In der Elektromechanik gibt es viele Antriebe, die mit konstanter Last arbeiten, ohne die Drehzahl zu ändern. Sie werden in Industrie- und Haush altsgeräten wie Ventilatoren, Kompressoren und anderen verwendet. Sind die Nennkennwerte nicht bekannt, wird mit der Formel für die Leistung des Elektromotors gerechnet. Parameterberechnungen sind besonders relevant für neue und wenig bekannte Antriebe. Die Berechnung erfolgt mit speziellen Koeffizienten sowie auf der Grundlage gesammelter Erfahrungen mit ähnlichen Mechanismen. Die Daten sind für den korrekten Betrieb elektrischer Anlagen unerlässlich.
Was ist ein Elektromotor?
Ein Elektromotor ist ein Gerät, das elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt. Der Betrieb der meisten Einheiten hängt von der Wechselwirkung des Magneten abFelder mit der Rotorwicklung, die sich in ihrer Drehung ausdrückt. Sie arbeiten mit Gleichstrom- oder Wechselstromquellen. Die Stromversorgung kann eine Batterie, ein Wechselrichter oder eine Steckdose sein. In einigen Fällen arbeitet der Motor umgekehrt, das heißt, er wandelt mechanische Energie in elektrische Energie um. Solche Installationen werden häufig in Kraftwerken eingesetzt, die mit Luft- oder Wasserstrom betrieben werden.
Elektromotoren werden nach der Art der Stromquelle, dem inneren Aufbau, der Anwendung und der Leistung klassifiziert. AC-Antriebe können auch spezielle Bürsten haben. Sie arbeiten mit einphasiger, zweiphasiger oder dreiphasiger Spannung, sind luft- oder flüssigkeitsgekühlt. Leistungsformel des Wechselstrommotors
P=U x I, wobei P die Leistung, U die Spannung und I der Strom ist.
Universalantriebe mit ihrer Größe und ihren Eigenschaften werden in der Industrie eingesetzt. Die größten Motoren mit einer Leistung von mehr als 100 Megawatt werden in Kraftwerken von Schiffen, Kompressor- und Pumpstationen eingesetzt. Kleinere Größen werden in Haush altsgeräten wie Staubsaugern oder Ventilatoren verwendet.
Design von Elektromotoren
Laufwerk beinh altet:
- Rotor.
- Stator.
- Lager.
- Luftsp alt.
- Wicklung.
- Sch alter.
Rotor ist das einzige bewegliche Teil des Antriebs, das sich um die eigene Achse dreht. Strom, der durch Leiter fließtbildet eine induktive Störung in der Wicklung. Das erzeugte Magnetfeld interagiert mit den Permanentmagneten des Stators, wodurch die Welle in Bewegung versetzt wird. Sie werden nach der Formel für die Leistung des Elektromotors nach Strom berechnet, für die der Wirkungsgrad und der Leistungsfaktor einschließlich aller dynamischen Eigenschaften der Welle genommen werden.
Lager befinden sich auf der Rotorwelle und tragen zu ihrer Drehung um ihre Achse bei. Mit dem äußeren Teil sind sie am Motorgehäuse befestigt. Die Welle geht durch sie hindurch und heraus. Da die Belastung über den Arbeitsbereich der Lager hinausgeht, spricht man von überhängend.
Der Stator ist ein fester Bestandteil des elektromagnetischen Kreises des Motors. Kann Wicklungs- oder Permanentmagnete enth alten. Der Statorkern besteht aus dünnen Metallplatten, die als Ankerpaket bezeichnet werden. Es wurde entwickelt, um den Energieverlust zu reduzieren, der häufig bei Vollstäben auftritt.
Luftsp alt ist der Abstand zwischen Rotor und Stator. Ein kleiner Sp alt ist effektiv, da er den niedrigen Betriebskoeffizienten des Elektromotors beeinflusst. Der Magnetisierungsstrom steigt mit der Sp altgröße. Daher versuchen sie immer, es minimal zu machen, aber in vernünftigen Grenzen. Ein zu geringer Abstand führt zu Reibung und Lösen der Verriegelungselemente.
