Kako odrediti snagu električnog motora i izračunati njegovu učinkovitost

Elektromotor je elektromehanički uređaj koji se temelji na elektromagnetizmu, što omogućuje pretvaranje električne energije, na primjer, u radnu ili mehaničku energiju. Ovaj je proces reverzibilan i može se koristiti za generiranje električne energije. Međutim, svi ti električni strojevi su reverzibilni i mogu biti "motor" ili "generator" u četiri kvadranta ravnine s okretnim momentom.

Rani razvoj

U 1821, nakon otkrića priključkom za struju i magnetizam, danskog kemičara danski fizičar, amper poučak i zakon Biot - Savartov zakonu, engleski fizičar Michael Faraday izgrađena dva uređaja, koju je nazvao „elektromagnetsko rotaciju”: kontinuirano kružno kretanje magnetske sile oko žice - je stvarna demonstracija prvog električnog motora.

Godine 1822. Peter Barlow je izgradio ono što se može smatrati prvim električnim motorom u povijesti: Barlowov kotač. Ovaj je uređaj jednostavan metalni disk, odrezan zvijezdom, čiji su krajevi uronjeni u čašu koja sadrži živu, pružajući trenutni protok. Međutim, stvara samo silu koja je sposobna zaokrenuti ga i spriječiti njezinu praktičnu primjenu.

Prvi eksperimentalni prekidač izumio je 1832. godine William Sturgeon. Prvi izravni strujni motor, proizveden u svrhu prodaje, izumio je Thomas Davenport 1834. godine i patentiran 1837. godine. Ovi motori nisu iskusili nikakav industrijski razvoj zbog visokih troškova baterija u to vrijeme.

Električni motor s DC

Komutirani DC uređaji imaju sklop rotirajućih namota koji su namotani oko armature postavljene na rotirajuću osovinu. Osovina također ima prekidač, dugotrajnu rotacijsku električnu sklopku koja periodički mijenja strujanje u namotima rotora kada se osovina rotira. Dakle, svaki motor DC mosta ima izmjeničnu struju koja prolazi kroz rotirajuće namote. Tekuća struja kroz jedan ili više parova četki koji se nose na četkicama komutatora za spajanje vanjskog izvora napajanja s rotirajućom armaturom.

Okretna armatura se sastoji od jednog ili više žičanih zavojnica namotanih oko laminirane feromagnetske jezgre. Tekućina iz kista protječe kroz komutator i jedan armaturni namot, što ga čini privremenim magnetom (elektromagnet). Magnetsko polje koje stvara sidro interakcije s stacionarnim magnetskim poljem koje je stvorio bilo PM ili drugi namotaj (poljski svitak), kao dio okvira motora.

Snaga između dva magnetska polja ima tendenciju da okreće osovinu motora. Prekidač prebacuje snagu na zavojnicu kada je rotor okretati držeći magnetskih polova ikada u potpunosti poklapa s magnetskim polovima polje statora, tako da se rotor nikad ne prestaje (poput magnetske igle), nego se okreće do moći.

Iako su većina prekidača cilindrični, neki od njih su ravni diskovi koji se sastoje od nekoliko segmenata (obično barem tri) koji su montirani na izolator.

Velika četka poželjno za veće područje za kontakt četke kako bi se povećala snaga motora, ali mala četka poželjno za male mase, kako bi se povećala brzina pri kojoj motor može raditi bez pretjeranog odskočiti i četkom iskrenja. Tvrđe opruge za četkice također se mogu koristiti za stvaranje određene mase četke pri velikim brzinama, ali na štetu velikih gubitaka zbog trenja i ubrzano trošenje četkice i komutatora. Dakle, DC motor dizajn podrazumijeva kompromis između izlazne snage, brzine i učinkovitosti / trošenja.

Dizajn motora s DC:

• Krug armature je namotan, nosi struju opterećenja koja može biti fiksni ili rotirajući dio motora ili generatora.
• Krug polja je skup namota koji stvaraju magnetsko polje, tako da elektromagnetska indukcija može postojati u električnim strojevima.
• Prebacivanje. Mehanička tehnika u kojoj se može postići ispravljanje, ili kao rezultat, može se dobiti izravna struja.

Postoje četiri glavne vrste DC motora:

1. Električni motor s namotom za pomicanje.
2. Električni motor izravne struje.
3. Kombinirani motor.
4. PM motor.

Osnovni pokazatelji proračuna

O tome kako znati snagu elektromotora u članku će se prikazati kasnije, u primjeru s izvornim podacima.

Dobar znanstveni projekt ne prestaje pri projektiranju napajanja. Vrlo je važno izračunati snagu motora i različite električne i mehaničke parametre vašeg stroja i izračunati motornu snagu pomoću nepoznatih vrijednosti i korisnih formula.

Za izračun električnog motora koristit ćemo Međunarodni sustav jedinica (SI). Ovo je moderni metarski sustav, službeno usvojen u elektrotehnici.

Jedan od najvažnijih zakona fizike temeljni je zakon Ohm. Navodi da je struja kroz vodič izravno proporcionalna primijenjenom naponu i izražava se kao:

I = V / R

gdje je I struja, u amperi (A);

V - naponski napon, u volti (V);

R je otpor, u ohmima (Ω).

