Ako zistiť výkon elektrického motora a vypočítať jeho účinnosť

Elektromotor je elektromechanické zariadenie založené na elektromagnetizme, ktoré umožňuje napríklad premenu elektrickej energie na pracovnú alebo mechanickú energiu. Tento proces je reverzibilný a môže sa použiť na výrobu elektriny. Avšak všetky tieto elektrické stroje sú reverzibilné a môžu byť "motorom" alebo "generátorom" v štyroch kvadrantoch roviny s krútiacim momentom.

Skorý vývoj

V roku 1821, po objavení pripojení elektriny a magnetizmu, dánsky chemik Oersted, Ampere veta a zákon Biot - Savartov zákon, anglický fyzik Michael Faraday postavená dve zariadenia, ktoré nazval "Elektromagnetická rotáciu": kontinuálne kruhový pohyb magnetickej sily okolo drôtu - je skutočná demonštrácia prvého elektrického motora.

V roku 1822 Peter Barlow postavil to, čo možno považovať za prvý elektromotor v histórii: koliesko Barlow. Toto zariadenie je jednoduchý kovový disk, rozrezaný hviezdou, ktorého konce sú ponorené do pohára obsahujúceho ortuť a poskytujú prúd toku. Vytvára však len silu, ktorá ho dokáže otáčať, čo bráni jeho praktickému použitiu.

Prvý experimentálne použitý prepínač bol vynašiel v roku 1832 William Sturgeon. Prvý motor s jednosmerným prúdom vyrobený na účely predaja bol vynašiel Thomas Davenport v roku 1834 a patentovaný v roku 1837. Tieto motory zatiaľ neprežili žiadny priemyselný vývoj kvôli vysokým nákladom na batérie.

Elektromotor s DC

Komutované DC zariadenie má sadu rotujúcich vinutí navinutých okolo kotvy namontovanej na rotačnom hriadeli. Hriadeľ má tiež vypínač, dlhodobý rotačný elektrický spínač, ktorý pravidelne mení tok prúdu v rotorových vinutíach pri otáčaní hriadeľa. Preto každý DC mostový motor má striedavý prúd prechádzajúci otáčavými vinutiami. Prúd preteká jednou alebo viacerými pármi kefiek, ktoré sa prenášajú na komutátorových kefkách na pripojenie externého zdroja energie k rotujúcej armatúre.

Rotačná kotva pozostáva z jednej alebo viacerých drôtových cievok navinutých okolo laminovaného feromagnetického jadra. Prúd zo štetca preteká komutátorom a jedným vinutím kotvy, čo z neho robí dočasný magnet (elektromagnet). Magnetické pole generované kotvou, interaguje s stacionárneho magnetického poľa generovaného PM, ďalšie vinutia (pole cievky), ako súčasť rámu motora.

Pevnosť medzi dvoma magnetickými poliami má tendenciu otáčať hriadeľ motora. Prepínač prepína napájanie cievky, keď sa rotor otáča držaním magnetické póly od niekedy úplne zhoduje s magnetickými pólmi poľa statora, takže rotor sa nikdy nezastaví (ako strelka kompasu), ale sa otáča až do sily.

Hoci väčšina prepínačov je valcovitá, niektoré z nich sú ploché disky pozostávajúce z niekoľkých segmentov (zvyčajne aspoň troch) namontovaných na izolátore.

Veľký kefa vhodné pre väčšie plochy kontaktných kief maximalizovať výkon motora, ale štetček žiaduce nízkou hmotnosťou s cieľom maximalizovať rýchlosť, pri ktorej môže motor pracovať bez nadmerného odraziť a štetcom iskrenie. Tuhšie pružiny pre kefy môže byť tiež použitý na vytvorenie daného množstva kief pri vyššej rýchlosti, ale na úkor veľkých strát v dôsledku trenia a zrýchlené opotrebovanie kefy a komutátora. Preto konštrukcia DC motora prináša kompromis medzi výstupným výkonom, rýchlosťou a účinnosťou / opotrebovaním.

Návrh motorov s DC:

• Obvod kotvy je vinutie, nesie zaťažovací prúd, ktorý môže byť pevnou alebo rotujúcou časťou motora alebo generátora.
• Pole obvodu je súbor vinutia, ktoré vytvárajú magnetické pole, takže elektromagnetická indukcia môže existovať v elektrických strojoch.
• Switching. Mechanická technika, pri ktorej možno dosiahnuť rektifikáciu, alebo v dôsledku toho možno získať jednosmerný prúd.

Existujú štyri hlavné typy jednosmerných motorov:

1. Elektrický motor so skratovým vinutím.
2. Elektromotor s jednosmerným prúdom.
3. Kombinovaný motor.
4. Motor PM.

Základné ukazovatele výpočtu

O tom, ako poznať výkon elektromotora v článku, sa zobrazí neskôr, v príklade s pôvodnými údajmi.

Dobrý vedecký projekt sa nezastaví pri navrhovaní napájacieho zariadenia. Je veľmi dôležité vypočítať výkon motora a rôzne elektrické a mechanické parametre vášho stroja a vypočítať vzorec energie motora pomocou neznámych hodnôt a užitočných vzorcov.

