elektrický motor je mechanismus, který přeměňuje elektrickou energii na mechanickou energii. Princip činnosti jakéhokoli elektromotoru je založen na zákonu elektromagnetické indukce. Typicky se elektromotor skládá ze stacionární části (statoru) a rotoru (nebo kotvy), ve kterých se vytvářejí stacionární nebo rotující magnetická pole. Elektromotory jsou nejvíce různé typy a modifikace, jsou široce používány v mnoha odvětvích lidské činnosti a jsou jednou z hlavních součástí mechanismů a pohonů pro různé účely. Účinnost výroby přímo závisí na vlastnostech elektromotoru.

Klasifikace elektromotorů

Hlavní části, které tvoří Elektromotory , jsou stator a rotor. Rotor je část motoru, která se otáčí, a stator je část, která zůstává nehybná. Princip činnosti elektromotoru spočívá v interakci rotujících magnetické pole, vytvořený vinutím statoru a elektrickým proudem, který je v uzavřeném vinutí rotoru. Tento proces iniciuje rotaci rotoru ve směru pole.

Hlavní typy elektromotorů:

• Motor střídavý proud;
• Motor stejnosměrný proud;
• Polyfázový motor;
• jednofázový motor;
• ventilový motor;
• Krokový motor;
• Univerzální kolektorový motor.

Pokud jde o motory jako asynchronní elektromotory, pak odkazují na typ střídavých motorů. Takové motory jsou jednofázové elektromotory , stejně jako dvou- a třífázové. U asynchronních motorů frekvence střídavého proudu ve vinutí neodpovídá rychlosti rotoru. Proces činnosti asynchronního elektromotoru je zajištěn rozdílem doby generování magnetických polí statoru a rotoru. Z tohoto důvodu je rotace rotoru zpožděna vzhledem k poli statoru. Kupte si elektromotor asynchronního typu možné u strojů, které nevyžadují zvláštní podmínkyčinnost spouštěcího mechanismu.

Typy elektromotorů podle stupně ochrany před vnějším prostředím:

• Odolný proti explozím;
• chráněný;
• ZAVŘENO.

Elektromotory odolné proti výbuchu mít pevnou skříň, která v případě výbuchu motoru zabrání poškození všech ostatních částí mechanismu a zabrání požáru.

Chráněné motory během provozu jsou uzavřeny speciálními tlumiči a sítěmi, které chrání mechanismus před cizími předměty. Používají se v prostředí, kde není vysoká vlhkost a nečistoty plynů, prachu, kouře a chemikálií.

Uzavřené motory mají speciální plášť, který zabraňuje pronikání prachu, plynů, vlhkosti a dalších látek a prvků, které mohou poškodit mechanismus motoru. Takové elektromotory jsou hermetické a nehermetické.

Oblast použití frekvenční měniče poměrně rozsáhlé. Jsou žádané v obráběcích strojích a elektrických pohonech průmyslových mechanismů, dopravníků, odsávacích ventilačních systémů a tak dále. Princip činnosti chastotnik spočívá v pravidle pro výpočet úhlové rychlosti otáčení hřídele, které zahrnuje takový faktor, jako je frekvence napájení. Změnou výkonové frekvence vinutí motoru je tedy možné přímo úměrně regulovat rychlost otáčení rotoru motoru a tím snižovat otáčky motoru nebo je zvyšovat. Tato zařízení se také nazývají "invertory", kvůli metodě, kterou je řešena úloha současné regulace frekvence a napětí na výstupu měniče. Všechny frekvenční měniče jsou nutně označeny štítky, které označují jejich vlastnosti:

• Maximální možný výkon elektromotoru;
• napájecí napětí;
• Počet fází (jednofázové, třífázové).

Většina průmyslových frekvenčních měničů je navržena pro provoz v třífázové sítě střídavý proud, existují však i jiné modely, např. frekvenční měniče pro jednofázové motory.

Aplikace elektromotoru

Život moderní muž těžko si to představit bez takového mechanismu, jako je elektromotor. Rozhlédněte se kolem sebe – staly se téměř všudypřítomnými. Dnes se používají nejen ve všech průmyslových odvětvích, ale také v dopravě, předmětech a zařízeních, které obklopují Každodenní život, v práci i doma. Vysoušeče vlasů, ventilátory, šicí stroje, stavební nářadí – to zdaleka není kompletní seznam zařízení, která používají elektromotory.

Právě asynchronní elektromotory jsou obzvláště spolehlivé, díky čemuž nacházejí široké uplatnění v pohonech kovoobráběcích, dřevoobráběcích strojů a dalších průmyslových strojů, v kovacích lisech, zdvihacích strojích, výtahech, tkalcovských, šicích a zemních strojích, průmyslových ventilátorech, kompresorech, čerpadla, odstředivky, míchačky betonu . Jeřábové motory se používají v investičním, průmyslovém a občanském stavebnictví, hornictví, hutnictví, energetice, dopravě.

Metro, tramvaj, trolejbus – všechny tyto druhy dopravy vděčí za svou existenci elektromotoru. Žádnou kancelářskou nebo obytnou budovu si dnes nelze představit bez klimatizace nebo systému čištění vzduchu – využívají také elektromotory. Fungování většiny moderních zařízení je nemožné bez elektromotoru, a proto hodně závisí na kvalitě a spolehlivosti tohoto mechanismu. Jeho porucha může vést k velmi smutným výsledkům, až zastavení výroby a obrovským finančním ztrátám. Elektromotory proto můžete zakoupit pouze od spolehlivého a důvěryhodného dodavatele, který zaručuje kvalitu produktu.

