Was ist die Leistung eines Elektromotors und wie kann man sie bestimmen: Formeln und Beispiele

Ein Elektromotor ist ein elektromechanisches Gerät basierend auf Elektromagnetismus, mit dem Sie beispielsweise elektrische Energie in Arbeit umwandeln können oder mechanische Energie. Dieser Vorgang ist reversibel und kann zur Stromerzeugung genutzt werden. Alle diese elektrischen Maschinen sind jedoch reversibel und können in den vier Quadranten der Drehmomentebene ein "Motor" oder "Generator" sein.

Frühe Entwicklungen

Im Jahr 1821, nach der Entdeckung des Phänomens des Zusammenhangs zwischen Elektrizität und Magnetismus durch den dänischen Chemiker Oersted, baute der englische Physiker Michael Faraday den Satz von Ampere und das Gesetz von Biot-Savard zwei Geräte, die er "elektromagnetische Rotation" nannte: Die kontinuierliche kreisförmige Bewegung der Magnetkraft um den Draht ist eine tatsächliche Demonstration der ersten Elektromotor.

1822 baute Peter Barlow den ersten Elektromotor der Geschichte: das Barlow Wheel. Dieses Gerät ist eine einfache Metallscheibe, die in einen Stern geschnitten ist und deren Enden in einen Becher mit Quecksilber getaucht werden, um einen fließenden Strom zu erzeugen. Er erzeugt jedoch nur eine Kraft, die in der Lage ist, sie zu drehen, was ihren praktischen Gebrauch verhindert.

Der erste experimentell verwendete Schalter wurde 1832 von William Sturgeon erfunden. Der erste für kommerzielle Zwecke hergestellte Gleichstrommotor wurde 1834 von Thomas Davenport erfunden und 1837 patentiert. Diese Motoren haben aufgrund der damals hohen Batteriekosten keine industrielle Entwicklung erfahren.

Gleichspannungs Motor

Ein geschaltetes Gleichstromgerät weist einen Satz rotierender Wicklungen auf, die auf einen Anker gewickelt sind, der auf einer rotierenden Welle montiert ist. Die Welle hat auch einen Kommutator, einen permanenten elektrischen Drehschalter, der den Stromfluss in den Rotorwicklungen periodisch ändert, wenn sich die Welle dreht. Somit fließt bei jedem Gleichstrom-Brückenmotor ein Wechselstrom durch die rotierenden Wicklungen. Der Strom fließt durch ein oder mehrere am Schalter getragene Bürstenpaare; die Bürsten verbinden die externe Stromquelle mit dem rotierenden Anker.

Ein rotierender Anker besteht aus einer oder mehreren Drahtspulen, die um einen laminierten ferromagnetischen Kern gewickelt sind. Der Strom von der Bürste fließt durch den Kommutator und eine Ankerwicklung, wodurch sie zu einem temporären Magneten (Elektromagneten) wird. Das vom Anker erzeugte Magnetfeld interagiert mit dem stationären Magnetfeld, das entweder von der PM oder einer anderen Wicklung (Feldspule) als Teil des Motorgehäuses erzeugt wird.

Die Kraft zwischen den beiden Magnetfeldern neigt dazu, die Motorwelle zu drehen. Der Schalter schaltet den Strom zu den Spulen, wenn sich der Rotor dreht und verhindert, dass sich die Magnetpole jemals vollständig mit magnetische Pole des Statorfeldes, so dass der Rotor nie stehen bleibt (wie eine Kompassnadel), sondern sich dreht, während er ist Ernährung.

Während die meisten Schalter zylindrisch sind, sind einige flache Scheiben mit mehreren Segmenten (normalerweise mindestens drei), die auf einem Isolator montiert sind.

Größere Bürsten sind für eine größere Bürstenkontaktfläche wünschenswert, um die Motorleistung zu maximieren, aber kleinere Bürsten bei geringen Massen wünschenswert, um die Drehzahl zu maximieren, bei der der Motor ohne übermäßiges Ausfedern arbeiten kann und Funkenbürsten. Steifere Bürstenfedern können auch verwendet werden, um Bürsten einer bestimmten Masse mit einer höheren Geschwindigkeit zu erzeugen, jedoch auf Kosten höherer Reibungsverluste und Verschleiß an der beschleunigten Bürste und dem Kommutator. Daher beinhaltet die Konstruktion des Gleichstrommotors einen Kompromiss zwischen Leistungsabgabe, Drehzahl und Effizienz/Verschleiß.

