Aký je výkon elektromotora a ako ho určiť: vzorce a príklady

Elektromotor je elektromechanické zariadenie založené na elektromagnetizmus, ktorý umožňuje premieňať elektrickú energiu napríklad na prácu resp mechanická energia. Tento proces je reverzibilný a možno ho použiť na výrobu elektriny. Všetky tieto elektrické stroje sú však reverzibilné a môžu byť „motorom“ alebo „generátorom“ v štyroch kvadrantoch roviny krútiaceho momentu.

Skorý vývoj

V roku 1821, po objavení fenoménu spojenia elektriny a magnetizmu dánskym chemikom Oerstedom, Amperovej vety a Biot-Savardovho zákona zostrojil anglický fyzik Michael Faraday dve zariadenia, ktoré nazval „elektromagnetická rotácia“: nepretržitý kruhový pohyb magnetickej sily okolo drôtu je skutočnou ukážkou prvého elektrický motor.

V roku 1822 Peter Barlow zostrojil niečo, čo by sa dalo považovať za prvý elektromotor v histórii: Barlow Wheel. Toto zariadenie je jednoduchý kovový kotúč, vyrezaný do hviezdy, ktorého konce sú ponorené do pohára obsahujúceho ortuť, aby sa vytvoril tečúci prúd. Vytvára však iba silu schopnú ho otočiť, čím bráni jeho praktickému využitiu.

Prvý experimentálne použitý spínač vynašiel v roku 1832 William Sturgeon. Prvý jednosmerný motor vyrobený na komerčné účely vynašiel Thomas Davenport v roku 1834 a patentoval ho v roku 1837. Tieto motory nezaznamenali žiadny priemyselný rozvoj kvôli vtedajšej vysokej cene batérií.

DC motor

Spínaný jednosmerný prúd má súpravu rotujúcich vinutí navinutých na kotve namontovanej na rotujúcom hriadeli. Hriadeľ má tiež komutátor, trvalý otočný elektrický spínač, ktorý periodicky mení tok prúdu vo vinutí rotora, keď sa hriadeľ otáča. Každý jednosmerný mostíkový motor má teda striedavý prúd pretekajúci cez rotujúce vinutia. Prúd preteká jedným alebo viacerými pármi kefiek nesených na spínači; kefy spájajú externý zdroj energie s otočnou kotvou.

Rotačná kotva pozostáva z jednej alebo viacerých cievok drôtu navinutých okolo vrstveného feromagnetického jadra. Prúd z kefy preteká cez komutátor a jedno vinutie kotvy, čím sa stáva dočasným magnetom (elektromagnetom). Magnetické pole generované kotvou interaguje so stacionárnym magnetickým poľom generovaným buď PM alebo iným vinutím (cievkou poľa) ako súčasť rámu motora.

Sila medzi dvoma magnetickými poľami má tendenciu otáčať hriadeľ motora. Spínač prepína napájanie cievok, keď sa rotor otáča, čím sa magnetické póly nikdy úplne nezarovnajú magnetické póly statorového poľa, takže rotor sa nikdy nezastaví (ako strelka kompasu), ale skôr sa otáča, kým je výživa.

Zatiaľ čo väčšina spínačov je valcová, niektoré sú ploché disky s viacerými segmentmi (zvyčajne aspoň tromi) namontovanými na izolátore.

Väčšie kefy sú žiaduce pre väčšiu plochu kontaktu s kefou, aby sa maximalizoval výkon motora, ale menšie kefy žiaduce pre nízke hmotnosti, aby sa maximalizovala rýchlosť, pri ktorej môže motor pracovať bez nadmerného odskoku a iskriace kefy. Tuhšie kefové pružiny možno použiť aj na generovanie kief danej hmotnosti pri vyššej rýchlosti, ale na úkor vyšších strát trením a opotrebovania zrýchlenej kefy a komutátora. Preto konštrukcia jednosmerného motora zahŕňa kompromis medzi výkonom, rýchlosťou a účinnosťou / opotrebovaním.

Konštrukcia jednosmerných motorov:

• Obvod kotvy je vinutie, prenáša záťažový prúd, ktorý môže byť pevnou alebo rotujúcou časťou motora alebo generátora.
• Poľný obvod je súbor vinutí, ktoré vytvárajú magnetické pole, takže v elektrických strojoch môže existovať elektromagnetická indukcia.
• Komutácia. Mechanická technika, pri ktorej možno dosiahnuť nápravu alebo pri ktorej možno získať jednosmerný prúd.

Existujú štyri hlavné typy jednosmerných motorov:

1. Navinutý elektromotor.
2. Jednosmerný elektromotor.
3. Kombinovaný motor.
4. PM motor.

Základné ukazovatele výpočtu

Ako zistiť výkon elektromotora v článku sa ukáže neskôr na príklade s počiatočnými údajmi.

Dobrý vedecký projekt nekončí pri navrhovaní energetického zariadenia. Je veľmi dôležité vypočítať výkon elektromotora a rôzne elektrické a mechanické parametre. vaše zariadenie a vypočítajte vzorec pre výkon elektromotora pomocou neznámych a užitočných hodnôt vzorce.

Na výpočet motora použijeme medzinárodný systém jednotiek (SI). Toto je moderný metrický systém, oficiálne prijatý v elektrotechnike.

Jedným z najdôležitejších fyzikálnych zákonov je Ohmov základný zákon. Uvádza, že prúd cez vodič je priamo úmerný použitému napätiu a je vyjadrený ako:

I = V/R

kde I je prúd v ampéroch (A);

V je použité napätie vo voltoch (V);

R - odpor, v ohmoch (Ω).