Na výpočet elektrického motora budeme používať Medzinárodný systém jednotiek (SI). Jedná sa o moderný metrický systém, oficiálne prijatý v elektrotechnike.

Jedným z najdôležitejších zákonov fyziky je základný zákon Ohm. Uvádza, že prúd cez vodič je priamo úmerný aplikovanému napätiu a je vyjadrený ako:

I = V / R

kde ja je prúd, v ampéroch (A);

V - aplikované napätie vo voltoch (V);

R je odpor v ohmoch (Ω).

Tento vzorec sa môže použiť v mnohých prípadoch. Môžete vypočítať odpor vášho motora meraním spotreby prúdu a použitého napätia. Pre daný odpor (v motoroch je to v podstate odpor odporu), tento vzorec vysvetľuje, že prúd môže byť riadený aplikovaným napätím.

Spotreba elektrického výkonu motora sa určuje podľa tohto vzorca:

Pin = I * V

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

I je prúd meraný v ampéroch (A);

V je aplikované napätie merané vo voltoch (V).

Ako poznať výstupný výkon

Motory majú robiť nejakú prácu a dve dôležité hodnoty, ktoré určujú, aký výkon je. Toto je rýchlosť a výkon motora. Výstupná mechanická sila motora sa môže vypočítať podľa tohto vzorca:

Pout = τ * ω

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

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

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

Je ľahké vypočítať uhlovú rýchlosť, ak poznáte rýchlosť otáčania motora v ot / min:

ω = ot / min * 2 * P / 60

kde ω je uhlová rýchlosť (rad / s);

otáčky za minútu - rýchlosť otáčania v otáčkach za minútu;

Π je matematická konštanta (3.14);

60 - počet sekúnd za minútu.

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

Meranie momentu výkonu motora je náročná úloha. To si vyžaduje špeciálne drahé zariadenia. Ale je to možné urobiť aj so špeciálnymi informáciami a receptami.

Indikátory mechanickej účinnosti

Účinnosť motora sa vypočíta ako mechanický výkon vydelený elektrickým vstupným výkonom:

E = Poutka / kolík

preto,

Pout = kolík * E

po nahradení získame:

T * ω = I * V * E

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

a vzorec na výpočet momentu sily je:

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

Na určenie výkonu motora je potrebné pripojiť ho k bremenu, aby sa vytvoril moment sily. Merajte prúd, napätie a otáčky. Teraz môžete vypočítať krútiaci moment tohto zaťaženia pri tejto rýchlosti za predpokladu, že poznáte účinnosť motora.

Odhadovaná 15-percentná účinnosť je maximálna účinnosť motora, ktorá sa vyskytuje len s určitou rýchlosťou. Účinnosť môže byť čokoľvek medzi nulou a maximom - v našom príklade pod 1000 otáčok za minútu môže byť neoptimálna rýchlosť, takže pri výpočtoch môžete použiť 10% účinnosť (E = 0,1).

Príklad: rýchlosť 1000 ot / min, napätie 6 V a prúd 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 dôsledku toho sa zvyčajne vyjadruje v tisícročiach vynásobených metrom (mN • m). 1000 mN • m • m 1 H, teda vypočíta krútiaci moment je 1,26 mN • m. To môže byť ďalej konvertovaný na (g-cm), výsledok sa vynásobí 10,2 a. Krútiaci moment je 12,86 g / cm.

V tomto príklade je vstupný výkon motora je 0,22 x A 6 = 1,32 W, mechanický výstupný výkon je 1000 ot / min x 2 x 3,14 x 0,00126 m • H / 60 = 0,132 w.

Krútiaci moment motora sa mení v závislosti od rýchlosti. Bez zaťaženia maximálna rýchlosť a nulový krútiaci moment. Zaťaženie dodáva mechanickú odolnosť. Motor začne spotrebovávať väčší prúd, aby tento odpor prekonal a rýchlosť klesla. Keď k tomu dôjde, moment sily je maximálny.

Ako presný je výpočet krútiaceho momentu, určuje sa takto. Napätie, prúd a rýchlosť sa môžu presne merať, účinnosť motora môže byť nesprávna. To závisí od presnosti montáže, polohy snímača, trenia, nastavenia 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 asynchrónny motor, ktorého rotor je "rozvinutie", tak, že namiesto vytvárania rotačné sily rotujúceho elektromagnetického poľa, vytvára lineárnu silu pozdĺž jeho dĺžky nastavením predpätia elektromagnetického poľa.

Akustický šum

Akustický hluk a vibrácie Elektromotory zvyčajne pochádzajú z troch zdrojov:

• mechanické zdroje (napríklad kvôli ložiskám);
• aerodynamické zdroje (napríklad vďaka ventilátorom nainštalovaným na hriadeli);
• magnetické zdroje (napríklad kvôli magnetickým silám, ako sú Maxwellove sily a magnetostrikcia pôsobiace na statorové a rotorové štruktúry).

Posledný zdroj, ktorý môže byť zodpovedný za hluk elektrických motorov, sa nazýva elektricky vzrušený akustický šum.