Ausführung von Gleichstrommotoren:

• Der Ankerkreis ist eine Wicklung, er führt den Laststrom, der ein fester oder rotierender Teil des Motors oder Generators sein kann.
• Ein Feldkreis ist ein Satz von Wicklungen, die ein magnetisches Feld erzeugen, damit in elektrischen Maschinen elektromagnetische Induktion vorhanden sein kann.
• Kommutierung. Eine mechanische Technik, bei der eine Gleichrichtung oder ein Gleichstrom erzielt werden kann.

Es gibt vier Haupttypen von Gleichstrommotoren:

1. Elektromotor mit Nebenschluss.
2. Gleichstrom-Elektromotor.
3. Kombinierter Motor.
4. PM-Motor.

Grundlegende Berechnungsindikatoren

Wie Sie die Leistung des Elektromotors im Artikel herausfinden, wird später anhand eines Beispiels mit Ausgangsdaten gezeigt.

Ein gutes wissenschaftliches Projekt hört nicht damit auf, einen Energieapparat zu entwickeln. Es ist sehr wichtig, die Leistung des Elektromotors und die verschiedenen elektrischen und mechanischen Parameter zu berechnen. Ihr Gerät und berechnen Sie die Formel für die Leistung des Elektromotors mit unbekannten und nützlichen Werten Formeln.

Wir verwenden das Internationale Einheitensystem (SI), um den Motor zu berechnen. Dies ist das moderne metrische System, das offiziell in der Elektrotechnik übernommen wurde.

Eines der wichtigsten Gesetze der Physik ist das Ohmsche Grundgesetz. Er gibt an, dass der Strom durch einen Leiter direkt proportional zur angelegten Spannung ist und ausgedrückt wird als:

I = V / R

wobei I der Strom in Ampere (A) ist;

V die angelegte Spannung in Volt (V) ist;

R - Widerstand, in Ohm (Ω).

Diese Formel kann in vielen Situationen verwendet werden. Sie können den Widerstand Ihres Motors berechnen, indem Sie die Stromaufnahme und die angelegte Spannung messen. Für jeden gegebenen Widerstand (bei Motoren ist dies im Grunde der Spulenwiderstand) erklärt diese Formel, dass der Strom durch die angelegte Spannung gesteuert werden kann.

Die verbrauchte elektrische Leistung des Motors wird nach folgender Formel bestimmt:

Pin = ich * V

wobei Pin die Eingangsleistung ist, gemessen in Watt (W);

I ist der in Ampere (A) gemessene Strom;

V ist die angelegte Spannung, gemessen in Volt (V).

So ermitteln Sie die Ausgangsleistung

Die Motoren sollen einige Arbeit leisten, und es gibt zwei wichtige Werte, die bestimmen, wie leistungsstark sie ist. Dies ist die Drehzahl und die Drehkraft des Motors. Die mechanische Leistung des Motors lässt sich nach folgender Formel berechnen:

Schmollmund = τ * ω

wobei Pout die Ausgangsleistung ist, gemessen in Watt (W);

τ ist das Kraftmoment, gemessen in Newtonmeter (N • m);

ω ist die Winkelgeschwindigkeit, gemessen in Radiant pro Sekunde (rad / s).

Die Winkelgeschwindigkeit lässt sich leicht berechnen, wenn man die Motordrehzahl in U/min kennt:

ω = U/min * 2 * P / 60

wobei ω die Winkelgeschwindigkeit (rad / s) ist;

U/min - Drehzahl in Umdrehungen pro Minute;

П - mathematische Konstante (3.14);

60 ist die Anzahl der Sekunden in einer Minute.

Wenn der Motor einen Wirkungsgrad von 100 % hat, wird die gesamte elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt. Solche Motoren gibt es jedoch nicht. Selbst präzise kleine Industriemotoren haben einen maximalen Wirkungsgrad von 50-60%.

