Trong cơ điện có nhiều ổ hoạt động với tải không đổi mà tốc độ quay không thay đổi. Chúng được sử dụng trong các thiết bị công nghiệp và gia dụng như quạt, máy nén và các thiết bị khác. Nếu các đặc tính danh định không được biết, thì công thức về công suất của động cơ điện được sử dụng để tính toán. Tính toán tham số đặc biệt thích hợp cho các ổ đĩa mới và ít được biết đến. Việc tính toán được thực hiện bằng cách sử dụng các hệ số đặc biệt, cũng như trên cơ sở kinh nghiệm tích lũy với các cơ chế tương tự. Dữ liệu cần thiết cho việc vận hành chính xác các hệ thống lắp đặt điện.
Động cơ điện là gì?
Động cơ điện là thiết bị biến đổi năng lượng điện thành cơ năng. Hoạt động của hầu hết các đơn vị phụ thuộc vào sự tương tác của từ trườngtrường với cuộn dây rôto, được biểu thị bằng chuyển động quay của nó. Chúng hoạt động từ nguồn điện DC hoặc AC. Nguồn điện có thể là pin, bộ biến tần hoặc ổ cắm điện. Trong một số trường hợp, động cơ hoạt động ngược lại, tức là nó biến đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện. Việc lắp đặt như vậy được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy điện chạy bằng không khí hoặc dòng nước.
Động cơ điện được phân loại theo loại nguồn điện, thiết kế bên trong, ứng dụng và công suất. Ngoài ra, ổ đĩa AC có thể có bàn chải đặc biệt. Chúng hoạt động trên điện áp một pha, hai pha hoặc ba pha, được làm mát bằng không khí hoặc chất lỏng. Công thức công suất động cơ AC
P=U x I, trong đó P là công suất, U là điện áp, I là dòng điện.
Ổ đĩa đa năng với kích thước và đặc điểm của chúng được sử dụng trong công nghiệp. Động cơ lớn nhất có công suất hơn 100 megawatt được sử dụng trong các nhà máy điện của tàu thủy, máy nén và trạm bơm. Kích thước nhỏ hơn được sử dụng trong các thiết bị gia dụng như máy hút bụi hoặc quạt.
Thiết kế động cơ điện
Ổ bao gồm:
- Rotor.
- Stator.
- Vòng bi.
- Khe hở không khí.
- Quanh co.
- Chuyển.
Rotor là bộ phận chuyển động duy nhất của ổ quay quanh trục của chính nó. Dòng điện đi qua dây dẫntạo thành nhiễu loạn cảm ứng trong cuộn dây. Từ trường được tạo ra tương tác với các nam châm vĩnh cửu của stato, làm cho trục chuyển động. Chúng được tính theo công thức về công suất của động cơ điện theo dòng điện, lấy hiệu suất và hệ số công suất, bao gồm tất cả các đặc tính động lực học của trục.
Vòng bi nằm trên trục rôto và góp phần làm cho nó quay quanh trục của nó. Phần bên ngoài chúng được gắn vào vỏ động cơ. Trục đi qua chúng và ra ngoài. Vì tải trọng vượt ra ngoài vùng làm việc của vòng bi, nó được gọi là phần nhô ra.
Stato là phần tử cố định của mạch điện từ của động cơ. Có thể bao gồm cuộn dây hoặc nam châm vĩnh cửu. Lõi stato được làm bằng các tấm kim loại mỏng, chúng được gọi là gói phần ứng. Nó được thiết kế để giảm tổn thất năng lượng, điều thường xảy ra với các thanh đặc.
Khe hở không khí là khoảng cách giữa rôto và stato. Một khe hở nhỏ là hiệu quả, vì nó ảnh hưởng đến hệ số hoạt động thấp của động cơ điện. Dòng từ hóa tăng theo kích thước khe hở. Vì vậy, họ luôn cố gắng tiết chế tối thiểu nhưng trong giới hạn hợp lý. Khoảng cách quá nhỏ sẽ gây ra ma sát và làm lỏng các phần tử khóa.
Dây quấn gồm dây đồng được ghép thành một cuộn. Thường được đặt xung quanh một lõi từ hóa mềm, bao gồm nhiều lớp kim loại. Sự nhiễu loạn của trường cảm ứng xảy ra vào lúc nàydòng điện đi qua các dây quấn. Tại thời điểm này, thiết bị đi vào chế độ cấu hình cực rõ ràng và ẩn. Trong trường hợp đầu tiên, từ trường của việc lắp đặt tạo ra một cuộn dây xung quanh miếng cực. Trong trường hợp thứ hai, các khe của mảnh cực rôto được phân tán trong trường phân bố. Động cơ cực bóng mờ có một cuộn dây ngăn chặn nhiễu từ.