Die Wicklung besteht aus Kupferdraht, der zu einer Spule zusammengefügt wird. Meist um einen weichmagnetisierten Kern gelegt, der aus mehreren Metallschichten besteht. Im Moment tritt die Störung des Induktionsfeldes aufStrom, der durch die Wicklungsdrähte fließt. An diesem Punkt tritt die Einheit in den expliziten und impliziten Polkonfigurationsmodus ein. Im ersten Fall erzeugt das Magnetfeld der Installation eine Wicklung um den Polschuh. Im zweiten Fall sind die Schlitze des Rotorpolschuhs im verteilten Feld verteilt. Der Sp altpolmotor hat eine Wicklung, die magnetische Störungen unterdrückt.
Der Sch alter dient zum Umsch alten der Eingangsspannung. Es besteht aus Kontaktringen, die auf der Welle angeordnet und gegeneinander isoliert sind. Der Ankerstrom wird an die Kontaktbürsten des Drehkommutators angelegt, was zu einem Polaritätswechsel führt und eine Drehung des Rotors von Pol zu Pol bewirkt. Wenn keine Spannung anliegt, hört der Motor auf zu drehen. Moderne Maschinen sind mit zusätzlicher Elektronik ausgestattet, die den Drehvorgang steuert.
Funktionsprinzip
Nach dem Gesetz von Archimedes erzeugt der Strom im Leiter ein Magnetfeld, in dem die Kraft F1 wirkt. Wird aus diesem Leiter ein Metallrahmen hergestellt und in einem Winkel von 90° im Feld platziert, so erfahren die Kanten gegenläufig zueinander gerichtete Kräfte. Sie erzeugen ein Drehmoment um die Achse, das sie zu drehen beginnt. Ankerspulen sorgen für eine konstante Torsion. Das Feld wird durch Elektro- oder Permanentmagnete erzeugt. Die erste Option besteht in Form einer Spulenwicklung auf einem Stahlkern. Somit erzeugt der Schleifenstrom ein Induktionsfeld in der Elektromagnetwicklung, das eine Elektromotorik erzeugterzwingen.
Betrachten wir den Betrieb von Asynchronmotoren am Beispiel von Anlagen mit Phasenrotor genauer. Solche Maschinen arbeiten mit Wechselstrom mit einer Ankergeschwindigkeit, die nicht gleich der Pulsation des Magnetfelds ist. Daher werden sie auch als induktiv bezeichnet. Der Rotor wird durch die Wechselwirkung des elektrischen Stroms in den Spulen mit dem Magnetfeld angetrieben.
Wenn an der Hilfswicklung keine Spannung anliegt, befindet sich das Gerät im Ruhezustand. Sobald an den Statorkontakten ein elektrischer Strom auftritt, bildet sich ein im Raum konstantes Magnetfeld mit einer Welligkeit von +F und -F. Es kann als folgende Formel dargestellt werden:
pr=nrev=f1 × 60 ÷ p=n1
wo:
pr - die Anzahl der Umdrehungen, die das Magnetfeld in Vorwärtsrichtung macht, rpm;
rev - Anzahl der Umdrehungen des Feldes in die entgegengesetzte Richtung, U/min;
f1 - Welligkeitsfrequenz des elektrischen Stroms, Hz;
p - Polzahl;
1 - Gesamtdrehzahl.
Durch Magnetfeldpulsationen erhält der Rotor eine anfängliche Bewegung. Durch den ungleichmäßigen Aufprall der Strömung entwickelt diese ein Drehmoment. Nach dem Induktionsgesetz entsteht in einer kurzgeschlossenen Wicklung eine elektromotorische Kraft, die einen Strom erzeugt. Seine Frequenz ist proportional zum Schlupf des Rotors. Durch die Wechselwirkung von elektrischem Strom mit einem Magnetfeld entsteht ein Wellendrehmoment.
