Как да определите мощността на електродвигателя и да изчислите нейната ефективност

Електрическият електродвигател е електромеханично устройство, базирано на електромагнетизма, което прави възможно превръщането на електрическата енергия, например, в работна или механична енергия. Този процес е обратим и може да се използва за генериране на електричество. Всички тези електрически машини обаче са обратими и могат да бъдат "двигател" или "генератор" в четири квадранта на равнина с въртящ момент.

Ранно развитие

През 1821, след откриването на връзката на електричеството и магнетизма, датския химик Оерстед, теорема на Ампер и закона на Био - Савар право, английски физик Майкъл Фарадей вградената две устройства, които той нарича "електромагнитна въртене": непрекъснато кръгово движение на магнитната сила около проводник - е действителното демонстрация на първия електродвигател.

През 1822 г. Питър Барлоу построява това, което може да се счита за първият електромотор в историята: колелото Barlow. Това устройство е обикновен метален диск, изрязан от звезда, и чиито краища са потопени в чаша, съдържаща живак, осигуряваща текущия поток. Тя обаче създава само сила, способна да я върти, предотвратявайки практическото й приложение.

Първият експериментално използван превключвател е изобретен през 1832 г. от Уилям Стърджън. Първият мотор с постоянен ток, произведен с цел продажба, е изобретен от Томас Дейвънпорт през 1834 г. и патентован през 1837 г. Тези двигатели не са имали никакво промишлено развитие поради високата цена на батериите по това време.

Електрически мотор с DC

Комутаторът DC има набор от въртящи се намотки, навити около арматура, монтирана на въртящ се вал. Валът има и превключвател - дългогодишен въртящ се електрически превключвател, който периодично променя текущия поток в намотките на ротора, когато валът се върти. По този начин всеки DC мостов мотор има променлив ток, преминаващ през въртящите се намотки. Токът протича през една или повече двойки четки, които се носят върху четките на комутатора, за да свържат външен източник на енергия към въртящата се арматура.

Ротационната арматура се състои от една или повече проводници, навити около ламинирано феромагнитно ядро. Токът от четката преминава през комутатора и една намотка на котвата, което я прави временния магнит (електромагнит). Магнитното поле, създадено от котвата, взаимодейства със стационарно магнитно поле, създадено от PM или от друга намотка, като част от рамката на двигателя.

Силата между две магнитни полета има тенденция да върти вала на мотора. Превключвателят се включва захранването на бобината, когато роторът се върти, като задържите магнитните полюси от всякога напълно съвпада с магнитните полюси на полето на статора, така че роторът никога не спира (като стрелката на компаса), а по-скоро се завърта, докато властта.

Въпреки че повечето ключове са цилиндрични, някои от тях са плоски дискове, състоящи се от няколко сегмента (обикновено поне три), монтирани върху изолатора.

Голям четка желателно за по-голяма площ на контактни четки за максимално увеличаване на мощността на двигателя, но малка четка желателно ниска маса, за да се увеличи скоростта, при които двигателят може да работи без прекомерно отпадане и четка искри. Твърди пружини за четката могат също да бъдат използвани за създаване на дадена маса на четки при по-висока скорост, но за сметка на големи загуби, дължащи се на триене и ускорени износване на четката и колектора. Поради това дизайнът на мотора DC води до компромис между изходната мощност, скоростта и ефективността / износването.

Проектиране на двигатели с постоянен ток:

• Арматурната верига е намотка, тя носи товар, който може да бъде фиксирана или въртяща се част от двигателя или генератора.
• Полето на веригата е набор от намотки, които създават магнитно поле, така че електромагнитната индукция може да съществува в електрически машини.
• Превключване. Механична техника, при която може да се постигне коригиране или в резултат на това може да се получи постоянен ток.

Има четири основни типа DC мотори:

1. Електрически мотор с шунт намотка.
2. Електрическият мотор с постоянен ток.
3. Комбиниран двигател.
4. Моторният мотор PM.

Основни показатели за изчисляване

За това как да знаете мощността на електрическия мотор в изделието ще бъде показано по-късно, в примера с оригиналните данни.

Един добър научен проект не спира да проектира захранващо устройство. Много е важно да се изчисли мощността на двигателя и различните електрически и механични параметри на машината и да се изчисли мощността на двигателя, като се използват неизвестни стойности и полезни формули.

За да изчислим електрическия мотор, ще използваме Международната система от единици (SI). Това е съвременна метрична система, официално призната в електротехниката.

Един от най-важните закони на физиката е основният закон на Ом. Той заявява, че токът през проводника е директно пропорционален на приложеното напрежение и се изразява като:

I = V / R

където аз съм токът, в ампери (А);

V - приложено напрежение, във волта (V);

R е съпротивлението в ома (Ω).