Công tắc dùng để chuyển điện áp đầu vào. Nó bao gồm các vòng tiếp xúc nằm trên trục và cách ly với nhau. Dòng điện phần ứng tác dụng vào các chổi điện tiếp xúc của cổ góp quay, làm thay đổi cực tính và làm cho rôto quay từ cực này sang cực khác. Nếu không có điện áp, động cơ ngừng quay. Máy móc hiện đại được trang bị thêm thiết bị điện tử điều khiển quá trình quay.
Nguyên lý hoạt động
Theo định luật Archimedes, dòng điện trong vật dẫn tạo ra từ trường trong đó lực F1 tác dụng. Nếu một khung kim loại được làm từ dây dẫn này và đặt trong trường một góc 90 °, thì các cạnh sẽ chịu tác dụng của các lực có hướng ngược chiều so với nhau. Chúng tạo ra một mô-men xoắn về trục, bắt đầu quay nó. Các cuộn dây phần ứng cung cấp lực xoắn không đổi. Trường được tạo ra bởi điện hoặc nam châm vĩnh cửu. Phương án thứ nhất được thực hiện dưới dạng cuộn dây quấn trên lõi thép. Do đó, dòng điện vòng tạo ra một trường cảm ứng trong cuộn dây nam châm điện, tạo ra một điện độnglực lượng.
Hãy xem xét chi tiết hơn hoạt động của động cơ không đồng bộ bằng cách sử dụng ví dụ về lắp đặt với rôto pha. Các máy như vậy hoạt động trên dòng điện xoay chiều với tốc độ phần ứng không bằng xung của từ trường. Do đó, chúng còn được gọi là quy nạp. Rôto được điều khiển bởi sự tương tác của dòng điện trong cuộn dây với từ trường.
Khi không có điện áp trong cuộn dây phụ, thiết bị ở trạng thái nghỉ. Ngay sau khi dòng điện xuất hiện trên các tiếp điểm của stato, một từ trường không đổi trong không gian được hình thành với gợn sóng + F và -F. Nó có thể được biểu diễn dưới dạng công thức sau:
pr=nrev=f1× 60 ÷ p=n1
ở đâu:
pr- số vòng quay mà từ trường tạo ra theo hướng thuận, vòng / phút;
rev- số vòng quay của trường theo hướng ngược lại, vòng / phút;
f1- tần số gợn sóng của dòng điện, Hz;
p - số cực;
1- tổng RPM.
Trải qua xung từ trường, rôto nhận chuyển động ban đầu. Do tác động không đồng đều của dòng chảy, nó sẽ phát triển thành mômen quay. Theo định luật cảm ứng, suất điện động hình thành trong dây quấn ngắn mạch, sinh ra dòng điện. Tần số của nó tỷ lệ với độ trượt của rôto. Do sự tương tác của dòng điện với từ trường, mômen trục được tạo ra.
Có ba công thức để tính toán hiệu suấtcông suất của động cơ điện không đồng bộ. Theo giai đoạn chuyển đổi sử dụng
S=P ÷ cos (alpha), trong đó:
S là công suất biểu kiến được đo bằng Volt-Amps.
P - công suất hoạt động tính bằng Watts.
alpha - chuyển pha.
Công suất đầy đủ đề cập đến chỉ số thực, và công suất hoạt động là chỉ số được tính toán.
Các loại động cơ điện
Theo nguồn điện, các ổ đĩa được chia thành các ổ hoạt động từ:
- DC.
- AC.
Theo nguyên lý hoạt động, chúng lần lượt được chia thành:
- Sưu tầm.
- Van.
- Không đồng bộ.
- Đồng bộ.
Động cơ thông gió không thuộc loại riêng biệt, vì thiết bị của chúng là một biến thể của truyền động thu. Thiết kế của chúng bao gồm một bộ chuyển đổi điện tử và một cảm biến vị trí rôto. Thông thường chúng được tích hợp cùng với bảng điều khiển. Với chi phí của họ, sự chuyển đổi phối hợp của phần ứng xảy ra.
Động cơ đồng bộ và không đồng bộ chạy riêng trên dòng điện xoay chiều. Vòng quay được điều khiển bằng thiết bị điện tử tinh vi. Không đồng bộ được chia thành:
- Ba pha.
- Hai pha.
- Một pha.
Công thức lý thuyết về công suất của động cơ điện ba pha khi được nối với hình sao hoặc hình tam giác
P=3Uf If cos (alpha).