Es gibt drei Formeln zur LeistungsberechnungLeistung eines asynchronen Elektromotors. Durch Phasenverschiebung use
S=P ÷ cos (alpha), wobei:
S ist die in Volt-Ampere gemessene Scheinleistung.
P - Wirkleistung in Watt.
alpha - Phasenverschiebung.
Die volle Leistung bezieht sich auf den tatsächlichen Indikator und die Wirkleistung auf die berechnete.
Arten von Elektromotoren
Nach der Stromquelle werden die Laufwerke in solche unterteilt, die betrieben werden von:
- DC.
- AC.
Nach dem Funktionsprinzip werden sie wiederum unterteilt in:
- Sammler.
- Ventil.
- Asynchron.
- Synchron.
Lüftermotoren gehören keiner eigenen Klasse an, da ihr Gerät eine Variante des Kollektorantriebs ist. Ihr Design umfasst einen elektronischen Wandler und einen Rotorpositionssensor. Normalerweise werden sie zusammen mit der Steuerplatine integriert. Auf deren Kosten erfolgt ein koordiniertes Sch alten des Ankers.
Synchron- und Asynchronmotoren werden ausschließlich mit Wechselstrom betrieben. Die Rotation wird durch eine ausgeklügelte Elektronik gesteuert. Asynchron werden unterteilt in:
- Dreiphasig.
- Zweiphasig.
- Einphasig.
Theoretische Formel für die Leistung eines dreiphasigen Elektromotors bei Anschluss an Stern oder Dreieck
P=3Uf If cos(alpha).
Für lineare Spannung und Stromstärke sieht es aber so aus
P=1, 73 × Uf × If × cos(alpha).
Dies wird ein echter Indikator dafür sein, wie viel Kraft vorhanden istdie Engine nimmt vom Netz ab.
Synchron unterteilt in:
- Schritt.
- Hybrid.
- Induktor.
- Hysterese.
- Reaktiv.
Schrittmotoren haben Permanentmagnete in ihrem Design, daher werden sie nicht als separate Kategorie eingestuft. Der Betrieb der Mechanismen wird über Frequenzumrichter gesteuert. Es gibt auch Universalmotoren, die mit Wechsel- und Gleichstrom betrieben werden.
Allgemeine Eigenschaften von Motoren
Alle Motoren haben gemeinsame Parameter, die in der Formel zur Bestimmung der Leistung eines Elektromotors verwendet werden. Anhand dieser können Sie die Eigenschaften der Maschine berechnen. In der Literatur werden sie zwar unterschiedlich bezeichnet, meinen aber dasselbe. Die Liste solcher Parameter umfasst:
- Drehmoment.
- Motorleistung.
- Effizienz.
- Nenndrehzahl.
- Trägheitsmoment des Rotors.
- Nennspannung.
- Elektrische Zeitkonstante.
Die oben genannten Parameter sind vor allem notwendig, um die Effizienz von elektrischen Anlagen zu bestimmen, die durch die mechanische Kraft von Motoren angetrieben werden. Berechnete Werte geben nur eine ungefähre Vorstellung von den tatsächlichen Eigenschaften des Produkts. Diese Indikatoren werden jedoch häufig in der Formel für die Leistung des Elektromotors verwendet. Sie bestimmt die Effektivität von Maschinen.
Drehmoment
Dieser Begriff hat mehrere Synonyme: Kraftmoment, Motormoment, Drehmoment, Drehmoment. Sie alle werden verwendet, um einen Indikator zu bezeichnen, obwohl diese Konzepte aus physikalischer Sicht nicht immer identisch sind.