Das Drehmoment eines Motors zu messen ist eine Herausforderung. Dies erfordert eine spezielle teure Ausrüstung. Aber es ist möglich, es mit speziellen Informationen und Formeln selbst zu tun.

Mechanische Effizienzindikatoren

Der Motorwirkungsgrad wird als mechanische Leistung geteilt durch elektrische Leistung berechnet:

E = Schmollmund / Pin

somit,

Schmollmund = Stift * E

Nach der Substitution erhalten wir:

T * ω = I * V * E

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

und die Formel zur Berechnung des Kraftmoments lautet:

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

Um die Leistung des Motors zu bestimmen, muss dieser an die Last angeschlossen werden, um ein Drehmoment zu erzeugen. Strom, Spannung und Drehzahl messen. Jetzt können Sie das Kraftmoment für diese Last bei dieser Drehzahl berechnen, vorausgesetzt, Sie kennen den Wirkungsgrad des Motors.

Der geschätzte Wirkungsgrad von 15 Prozent stellt den maximalen Motorwirkungsgrad dar, der nur bei einer bestimmten Drehzahl auftritt. Der Wirkungsgrad kann zwischen null und maximal liegen; In unserem Beispiel kann es unter 1000 U/min zu einer suboptimalen Drehzahl kommen, daher können Sie für Berechnungen einen Wirkungsgrad von 10 % (E = 0,1) verwenden.

Beispiel: Drehzahl 1000 U/min, Spannung 6 V und Strom 220 mA (0,22 A):

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

Daher wird sie normalerweise in Millinewton mal Meter (mN • m) ausgedrückt. 1000 mN • m zu 1 N • m, das berechnete Drehmoment beträgt also 1,26 mN • m Es könnte weiter in (g-cm) umgerechnet werden, indem das Ergebnis mit 10,2 multipliziert wird, und. e. Das Drehmoment beträgt 12,86 g-cm.

In unserem Beispiel beträgt die Motoreingangsleistung 0,22 A x 6 V = 1,32 W, die mechanische Ausgangsleistung beträgt 1000 U/min x 2 x 3,14 x 0,00126 N • m / 60 = 0,132 W.

Das Drehmoment des Motors ändert sich mit der Drehzahl. Leerlaufdrehzahl und Nulldrehmoment. Die Belastung erhöht den mechanischen Widerstand. Der Motor beginnt, mehr Strom zu ziehen, um diesen Widerstand zu überwinden, und die Geschwindigkeit nimmt ab. Dabei ist das Kraftmoment maximal.

Wie genau die Berechnung des Drehmoments ist, wird wie folgt bestimmt. Spannung, Strom und Drehzahl können zwar genau gemessen werden, der Wirkungsgrad des Motors ist jedoch möglicherweise nicht korrekt. Es hängt von der Genauigkeit Ihrer Montage, Sensorposition, Reibung, Ausrichtung von Motoren und Generatorachsen usw. ab.

Drehzahl, Drehmoment, Leistung und Wirkungsgrad sind keine konstanten Werte. Üblicherweise stellt der Hersteller die folgenden Daten in speziellen Tabellen zur Verfügung.

Linearmotoren

Ein Linearmotor ist im Wesentlichen ein Induktionsmotor, dessen Rotor sich "abrollt", sodass er, anstatt zu erzeugen, Rotationskraft durch ein rotierendes elektromagnetisches Feld erzeugt es eine lineare Kraft entlang seiner Länge, indem ein elektromagnetisches Offset-Felder.

Akustische Geräusche

Akustische Geräusche und Vibrationen Elektromotoren entstehen normalerweise aus drei Quellen:

• mechanische Quellen (zum Beispiel von Lagern);
• aerodynamische Quellen (zum Beispiel dank der auf der Welle montierten Lüfter);
• magnetische Quellen (zum Beispiel aufgrund magnetischer Kräfte wie Maxwell-Kräfte und Magnetostriktion, die auf die Stator- und Rotorstrukturen wirken).

Die letzte Quelle, die für Motorgeräusche verantwortlich sein kann, wird elektrisch angeregtes akustisches Geräusch genannt.