Тази формула може да се използва в много случаи. Можете да изчислите съпротивлението на вашия мотор чрез измерване на текущото потребление и приложеното напрежение. За всяко дадено съпротивление (в мотори това е основно съпротивление на намотка), тази формула обяснява, че токът може да се контролира от приложеното напрежение.

Консумираната електрическа мощност на двигателя се определя по следната формула:

Pin = I * V

където Pin е входната мощност, измерена във ватове (W);

I е токът, измерен в ампери (А);

V е приложеното напрежение, измерено във волта (V).

Как да знаете изходната мощност

Двигателите трябва да изпълняват някаква работа и две важни ценности, които определят колко мощен е. Това е скоростта и мощността на двигателя. Изходното механично задвижване на двигателя може да се изчисли по следната формула:

Pout = τ * ω

където Pout е изходната мощност, измерена във ватове (W);

τ е моментът на сила, измерен в метровете на Нютон (N • m);

ω е ъгловата скорост, измерена в радиани за секунда (rad / s).

Лесно можете да изчислите ъгловата скорост, ако знаете скоростта на въртене на двигателя в обороти в минута:

ω = rpm * 2 * Р / 60

където ω е ъгловата скорост (rad / s);

обороти в минута - скорост на въртене в обороти в минута;

Π е математическата константа (3.14);

60 - броят секунди в минута.

Ако двигателят има 100% ефективност, цялата електрическа енергия се превръща в механична енергия. Такива двигатели обаче не съществуват. Дори прецизните малки индустриални мотори имат максимална ефективност от 50-60%.

Измерването на мощността на двигателя е трудна задача. Това изисква специално скъпо оборудване. Но е възможно да се направи това дори със специална информация и формули.

Индикатори за механична ефективност

Ефективността на двигателя се изчислява като механичната изходна мощност, разделена на електрическата мощност:

E = Pout / Пин

Ето защо,

Pout = Pin * E

след заместване получаваме:

T * ω = I * V * Е

T * rpm * 2 * Р / 60 = I * V * Е

и формулата за изчисляване на момента на сила е:

Т = (I * V * Е * 60) / (rpm * 2 * Р)

За да се определи мощността на двигателя, е необходимо да се свърже с товара, за да се формира моментът на сила. Измерете тока, напрежението и оборотите. Сега можете да изчислите момент на въртящ момент за този товар при тази скорост, ако приемете, че знаете ефективността на двигателя.

Очакваната 15-процентна ефективност е максималната ефективност на двигателя, която се получава само при определена скорост. Ефективността може да бъде всичко между нулата и максимума - в нашия пример под 1000 об / мин може да има не-оптимална скорост, така че за изчисления можете да използвате 10% ефективност (E = 0,1).

Пример: скорост 1000 оборота в минута, напрежение 6 V и ток 220 mA (0,22 A):

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

В резултат на това той обикновено се изразява в милисекунди, умножени по метри (mN • m). 1000 милиНютона • m • m 1 Н, следователно изчислява въртящ момент е 1.26 милиНютона • т. Тя може да бъде по-нататък се превръща в (г-см), умножаване на резултата от 10.2 и. Въртящият момент е 12,86 g / cm.

В нашия пример, входната мощност на двигателя е 0.22 А х 6 V = 1.32 W, механичната изходна мощност е 1000 оборота в минута x 2 × 3.14 × 0.00126 N • m / 60 = 0.132 W.

Въртящият момент на мощността на мотора варира със скоростта. Без товар, максималната скорост и нулевия въртящ момент. Зареждането добавя механична устойчивост. Моторът започва да консумира повече ток, за да преодолее тази съпротива и скоростта намалява. Когато това се случи, моментът на сила е максимален.

Колко точно е изчисляването на въртящия момент, се определя, както следва. Докато напрежението, токът и скоростта могат да бъдат точно измерени, ефективността на двигателя може да е неправилна. Това зависи от точността на монтажа, позицията на сензора, триенето, подравняването на двигателите и осите на генератора и т.н.

Скоростта, въртящият момент, мощността и ефективността не са постоянни стойности. Обикновено производителят предоставя следните данни в специални таблици.

Линейни двигатели

Линейният двигател е по същество асинхронен двигател, чийто ротор е "разгъване", така че вместо създаване на ротационна сила на ротационното електромагнитно поле, той генерира линейна сила по дължината си чрез поставяне на отклонение на електромагнитното поле.

Акустичен шум

Акустичен шум и вибрации Електродвигателите обикновено идват от три източника:

• механични източници (например поради лагери);
• аеродинамични източници (например благодарение на вентилаторите, монтирани на вала);
• магнитни източници (например поради магнитни сили, такива като сили на Максуел и магнитострикция, действащи върху структурите на статора и ротора).

Последният източник, който може да бъде отговорен за шума на електродвигателите, се нарича електрически възбуден акустичен шум.