Um die Terminologie zu vereinheitlichen, wurden Standards entwickelt, die alles in einem System zusammenbringen. In der technischen Dokumentation wird daher immer der Begriff „Drehmoment“verwendet. Es ist eine vektorielle physikalische Größe, die gleich dem Produkt der Vektorwerte von Kraft und Radius ist. Der Radiusvektor wird von der Drehachse zum Kraftangriffspunkt gezogen. Aus physikalischer Sicht liegt der Unterschied zwischen Drehmoment und Drehmoment im Angriffspunkt der Kraft. Im ersten Fall handelt es sich um eine interne Anstrengung, im zweiten um eine externe. Der Wert wird in Newtonmeter gemessen. Die Motorleistungsformel verwendet jedoch das Drehmoment als Basiswert.
Es wird berechnet als
M=F × r wobei:
M - Drehmoment, Nm;
F - angewandte Kraft, H;
r - Radius, m.
Um das Nenndrehmoment des Antriebs zu berechnen, verwenden Sie die Formel
Mnom=30Rnom ÷ pi × nnom, wobei:
Rnom - Nennleistung des Elektromotors, W;
nnom - Nenndrehzahl, min-1.
Die Formel für die Nennleistung des Elektromotors müsste demnach so aussehen:
Pnom=Mnom pinnom / 30.
Normalerweise sind alle Eigenschaften in der Spezifikation angegeben. Aber es kommt vor, dass man mit komplett neuen Installationen arbeiten muss,Informationen darüber sind sehr schwer zu finden. Zur Berechnung der technischen Parameter solcher Geräte werden die Daten ihrer Analoga herangezogen. Auch sind immer nur die Nennkennwerte bekannt, die in der Spezifikation angegeben sind. Echte Daten müssen selbst berechnet werden.
Motorleistung
Im allgemeinen Sinne ist dieser Parameter eine skalare physikalische Größe, die in der Verbrauchs- oder Umwandlungsrate der Energie des Systems ausgedrückt wird. Sie zeigt an, wie viel Arbeit der Mechanismus in einer bestimmten Zeiteinheit leisten wird. In der Elektrotechnik zeigt die Kennlinie die nutzbare mechanische Leistung an der Zentralwelle an. Zur Angabe des Indikators verwendet man den Buchstaben P oder W. Die Hauptmaßeinheit ist Watt. Die allgemeine Formel zur Berechnung der Leistung eines Elektromotors kann wie folgt dargestellt werden:
P=dA ÷ dt wobei:
A - mechanische (nützliche) Arbeit (Energie), J;
t - verstrichene Zeit, Sek.
Mechanische Arbeit ist ebenfalls eine skalare physikalische Größe, ausgedrückt durch die Einwirkung einer Kraft auf ein Objekt und abhängig von der Richtung und Verschiebung dieses Objekts. Sie ist das Produkt aus Kraftvektor und Weg:
dA=F × ds wobei:
s - zurückgelegte Distanz, m.
Es drückt die Distanz aus, die ein Punkt der ausgeübten Kraft überwindet. Bei Rotationsbewegungen wird es ausgedrückt als:
ds=r × d(teta), wobei:
teta - Rotationswinkel, rad.
So lässt sich die Kreisfrequenz des Rotors berechnen:
omega=d(teta) ÷ dt.
Daraus folgt die Formel für die Leistung des Elektromotors an der Welle: P \u003d M ×omega.
Effizienz des Elektromotors
Wirkungsgrad ist eine Eigenschaft, die den Wirkungsgrad des Systems bei der Umwandlung von Energie in mechanische Energie widerspiegelt. Sie wird als Verhältnis von Nutzenergie zu verbrauchter Energie ausgedrückt. Nach dem einheitlichen Maßsystem wird er mit „eta“bezeichnet und ist eine dimensionslose Größe, die in Prozent berechnet wird. Die Formel für den Wirkungsgrad eines Elektromotors in Bezug auf die Leistung:
eta=P2 ÷ P1 wobei:
P1 - elektrische (Versorgungs-)Leistung, W;
P2 - nutzbare (mechanische) Leistung, W;
Es kann auch ausgedrückt werden als:
eta=A ÷ Q × 100 %, wobei:
A - nützliche Arbeit, J;
Q - aufgewendete Energie, J.
