

1. Elektrický motor se zkratovým vinutím.
2. Elektromotor stejnosměrného proudu.
3. Kombinovaný motor.
4. Motor PM.

Základní ukazatele výpočtu

Informace o tom, jak znát výkon elektromotoru v článku, se zobrazí v příkladu s původními údaji.

Dobrý vědecký projekt se nezastaví při navrhování napájecího zařízení. Je velmi důležité vypočítat výkon motoru a různé elektrické a mechanické parametry stroje a vypočítat vzorec motoru pomocí neznámých hodnot a užitečných vzorců.

Pro výpočet elektromotoru použijeme Mezinárodní systém jednotek (SI). Jedná se o moderní metrický systém, který byl oficiálně přijat v elektrotechnice.

Jedním z nejdůležitějších zákonů fyziky je základní zákon Ohm. Uvádí, že proud přes vodič je přímo úměrný aplikovanému napětí a je vyjádřen jako:

I = V / R

kde já je proud, v ampérech (A);

V - použité napětí, ve voltech (V);

R je odpor v ohmech (Ω).

Tento vzorec lze použít v mnoha případech. Můžete vypočítat odpor vašeho motoru měřením spotřebovaného proudu a použitého napětí. Pro daný odpor (v motorech to je v podstatě odpor odporu), tento vzorec vysvětluje, že proud může být řízen aplikovaným napětím.

Spotřebovaný elektrický výkon motoru je stanoven podle následujícího vzorce:

Pin = I * V

kde Pin je vstupní výkon měřený ve wattech (W);

I je proud měřený v ampérech (A);

V je aplikované napětí měřené ve voltech (V).

Jak znát výstupní výkon

Motory mají vykonávat určitou práci a dvě důležité hodnoty, které určují, jak moc je. To je rychlost a výkon motoru. Výstupní mechanický výkon motoru lze vypočítat podle následujícího vzorce:

Pout = τ * ω

kde Pout je výstupní výkon měřený ve wattech (W);

τ je moment síly měřený v Newtonových metrech (N • m);

ω je úhlová rychlost měřená v radiánech za sekundu (rad / s).

Je snadné vypočítat úhlovou rychlost, pokud znáte otáčky motoru v ot / min:

ω = ot / min * 2 * P / 60

kde ω je úhlová rychlost (rad / s);

otáčky za minutu - otáčky v otáčkách za minutu;

Π je matematická konstanta (3.14);

60 - počet sekund v minutě.

Pokud má motor 100% účinnost, veškerá elektrická energie se přemění na mechanickou energii. Takové motory však neexistují. I přesné malé průmyslové motory mají maximální účinnost 50-60%.

Měření momentu výkonu motoru je obtížné. To vyžaduje zvláštní drahé vybavení. Ale je možné to udělat i se speciálními informacemi a vzorci.

Indikátory mechanické účinnosti

Účinnost motoru se vypočítá jako mechanický výkon vydělený elektrickým příkonem:

E = Poutka / kolík

proto,

Pout = Pin * E

po nahrazení získáme:

T * ω = I * V * E

T * ot / min * 2 * P / 60 = I * V * E

a vzorec pro výpočet momentu síly je:

T = (I * V * E * 60) / (rpm * 2 * P)

Pro určení výkonu motoru je nutné jej připojit k zatížení, aby se vytvořil moment síly. Změřte proud, napětí a otáčky. Nyní můžete vypočítat točivý moment pro toto zatížení při této rychlosti za předpokladu, že znáte účinnost motoru.

Odhadovaná účinnost 15 procent je maximální účinnost motoru, která se vyskytuje pouze s určitou rychlostí. Účinnost může být cokoli mezi nulou a maximem - v našem příkladu pod 1000 ot / min může existovat neoptimální rychlost, takže pro výpočty můžete použít 10% účinnost (E = 0,1).

Příklad: otáčky 1000 ot / min, napětí 6 V a proud 220 mA (0,22 A):

T = (0,22 x 6 x 0,1 x 60) / (1000 x 2 x 3,14) = 0,00126 N • m

V důsledku toho se obvykle vyjadřuje v millennutech násobených metry (mN • m). 1000 mN • m v 1 N • m, proto vypočtený točivý moment je 1,26 mN • m. Mohl by se dále převést na (g-cm), násobit výsledek o 10,2 a. Krouticí moment je 12,86 g / cm.

V našem příkladu je vstupní výkon motoru 0,22 A x 6 V = 1,32 W, mechanický výstupní výkon je 1000 ot / min x 2 x 3,14 x 0,00126 N • m / 60 = 0,132 W.

Moment výkonu motoru se mění podle rychlosti. Maximální rychlost a nulový točivý moment bez zatížení. Zatížení přidává mechanickou odolnost. Motor začne spotřebovávat více proudu, aby překonal tento odpor a rychlost klesá. Když k tomu dojde, je moment síly maximální.

Jak přesný je výpočet točivého momentu, stanoví se následující. I přes přesné měření napětí, proudu a rychlosti může být účinnost motoru nesprávná. To závisí na přesnosti vaší montáže, poloze snímače, tření, zarovnání motorů a os generátoru atd.

Rychlost, točivý moment, výkon a účinnost nejsou konstantní hodnoty. Obvykle výrobce uvádí následující údaje do zvláštních tabulek.

Lineární motory

Lineární motor je v podstatě asynchronní motor, jehož rotor je „rozvinutí“, tak, že namísto vytváření rotační síly rotujícího elektromagnetického pole, vytváří lineární sílu podél jeho délky nastavením předpětí elektromagnetického pole.

Akustický zvuk

Akustický hluk a vibrace Elektromotory obvykle pocházejí ze tří zdrojů:

• mechanické zdroje (například z důvodu ložisek);
• aerodynamické zdroje (například díky ventilátorům instalovaným na hřídeli);
• magnetické zdroje (například kvůli magnetickým silám, jako jsou Maxwellovy síly a magnetostrikce působící na statorové a rotorové struktury).

Poslední zdroj, který může být odpovědný za hluk elektrických motorů, se nazývá elektricky vzrušený akustický šum.