Ova se formula može koristiti u mnogim slučajevima. Možete izračunati otpor vašeg motora mjerenjem potrošnje struje i primijenjenog napona. Za bilo koju otpornost (u motorima ovo je u osnovi otpornost na svitak), ova formula objašnjava da se struja može kontrolirati primjenom napona.

Potrošena električna snaga motora određena je sljedećom formulom:

Pin = I * V

gdje Pin je ulazna snaga izmjerena u W (W);

I je struja mjerena u amperu (A);

V je primijenjeni napon izmjeren u volti (V).

Kako znati izlazne snage

Motori trebaju izvesti neku vrstu posla i dvije važne vrijednosti koje određuju koliko je to moćan. Ovo je brzina i snaga motora. Izlazna mehanička snaga motora može se izračunati sljedećom formulom:

Pout = τ * ω

gdje je Pout izlazna snaga izmjerena u W (W);

τ je trenutak sile izmjerene u Newtonovim mjeračima (N • m);

ω je kutna brzina mjerena u radijanima po sekundi (rad / s).

Lako je izračunati kutnu brzinu ako znate brzinu rotacije motora u okr / minu:

ω = rpm * 2 * P / 60

gdje je ω kutna brzina (rad / s);

rpm - brzina rotacije u okretaja u minuti;

Π je matematička konstanta (3.14);

60 - broj sekundi u minuti.

Ako motor ima 100% učinkovitost, sva električna energija se pretvara u mehaničku energiju. Međutim, takvi motori ne postoje. Čak i preciznost mali industrijski motori imaju maksimalnu učinkovitost od 50 do 60%.

Mjerenje trenutka snage motora je težak zadatak. To zahtijeva posebnu skupu opremu. Ali to je moguće učiniti čak i posebnim informacijama i formulama.

Pokazatelji mehaničke učinkovitosti

Učinkovitost motora izračunava se kao mehanička izlazna snaga podijeljena s električnom ulaznom snagom:

E = Pout / pin

dakle,

Pout = Pin * E

nakon zamjene, dobivamo:

T * ω = I * V * E

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

i formula za izračun trenutka sile je:

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

Za određivanje snage motora potrebno je spojiti ga s opterećenjem, kako bi se stvorio trenutak sile. Izmjerite struju, napon i okretaj. Sada možete izračunati moment zakretnog momenta za ovo opterećenje pri toj brzini, uz pretpostavku da znate učinkovitost motora.

Procjena učinkovitosti od 15 posto je maksimalna učinkovitost motora, koja se događa samo u određenoj mjeri. Učinkovitost može biti bilo što između nula i maksimuma - u našem primjeru ispod 1000 okr./min može doći do neoptimalne brzine, tako da za izračune možete koristiti 10% učinkovitost (E = 0,1).

Primjer: brzina 1000 okretaja u minuti, napon 6 V i struja 220 mA (0,22 A):

T = (0.22 * 6 * 0.1 * 60) / (1000 x 2 * 3.14) = 0.00126 N • m

Kao rezultat toga, obično se izražava u milliNewtons pomnožen metru (mN • m). 1000 nm • m • m 1H, dakle izračunat moment 1,26 mN • m, može biti dalje pretvoren u (g-cm), množenjem rezultata sa 10.2 i. Zakretni moment iznosi 12,86 g / cm.

U ovom primjeru, ulazni snaga motora je 0.22 x A 6 V = 1,32 W, mehanički izlazna snaga je 1000 okr / min x 2 x 3,14 x 0,00126 m / • H 60 = 0.132 W.

Moment snage motora varira brzinom. Bez opterećenja, maksimalna brzina i nula okretnog momenta. Umetanje povećava mehaničku otpornost. Motor počinje trošiti više struje da prevlada ovaj otpor, a brzina se smanjuje. Kada se to dogodi, trenutak sile je maksimalan.

Koliko je točan izračun zakretnog momenta određuje se kako slijedi. Dok se napon, struja i brzina mogu točno izmjeriti, učinkovitost motora možda nije točna. To ovisi o točnosti vašeg montaže, položaju senzora, trenju, poravnavanju motora i osi generatora i tako dalje.

Brzina, zakretni moment, snaga i učinkovitost nisu stalne vrijednosti. Obično proizvođač daje sljedeće podatke u posebnim tablicama.

Linearni motori

Linearni motor je u biti asinkroni motor čija je rotor „ostvarenje”, tako da umjesto stvaranja rotacijske sile okretnog magnetskog polja, on generira linearne sile duž svoje duljine postavljanjem pristranost elektromagnetskom polju.

Akustična buka

Akustična buka i vibracije Elektromotori obično dolaze iz tri izvora:

• mehanički izvori (na primjer, zbog ležajeva);
• aerodinamički izvori (na primjer, zahvaljujući ventilatorima na osovini);
• magnetskim izvorima (na primjer, zbog magnetskih sila, poput Maxwellovih sila i magnetostrika koji djeluju na strukture statora i rotora).

Posljednji izvor, koji može biti odgovoran za buku električnih motora, zove se električno uzbuđeni akustični šum.