Cum se determină puterea motorului electric și se calculează eficiența acestuia

Un motor electric este un dispozitiv electromecanic bazat pe electromagnetism, care face posibilă transformarea energiei electrice, de exemplu, în energie de lucru sau mecanică. Acest proces este reversibil și poate fi utilizat pentru a genera electricitate. Cu toate acestea, toate aceste mașini electrice sunt reversibile și pot fi "motor" sau "generator" în patru cadrane ale unui plan cu cuplu.

Dezvoltarea timpurie

În 1821, după descoperirea conexiunii electricitate și magnetism, chimistul danez Oersted, teorema lui Ampere și legea Biot - Savart, englez fizicianul Michael Faraday a construit două dispozitive, pe care el a numit „rotație electromagnetică“: o mișcare circulară continuă a forței magnetice în jurul unui fir - este real demonstrarea primului motor electric.

În 1822, Peter Barlow a construit ceea ce poate fi considerat primul motor electric din istorie: roata Barlow. Acest dispozitiv este un disc simplu de metal, tăiat de o stea, iar capetele acestuia sunt scufundate într-o ceașcă care conține mercur, asigurând curgerea curentului. Cu toate acestea, ea creează doar o forță capabilă să o transforme, împiedicând aplicarea sa practică.

Primul comutator utilizat experimental a fost inventat în 1832 de William Sturgeon. Primul motor cu curent continuu, fabricat în scopul vânzării, a fost inventat de Thomas Davenport în 1834 și brevetat în 1837. Aceste motoare nu au avut nici o dezvoltare industrială datorită costului ridicat al bateriilor la momentul respectiv.

Motorul electric cu DC

Un aparat DC cu comutație are un set de înfășurări rotative înfășurate în jurul unei armături montate pe un arbore rotativ. Arborele are de asemenea un întrerupător, un întrerupător electric rotativ de lungă durată, care schimbă periodic debitul de curent în bobina rotorului atunci când arborele se rotește. Astfel, fiecare motor de punte DC are un curent alternativ care trece prin înfășurările rotative. Curentul curge prin una sau mai multe perechi de perii care sunt purtate pe perii comutatorului pentru a conecta o sursă externă de energie la armătura rotativă.

Armătura rotativă constă din una sau mai multe bobine de sârmă înfășurate în jurul unui miez laminat feromagnetic. Curentul din perie curge prin comutator și o bobină de armătură, făcându-l un magnet temporar (electromagnet). Câmpul magnetic creat de ancora interacționează cu un câmp magnetic staționar, creat fie de PM, fie de o altă bobină (bobină de câmp), ca parte a cadrului motorului.

Rezistența dintre două câmpuri magnetice tinde să rotească arborele motorului. Comutatorul comută alimentarea bobinei atunci când rotorul este rotit tinand polii magnetici de tot pe deplin coincide cu polii magnetici ai câmpului statoric, astfel încât rotorul nu se oprește niciodată (ca un ac de compas), ci mai degrabă este rotit până la putere.

Deși majoritatea întrerupătoarelor sunt cilindrice, unele dintre acestea sunt discuri plate, alcătuite din mai multe segmente (de obicei cel puțin trei) montate pe izolator.

Perie mare, de dorit pentru o zonă mai mare de perii de contact pentru a maximiza puterea motorului, dar perie mică de dorit pentru o masă redusă, în scopul de a maximiza viteza la care motorul poate funcționa fără a sări excesivă și scântei perie. arcuri mai rigide pentru peria poate fi de asemenea utilizat pentru a crea o masă dată de perii, la o viteză mai mare, dar în detrimentul unor pierderi mari datorate fricțiunii și uzura periei și colectorul accelerat. Prin urmare, designul motorului DC implică un compromis între puterea de ieșire, viteza și eficiența / uzura.

Proiectarea motoarelor cu DC:

• Circuitul de armatură este o înfășurare, poartă un curent de sarcină care poate fi o parte fixă ​​sau rotativă a motorului sau a generatorului.
• Circuitul de câmp este un set de înfășurări care creează un câmp magnetic, astfel încât inducția electromagnetică poate exista în mașinile electrice.
• Comutare. O tehnică mecanică în care rectificarea poate fi realizată sau, ca rezultat, poate fi obținut un curent direct.

Există patru tipuri principale de motoare de curent continuu:

1. Motorul electric cu bobină de șuntare.
2. Motorul electric de curent continuu.
3. Motorul combinat.
4. Motorul PM.

Indicatori de calcul de bază

Despre modul de cunoaștere a puterii motorului electric din articol vor fi afișate mai târziu, în exemplul cu datele originale.

Un bun proiect științific nu se oprește la proiectarea unui dispozitiv electric. Este foarte important să calculați puterea motorului și diferiții parametri electrici și mecanici ai aparatului și să calculați formula de putere a motorului utilizând valori necunoscute și formule utile.

Pentru a calcula motorul electric, vom folosi Sistemul Internațional de Unități (SI). Acesta este un sistem metric modern, adoptat oficial în domeniul ingineriei electrice.

Una dintre cele mai importante legi ale fizicii este legea fundamentală a lui Ohm. El afirmă că curentul prin conductor este direct proporțional cu tensiunea aplicată și este exprimat ca:

I = V / R

unde eu sunt curentul, în amperi (A);

V - tensiunea aplicată, în volți (V);

R este rezistența, în ohmi (Ω).