Häufiger wird der Koeffizient anhand der Formel für den Stromverbrauch eines Elektromotors berechnet, da diese Indikatoren immer einfacher zu messen sind.
Die Abnahme des Wirkungsgrades des Elektromotors ist zurückzuführen auf:
- Elektrische Verluste. Dies geschieht als Folge der Erwärmung der Leiter durch Stromdurchgang.
- Magnetischer Verlust. Aufgrund einer übermäßigen Magnetisierung des Kerns treten Hysterese und Wirbelströme auf, die bei der Motorleistungsformel berücksichtigt werden müssen.
- Mechanischer Verlust. Sie hängen mit Reibung und Belüftung zusammen.
- Zusätzliche Verluste. Sie treten aufgrund der Oberwellen des Magnetfelds auf, da Stator und Rotor verzahnt sind. Auch in der Wicklung gibt es höhere Harmonische der Durchflutung.
Es ist zu beachten, dass Effizienz eine der wichtigsten Komponenten istFormeln zur Berechnung der Leistung eines Elektromotors, da Sie Zahlen erh alten, die der Realität am nächsten kommen. Im Durchschnitt variiert diese Zahl zwischen 10 % und 99 %. Es hängt von der Konstruktion des Mechanismus ab.
Nenndrehzahl
Ein weiterer wichtiger Indikator für die elektromechanischen Eigenschaften des Motors ist die Wellendrehzahl. Sie wird in Umdrehungen pro Minute angegeben. Oft wird es in der Leistungsformel des Pumpenmotors verwendet, um seine Leistung zu ermitteln. Es muss jedoch beachtet werden, dass die Anzeige für Leerlauf und Arbeiten unter Last immer unterschiedlich ist. Der Indikator stellt einen physikalischen Wert dar, der der Anzahl der vollen Umdrehungen für einen bestimmten Zeitraum entspricht.
RPM-Berechnungsformel:
n=30 × Omega ÷ pi wobei:
n - Motordrehzahl, U/min.
Um die Leistung des Elektromotors nach der Formel für die Drehzahl der Welle zu finden, muss diese zur Berechnung der Winkelgeschwindigkeit herangezogen werden. Also würde P=M × Omega so aussehen:
P=M × (2pi × n ÷ 60)=M × (n ÷ 9, 55) wobei
t=60 Sekunden.
Trägheitsmoment
Dieser Indikator ist eine skalare physikalische Größe, die ein Maß für die Trägheit der Rotationsbewegung um ihre eigene Achse widerspiegelt. In diesem Fall ist die Masse des Körpers der Wert seiner Trägheit während der Translationsbewegung. Das Hauptmerkmal des Parameters wird durch die Verteilung der Körpermassen ausgedrückt, die gleich der Summe der Produkte des Quadrats des Abstands von der Achse zum Basispunkt und der Masse des Objekts im Internationalen Einheitensystem istDie Messung wird als kg m2 bezeichnet und hat folgende Formel:
J=∑ r2 × dm wobei
J - Trägheitsmoment, kg m2;
m - Masse des Objekts, kg.
Trägheitsmomente und Kräfte stehen in Beziehung zu:
M - J × Epsilon, wobei
epsilon - Winkelbeschleunigung, s-2.
Der Indikator wird wie folgt berechnet:
epsilon=d(omega) × dt.
Wenn Sie also die Masse und den Radius des Rotors kennen, können Sie die Leistungsparameter von Mechanismen berechnen. Die Motorleistungsformel beinh altet all diese Eigenschaften.
Nennspannung
Es wird auch nominal genannt. Es stellt die Basisspannung dar, dargestellt durch einen Standardsatz von Spannungen, der durch den Isolationsgrad elektrischer Geräte und des Netzwerks bestimmt wird. Sie kann in der Realität an verschiedenen Stellen der Anlage abweichen, sollte aber die maximal zulässigen Betriebsbedingungen, ausgelegt für den Dauerbetrieb der Mechanismen, nicht überschreiten.