Tuy nhiên, đối với điện áp và dòng điện tuyến tính, nó giống như thế này
P=1, 73 × Uf× If× cos (alpha).
Đây sẽ là chỉ báo thực sự về lượng điện năngđộng cơ lấy từ mạng.
Synchronous được chia nhỏ thành:
- Bước.
- Lai.
- Cuộn cảm.
- Độ trễ.
- Phản ứng.
Động cơ bước có nam châm vĩnh cửu trong thiết kế của chúng, vì vậy chúng không được phân loại thành một loại riêng biệt. Hoạt động của các cơ chế được điều khiển bằng cách sử dụng bộ chuyển đổi tần số. Ngoài ra còn có các động cơ đa năng hoạt động trên AC và DC.
Đặc điểm chung của động cơ
Tất cả các động cơ đều có các thông số chung được sử dụng trong công thức xác định công suất của động cơ điện. Dựa trên chúng, bạn có thể tính toán các thuộc tính của máy. Trong các nền văn học khác nhau, chúng có thể được gọi khác nhau, nhưng chúng có nghĩa giống nhau. Danh sách các tham số đó bao gồm:
- Mô men xoắn.
- Công suất động cơ.
- Hiệu quả.
- Số vòng quay định mức.
- Mômen quán tính của rôto.
- Điện áp định mức.
- Hằng số thời gian điện.
Các thông số trên là cần thiết, trước hết, để xác định hiệu quả của việc lắp đặt điện được cung cấp bởi lực cơ học của động cơ. Các giá trị được tính toán chỉ cung cấp ý tưởng gần đúng về các đặc tính thực tế của sản phẩm. Tuy nhiên, các chỉ số này thường được sử dụng trong công thức cho công suất của động cơ điện. Chính cô ấy là người quyết định hiệu quả của máy móc.
Mô men
Thuật ngữ này có một số từ đồng nghĩa: mômen lực, mômen động cơ, Mômen xoắn, mômen xoắn. Tất cả chúng đều được sử dụng để biểu thị một chỉ số, mặc dù theo quan điểm của vật lý, những khái niệm này không phải lúc nào cũng giống hệt nhau.
Để thống nhất thuật ngữ, các tiêu chuẩn đã được phát triển để đưa mọi thứ về một hệ thống duy nhất. Vì vậy, trong các tài liệu kỹ thuật luôn sử dụng cụm từ "momen xoắn". Nó là một đại lượng vật lý vectơ, bằng tích của các giá trị vectơ của lực và bán kính. Vectơ bán kính được vẽ từ trục quay đến điểm có lực tác dụng. Theo quan điểm vật lý, sự khác biệt giữa mômen và mômen quay nằm ở điểm tác dụng của lực. Trong trường hợp đầu tiên, đây là một nỗ lực bên trong, trong trường hợp thứ hai - một nỗ lực bên ngoài. Giá trị được đo bằng mét newton. Tuy nhiên, công thức công suất động cơ sử dụng mô-men xoắn làm giá trị cơ bản.
Nó được tính là
M=F × r trong đó:
M - mô-men xoắn, Nm;
F - lực tác dụng, H;
r - bán kính, m.
Để tính mômen xoắn định mức của cơ cấu chấp hành, hãy sử dụng công thức
Mnom=30Rnom÷ pi × nnom, trong đó:
Rnom- công suất định mức của động cơ điện, W;
nnom- tốc độ danh định, tối thiểu-1.
Theo đó, công thức cho công suất định mức của động cơ điện có dạng như sau:
Pnom=Mnom pinnom/ 30.
Thông thường, tất cả các đặc điểm đều được chỉ ra trong thông số kỹ thuật. Nhưng nó xảy ra rằng bạn phải làm việc với các cài đặt hoàn toàn mới,thông tin về điều đó rất khó tìm. Để tính toán các thông số kỹ thuật của các thiết bị như vậy, dữ liệu của các thiết bị tương tự được lấy. Ngoài ra, chỉ các đặc tính danh nghĩa luôn được biết, được đưa ra trong đặc điểm kỹ thuật. Dữ liệu thực phải do chính bạn tính toán.