Această formulă poate fi utilizată în multe cazuri. Puteți calcula rezistența motorului prin măsurarea curentului consumat și a tensiunii aplicate. Pentru orice rezistență dată (în motoare, aceasta este practic rezistența bobinei), această formulă explică faptul că curentul poate fi controlat de tensiunea aplicată.

Puterea electrică consumată a motorului este determinată de următoarea formulă:

Pin = I * V

unde Pin este puterea de intrare măsurată în wați (W);

I este curentul măsurat în amperi (A);

V este tensiunea aplicată măsurată în volți (V).

Cum se cunoaște puterea de ieșire

Motoarele trebuie să efectueze un fel de muncă și două valori importante care determină cât de puternic este. Aceasta este viteza și puterea motorului. Puterea mecanică de ieșire a motorului poate fi calculată prin următoarea formulă:

Pout = τ * ω

unde Pout este puterea de ieșire măsurată în wați (W);

τ este momentul forței măsurate în contoarele lui Newton (N • m);

ω este viteza unghiulară măsurată în radiani pe secundă (rad / s).

Este ușor de calculat viteza unghiulară dacă cunoașteți viteza de rotație a motorului în rpm:

ω = rpm * 2 * P / 60

unde ω este viteza unghiulară (rad / s);

rpm - viteza de rotație în rotații pe minut;

Π este constanta matematica (3.14);

60 - numărul de secunde într-un minut.

Dacă motorul are o eficiență de 100%, toată energia electrică este transformată în energie mecanică. Totuși, astfel de motoare nu există. Chiar și motoarele industriale mici de precizie au o eficiență maximă de 50-60%.

Măsurarea momentului de putere a motorului este o sarcină dificilă. Acest lucru necesită echipamente speciale costisitoare. Dar este posibil să faceți acest lucru chiar și cu informații și formule speciale.

Indicatori de eficiență mecanică

Eficiența motorului este calculată ca puterea de ieșire mecanică împărțită la puterea electrică de intrare:

E = Pout / Pin

Prin urmare,

Pout = Pin * E

după înlocuire, obținem:

T * ω = I * V * E

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

iar formula pentru calcularea momentului forței este:

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

Pentru a determina puterea motorului este necesar să-l conectați la sarcină, pentru a forma momentul forței. Măsurați curentul, tensiunea și rpm. Acum puteți calcula momentul de cuplu pentru această sarcină la această viteză, presupunând că știți eficiența motorului.

Estimată eficiență de 15 procente este eficiența maximă a motorului, care apare numai la o anumită rată. Eficiența poate fi orice între zero și maxim - în exemplul nostru sub 1000 rpm poate exista o viteză neoptimală, deci pentru calcule se poate utiliza randament de 10% (E = 0,1).

Exemplu: viteză 1000 rpm, tensiune 6 V și curent 220 mA (0,22 A):

T = (0,22 * 6 * 0,1 * 60) / (1000 * 2 * 3,14) = 0,00126 N • m

Ca rezultat, acesta este de obicei exprimat în milenute înmulțit cu metri (mN • m). 1000 mN • m în 1 N • m, prin urmare, cuplul calculat este de 1,26 mN • m. Acesta poate fi transformat în continuare în (g-cm), înmulțind rezultatul cu 10,2 și. Cuplul este de 12,86 g / cm.

În exemplul nostru, puterea de intrare a motorului este de 0,22 A x 6 V = 1,32 W, puterea de ieșire mecanică este de 1000 rpm x 2 × 3,14 × 0,00126 N • m / 60 = 0,132 W.

Cuplul motorului variază în funcție de viteză. Fără sarcină, viteza maximă și cuplul zero. Încărcarea adaugă rezistență mecanică. Motorul începe să consume mai mult curent pentru a depăși această rezistență, iar viteza scade. Când se întâmplă acest lucru, momentul forței este maxim.

Cât de precisă este calculul cuplului, se determină după cum urmează. În timp ce tensiunea, curentul și viteza pot fi măsurate cu exactitate, eficiența motorului poate fi incorectă. Acest lucru depinde de precizia montajului, poziția senzorului, frecarea, alinierea motoarelor și a axelor generatorului și așa mai departe.

Viteza, cuplul, puterea și eficiența nu sunt valori constante. De obicei, producătorul furnizează următoarele date în tabele speciale.

Motoarele liniare

Motorul linear este în esență un motor asincron al cărui rotor este „desfășurare“, astfel încât în ​​loc să creeze o forță de rotație a câmpului electromagnetic rotativ, generează o forță liniară de-a lungul lungimii sale prin setarea prejudecată a câmpului electromagnetic.

Zgomot acustic

Acustice și vibrații Motoarele electrice provin de obicei din trei surse:

• surse mecanice (de exemplu, din cauza lagărelor);
• surse aerodinamice (de exemplu, datorită ventilatoarelor instalate pe ax);
• surse magnetice (de exemplu, datorită forțelor magnetice, cum ar fi forțele Maxwell și magnetostricția care acționează asupra structurilor statorului și rotorilor).

Ultima sursă, care poate fi responsabilă de zgomotul motoarelor electrice, se numește zgomot acustic excitat electric.