Tento vzorec sa dá použiť v mnohých situáciách. Odpor vášho motora môžete vypočítať meraním odberu prúdu a použitého napätia. Pre akýkoľvek daný odpor (v motoroch je to v podstate odpor cievky) tento vzorec vysvetľuje, že prúd môže byť riadený aplikovaným napätím.

Spotrebovaný elektrický výkon motora je určený nasledujúcim vzorcom:

Pin = I * V

kde Pin je vstupný výkon meraný vo wattoch (W);

I je prúd meraný v ampéroch (A);

V je použité napätie merané vo voltoch (V).

Ako zistiť výstupný výkon

Motory majú robiť nejakú prácu a existujú dve dôležité hodnoty, ktoré určujú, aký je výkon. Toto je rýchlosť a sila otáčania motora. Mechanický výkon motora možno vypočítať pomocou nasledujúceho vzorca:

Pout = τ * ω

kde Pout je výstupný výkon meraný vo wattoch (W);

τ je moment sily meraný v newtonmetroch (N • m);

ω je uhlová rýchlosť meraná v radiánoch za sekundu (rad / s).

Je ľahké vypočítať uhlovú rýchlosť, ak poznáte otáčky motora v otáčkach za minútu:

ω = otáčky za minútu * 2 * P / 60

kde ω je uhlová rýchlosť (rad / s);

rpm - rýchlosť otáčania v otáčkach za minútu;

П - matematická konštanta (3.14);

60 je počet sekúnd za minútu.

Ak je motor 100% účinný, všetka elektrická energia sa premení na mechanickú energiu. Takéto motory však neexistujú. Dokonca aj presné malé priemyselné motory majú maximálnu účinnosť 50-60%.

Meranie krútiaceho momentu motora je náročné. To si vyžaduje špeciálne drahé vybavenie. Ale je možné to urobiť sami pomocou špeciálnych informácií a vzorcov.

Indikátory mechanickej účinnosti

Účinnosť motora sa vypočíta ako mechanický výkon delený elektrickým príkonom:

E = Pout / Pin

teda,

Pout = špendlík * E

po nahradeni dostaneme:

T * ω = I * V * E

T * otáčky za minútu * 2 * P / 60 = I * V * E

a vzorec na výpočet momentu sily bude:

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

Na určenie výkonu motora je potrebné ho pripojiť k záťaži, aby sa vytvoril krútiaci moment. Zmerajte prúd, napätie a otáčky. Teraz môžete vypočítať moment sily pre toto zaťaženie pri tejto rýchlosti, za predpokladu, že poznáte účinnosť motora.

Odhadovaná 15-percentná účinnosť predstavuje maximálnu účinnosť motora, ktorá sa vyskytuje iba pri určitej rýchlosti. Účinnosť môže byť čokoľvek medzi nulou a maximom; v našom príklade pod 1000 ot./min môžu byť otáčky suboptimálne, takže pre výpočty môžete použiť 10% účinnosť (E = 0,1).

Príklad: otáčky 1000 ot./min., napätie 6 V a prúd 220 mA (0,22 A):

T = (0,22 * 6 * 0,1 * 60) / (1 000 * 2 * 3,14) = 0,00126 N • m

V dôsledku toho sa zvyčajne vyjadruje v millinewtonoch krát metre (mN • m). 1000 mN • m na 1 N • m, takže vypočítaný krútiaci moment je 1,26 mN • m. e. Krútiaci moment je 12,86 g-cm.

V našom príklade je príkon motora 0,22 A x 6 V = 1,32 W, mechanický výstupný výkon je 1 000 ot./min. x 2 x 3,14 x 0,00126 N • m / 60 = 0,132 W.

Krútiaci moment motora sa mení s rýchlosťou. Maximálna rýchlosť bez zaťaženia a nulový krútiaci moment. Záťaž pridáva mechanickú odolnosť. Motor začne odoberať viac prúdu, aby prekonal tento odpor a rýchlosť sa zníži. Keď sa to stane, moment sily je maximálny.

Ako presný je výpočet krútiaceho momentu sa určí nasledovne. Zatiaľ čo napätie, prúd a rýchlosť je možné merať presne, účinnosť motora nemusí byť správna. Závisí to od presnosti vašej montáže, polohy snímača, trenia, súososti motorov a os generátora atď.

Rýchlosť, krútiaci moment, výkon a účinnosť nie sú konštantné hodnoty. Zvyčajne výrobca poskytuje nasledujúce údaje v špeciálnych tabuľkách.

Lineárne motory

Lineárny motor je v podstate indukčný motor, ktorého rotor sa „rozvinie“ tak, že namiesto toho vytvorí rotačná sila rotujúcim elektromagnetickým poľom, vytvára lineárnu silu po svojej dĺžke nastavením elektromagnetického ofsetové polia.

Akustický hluk

Akustický hluk a vibrácie Elektromotory zvyčajne vznikajú z troch zdrojov:

• mechanické zdroje (napríklad z ložísk);
• aerodynamické zdroje (napríklad vďaka ventilátorom namontovaným na hriadeli);
• magnetické zdroje (napríklad v dôsledku magnetických síl, ako sú Maxwellove sily a magnetostrikcia pôsobiace na konštrukcie statora a rotora).

Posledný zdroj, ktorý môže byť zodpovedný za hluk motora, sa nazýva elektricky excitovaný akustický hluk.