Công suất động cơ
Hiểu một cách tổng quát, thông số này là đại lượng vật lý vô hướng, được biểu thị bằng tốc độ tiêu hao hoặc chuyển hóa năng lượng của hệ. Nó cho biết cơ chế sẽ thực hiện bao nhiêu công việc trong một đơn vị thời gian nhất định. Trong kỹ thuật điện, đặc tính hiển thị công suất cơ hữu ích trên trục trung tâm. Để biểu thị chỉ số, người ta sử dụng chữ P hoặc W. Đơn vị đo chính là Watt. Công thức chung để tính công suất của động cơ điện có thể được biểu diễn dưới dạng:
P=dA ÷ dt trong đó:
A - công cơ học (hữu ích) (năng lượng), J;
t - thời gian đã trôi qua, giây
Công cơ học cũng là một đại lượng vật lý vô hướng, được biểu thị bằng tác dụng của một lực lên một vật và phụ thuộc vào hướng và độ dịch chuyển của vật này. Nó là tích của vectơ lực và đường đi:
dA=F × ds trong đó:
s - quãng đường đi được, m.
Nó thể hiện khoảng cách mà một điểm có lực tác dụng sẽ vượt qua. Đối với chuyển động quay, nó được biểu thị là:
ds=r × d (teta), trong đó:
teta - góc quay, rad.
Bằng cách này, bạn có thể tính tần số góc quay của rôto:
omega=d (teta) ÷ dt.
Từ đó tuân theo công thức về công suất của động cơ điện trên trục: P \u003d M ×omega.
Hiệu suất của động cơ điện
Hiệu suất là đặc tính phản ánh hiệu suất của hệ thống khi biến đổi cơ năng thành cơ năng. Nó được biểu thị bằng tỷ lệ giữa năng lượng hữu ích và năng lượng đã chi tiêu. Theo hệ thống đơn vị đo lường thống nhất, nó được ký hiệu là "eta" và là một giá trị không thứ nguyên, được tính bằng phần trăm. Công thức tính hiệu suất của động cơ điện về công suất:
eta=P2÷ P1trong đó:
P1- công suất (cung cấp) điện, W;
P2- công suất (cơ học) hữu ích, W;
Nó cũng có thể được diễn đạt thành:
eta=A ÷ Q × 100%, trong đó:
A - công việc hữu ích, J;
Q - năng lượng tiêu hao, J.
Thông thường hệ số được tính bằng công thức cho mức tiêu thụ điện của động cơ điện, vì các chỉ số này luôn dễ đo hơn.
Hiệu suất của động cơ điện giảm là do:
- Tổn thất điện. Điều này xảy ra do sự nóng lên của các vật dẫn do dòng điện chạy qua chúng.
- Mất từ tính. Do lõi từ hóa quá mức, xuất hiện dòng điện từ trễ và dòng điện xoáy, điều này quan trọng cần tính đến trong công thức công suất động cơ.
- Tổn thất cơ học. Chúng liên quan đến ma sát và thông gió.
- Tổn thất thêm. Chúng xuất hiện do sóng hài của từ trường, vì stato và rôto có răng. Ngoài ra trong cuộn dây có sóng hài cao hơn của lực động từ.
Cần lưu ý rằng hiệu quả là một trong những thành phần quan trọng nhấtcông thức tính công suất của động cơ điện, vì nó cho phép bạn nhận được những con số gần với thực tế nhất. Trung bình, con số này thay đổi từ 10% đến 99%. Nó phụ thuộc vào thiết kế của cơ chế.
Số vòng quay định mức
Một chỉ số quan trọng khác về đặc tính cơ điện của động cơ là tốc độ trục. Nó được biểu thị bằng số vòng quay trên phút. Thường nó được sử dụng trong công thức công suất động cơ máy bơm để tìm hiểu hiệu suất của nó. Nhưng cần phải nhớ rằng chỉ số này luôn khác nhau đối với việc chạy không tải và làm việc dưới tải. Chỉ báo thể hiện một giá trị vật lý bằng số vòng quay đầy đủ trong một khoảng thời gian nhất định.
Công thức tính RPM:
n=30 × omega ÷ pi trong đó:
n - tốc độ động cơ, vòng / phút.
Để tìm công suất của động cơ điện theo công thức tốc độ trục, cần đưa nó về tính vận tốc góc. Vì vậy, P=M × omega sẽ giống như sau:
P=M × (2pi × n ÷ 60)=M × (n ÷ 9, 55) trong đó
t=60 giây.
Mômen quán tính
Chỉ số này là một đại lượng vật lý vô hướng phản ánh quán tính của chuyển động quay quanh trục của chính nó. Trong trường hợp này, khối lượng của vật thể là giá trị quán tính của nó trong quá trình chuyển động tịnh tiến. Đặc tính chính của tham số được biểu thị bằng sự phân bố các khối lượng vật thể, bằng tổng của bình phương khoảng cách từ trục đến điểm cơ sở và khối lượng của vật thể. Trong Hệ thống Đơn vị Quốc tếphép đo nó được ký hiệu là kg m2và đã được tính theo công thức:
J=∑ r2× dm trong đó
J - mômen quán tính, kg m2;
m - khối lượng của vật thể, kg.