Bei konventionellen Installationen versteht man unter Nennspannung die berechneten Werte, für die sie vom Entwickler im Normalbetrieb bereitgestellt werden. Die Liste der Standardnetzspannung ist in GOST enth alten. Diese Parameter sind immer in den technischen Spezifikationen der Mechanismen beschrieben. Um die Leistung zu berechnen, verwenden Sie die Formel für die Leistung des Elektromotors nach Strom:
P=U × I.
Elektrische Zeitkonstante
Stellt die Zeit dar, die erforderlich ist, um den aktuellen Pegel von bis zu 63 % nach dem Einsch alten des zu erreichenAntriebswicklungen. Der Parameter ist auf transiente Prozesse elektromechanischer Eigenschaften zurückzuführen, da sie aufgrund des großen aktiven Widerstands flüchtig sind. Die allgemeine Formel zur Berechnung der Zeitkonstante lautet:
te=L ÷ R.
Die elektromechanische Zeitkonstante tm ist aber immer größer als die elektromagnetische Zeitkonstante te. der Rotor beschleunigt im Stillstand auf maximale Leerlaufdrehzahl. In diesem Fall hat die Gleichung die Form
M=Mst + J × (d(omega) ÷ dt), wobei
Mst=0.
Von hier erh alten wir die Formel:
M=J × (d(omega) ÷ dt).
Tatsächlich errechnet sich die elektromechanische Zeitkonstante aus dem Anlaufmoment - Mp. Ein Mechanismus, der unter idealen Bedingungen mit geradlinigen Eigenschaften arbeitet, hat die Formel:
M=Mp × (1 - omega ÷ omega0), wobei
omega0 - Leerlaufdrehzahl.
Solche Berechnungen werden in der Leistungsformel des Pumpenmotors verwendet, wenn der Kolbenhub direkt von der Wellendrehzahl abhängt.
Grundformeln zur Berechnung der Motorleistung
Um die wahren Eigenschaften von Mechanismen zu berechnen, müssen Sie immer viele Parameter berücksichtigen. Zunächst müssen Sie wissen, welcher Strom den Motorwicklungen zugeführt wird: direkt oder alternierend. Das Prinzip ihrer Arbeit ist anders, daher ist die Berechnungsmethode anders. Wenn die vereinfachte Ansicht der Antriebsleistungsberechnung so aussieht:
Pel=U × I wobei
I - Stromstärke, A;
U - Spannung, V;
Pel - zugeführte elektrische Energie. Di.
In der Leistungsformel des Wechselstrommotors muss auch die Phasenverschiebung (Alpha) berücksichtigt werden. Dementsprechend sehen die Berechnungen für einen asynchronen Antrieb so aus:
Pel=U × I × cos(alpha).
Zusätzlich zur Wirk-(Versorgungs-)Leistung gibt es noch:
- S - reaktiv, VA. S=P ÷ cos(alpha).
- Q - voll, VA. Q=I × U × sin(alpha).
Die Berechnungen müssen auch thermische und induktive Verluste sowie Reibung berücksichtigen. Daher sieht ein vereinfachtes Formelmodell für einen Gleichstrommotor so aus:
Pel=Pmech + Rtep + Rind + Rtr, wobei
Рmeh - nutzbare erzeugte Leistung, W;
Rtep - Wärmeverlust, W;
Rind - Ladekosten in der Induktionsspule, W;
RT - Reibungsverlust, W.
Schlussfolgerung
Elektromotoren kommen in fast allen Bereichen des menschlichen Lebens zum Einsatz: im Alltag, in der Produktion. Für die richtige Verwendung des Antriebs ist es notwendig, nicht nur seine nominellen, sondern auch die tatsächlichen Eigenschaften zu kennen. Dadurch wird die Effizienz gesteigert und die Kosten gesenkt.