Mômen quán tính và lực liên quan với nhau theo quan hệ:
M - J × epsilon, nơi
epsilon - gia tốc góc, s-2.
Chỉ số được tính là:
epsilon=d (omega) × dt.
Như vậy, khi biết khối lượng và bán kính của rôto, bạn có thể tính toán các thông số hoạt động của các cơ cấu. Công thức công suất động cơ bao gồm tất cả các đặc điểm này.
Điện áp định mức
Nó còn được gọi là danh nghĩa. Nó đại diện cho điện áp cơ bản, được biểu thị bằng một bộ điện áp tiêu chuẩn, được xác định bởi mức độ cách điện của thiết bị điện và mạng. Trong thực tế, nó có thể khác nhau ở các điểm khác nhau của thiết bị, nhưng không được vượt quá điều kiện hoạt động tối đa cho phép, được thiết kế để các cơ chế hoạt động liên tục.
Đối với lắp đặt thông thường, điện áp định mức được hiểu là các giá trị tính toán mà chúng được nhà phát triển cung cấp trong hoạt động bình thường. Danh sách điện áp mạng tiêu chuẩn được cung cấp trong GOST. Các thông số này luôn được mô tả trong thông số kỹ thuật của cơ cấu. Để tính hiệu suất, hãy sử dụng công thức tính công suất của động cơ điện theo dòng điện:
P=U × I.
Hằng số thời gian điện
Đại diện cho thời gian cần thiết để đạt được mức hiện tại lên đến 63% sau khi tiếp thêm năng lượng chocác cuộn dây dẫn động. Tham số là do các quá trình nhất thời của các đặc tính cơ điện, vì chúng thoáng qua do điện trở hoạt động lớn. Công thức chung để tính hằng số thời gian là:
te=L ÷ R.
Tuy nhiên, hằng số thời gian cơ điện tmluôn lớn hơn hằng số thời gian điện từ te.rôto tăng tốc ở tốc độ bằng không đến tốc độ không tải tối đa. Trong trường hợp này, phương trình có dạng
M=Mst+ J × (d (omega) ÷ dt), trong đó
Mst=0.
Từ đây chúng ta có công thức:
M=J × (d (omega) ÷ dt).
Trong thực tế, hằng số thời gian cơ điện được tính từ mômen khởi động - Mp. Một cơ chế hoạt động trong điều kiện lý tưởng với các đặc tính tuyến tính sẽ có công thức:
M=Mp× (1 - omega ÷ omega0), trong đó
omega0- tốc độ không tải.
Các tính toán như vậy được sử dụng trong công thức công suất động cơ bơm khi hành trình piston phụ thuộc trực tiếp vào tốc độ trục.
Các công thức cơ bản để tính công suất động cơ
Để tính toán các đặc tính thực của cơ chế, bạn luôn cần tính đến nhiều tham số. Trước hết, bạn cần biết dòng điện được cung cấp cho các cuộn dây của động cơ: trực tiếp hay xoay chiều. Nguyên lý làm việc của họ khác nhau, do đó, phương pháp tính toán cũng khác nhau. Nếu chế độ xem đơn giản của phép tính công suất truyền động trông giống như sau:
Pel=U × I đâu
I - sức mạnh hiện tại, A;
U - điện áp, V;
Pel- nguồn điện được cung cấp. Thứ ba.
Trong công thức công suất động cơ AC, độ lệch pha (alpha) cũng phải được tính đến. Theo đó, các tính toán cho một ổ đĩa không đồng bộ trông giống như:
Pel=U × I × cos (alpha).
Ngoài nguồn (cung cấp) hoạt động, còn có:
- S - phản ứng, VA. S=P ÷ cos (alpha).
- Q - đầy đủ, VA. Q=I × U × sin (alpha).
Các tính toán cũng cần tính đến tổn thất nhiệt và cảm ứng, cũng như ma sát. Do đó, mô hình công thức đơn giản hóa cho động cơ DC trông giống như sau:
Pel=Pmech + Rtep + Rind + Rtr,đâu
Рmeh - công suất tạo ra hữu ích, W;
Rtep - mất nhiệt, W;
Rind - chi phí nạp trong cuộn dây cảm ứng, W;
RT - mất mát do ma sát, W.
Kết
Động cơ điện được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực của đời sống con người: trong sinh hoạt, sản xuất. Để sử dụng đúng ổ đĩa, cần phải biết không chỉ các đặc điểm danh nghĩa của nó mà còn cả những đặc điểm thực. Điều này sẽ làm tăng hiệu quả và giảm chi phí.