Princip činnosti elektromotoru

Princip činnosti elektromotoru spočívá v účinku magnetismu, který umožňuje efektivně převádět elektrická energie do mechanického. Princip přeměny energie na odlišné typy elektromotorů je stejný pro všechny typy elektromotorů, ale konstrukce motorů a způsob řízení rychlosti točivého momentu se mohou lišit. Všichni ze školní lavice jsou známí nejjednodušší příklad elektromotor - když se rám otáčí mezi póly permanentního magnetu. Samozřejmě, že zařízení elektromotoru, které se používá v průmyslových mechanismech nebo domácích spotřebičích, je mnohem složitější. Podívejme se, jak funguje asynchronní elektromotor, který je nejrozšířenější v průmyslu.

Princip činnosti asynchronního motoru.

Princip fungování indukční motor, stejně jako ostatní, je založena na využití rotujícího magnetického pole. Rychlost rotace magnetického pole se nazývá synchronní, protože odpovídá rychlosti rotace magnetu. V tomto případě se rychlost otáčení válce obvykle nazývá asynchronní, to znamená, že se neshoduje s rychlostí otáčení magnetu. Rychlost otáčení válce (rotoru) se liší od synchronní rychlosti otáčení magnetického pole o malou hodnotu, nazývanou skluz. Přinutit přinutit elektřina k vytvoření rotujícího magnetického pole a jeho využití k otáčení rotoru se obvykle používá třífázový proud.

Motorové zařízení

Tři vinutí, sítě třífázový proud umístěna jedna vůči druhé pod úhlem 120°. Uvnitř jádra je na ose upevněn kovový válec, který se nazývá rotor elektromotoru. Pokud jsou vinutí navzájem spojena a připojena k síti třífázového proudu, pak se celkový magnetický tok vytvořený třemi póly ukáže jako rotující. Celkový magnetický tok přitom bude měnit svůj směr se změnou směru proudu ve vinutích statoru (pólech). V tomto případě v jedné periodě změny proudu ve vinutí provede magnetický tok úplnou revoluci. Rotující magnetický tok s sebou bude táhnout válec a my tak získáme asynchronní elektromotor.

Statorová vinutí mohou být zapojena do "hvězdy", nicméně při jejich zapojení do "trojúhelníku" vzniká i točivé magnetické pole. Pokud prohodíte vinutí druhé a třetí fáze, pak magnetický tok změní směr své rotace na opačný. Stejného výsledku lze dosáhnout bez záměny statorových vinutí, ale nasměrováním proudu druhé fáze sítě do třetí fáze statoru a třetí fáze sítě do druhé fáze statoru. Směr otáčení magnetického pole lze tedy měnit přepínáním libovolných dvou fází.

Připojení motoru

Stator moderního asynchronního elektromotoru má nevyjádřené póly, to znamená, že vnitřní povrch statoru je zcela hladký. Pro snížení ztrát vířivými proudy je jádro statoru vyrobeno z tenkých lisovaných ocelových plechů. Sestavené jádro statoru je upevněno v ocelové skříni. V drážkách statoru je položeno vinutí měděného drátu. Fázová vinutí statoru elektromotoru jsou spojena "hvězdou" nebo "trojúhelníkem", pro které jsou všechny začátky a konce vinutí přivedeny do pouzdra - do speciálního izolačního štítu. Takové statorové zařízení je velmi pohodlné, protože umožňuje zapnout jeho vinutí pro různá standardní napětí.

Rotor indukčního motoru je stejně jako stator sestaven z lisovaných ocelových plechů. Vinutí je uloženo v drážkách rotoru. Podle konstrukce rotoru se asynchronní elektromotory dělí na motory s klecový rotor a fázový rotor. Vinutí rotoru nakrátko je vyrobeno z měděných tyčí uložených v drážkách rotoru. Konce tyčí jsou spojeny měděným kroužkem. Takové vinutí se nazývá vinutí "veverčí klec". Všimněte si, že měděné tyče v drážkách nejsou izolované.

4-6. VÝPOČET DC ELEKTRICKÉHO MOTORU

Výpočet začínáme stejnosměrným motorem, protože jeho výpočet je jednodušší a přehlednější než u střídavých motorů. Zde je podrobné vysvětlení všech vypočtených hodnot, které pak najdeme u střídavých motorů. Výpočet je uveden pro dvoupólové elektromotory se sériovým buzením.

Vzhledem k výkonu, rychlosti, napětí motoru můžete určit všechny rozměry a údaje o vinutí elektromotoru. Výpočet elektromotoru začíná určením dvou hlavních rozměrů, kterými jsou průměr a délka kotvy. Tyto rozměry jsou zahrnuty ve vzorci:

kde D je průměr kotvy, m; l je délka kotvy, m; P I - návrhový výkon, W; A—lineární zatížení kotvy, A/m; B je magnetická indukce ve vzduchové mezeře, T; n - jmenovité otáčky, ot./min.

Délka a průměr kotvy elektromotoru jsou vyjádřeny v metrech, protože v tomto případě jsou výpočetní vzorce týkající se rozměrů motoru s indukcí a průtokem pohodlnější a jednodušší. Výsledky výpočtů získané v metrech lze snadno převést na centimetry nebo milimetry pro praktické účely při výrobě různých dílů.

Levá strana vzorce je úměrná objemu kotvy. Pokud se totiž vynásobí π a vydělí 4, získá se objem válce, který je kotvou elektromotoru. Jak je patrné z pravé strany vzorce, objem kotvy je úměrný výkonu elektromotoru P i a nepřímo úměrný frekvenci otáčení n. Z toho můžeme usoudit, že čím vyšší je frekvence otáčení elektromotoru P i. kotva motoru, tím menší budou jeho rozměry při stejném výkonu. A na velikosti kotvy závisí i rozměry zbývajících částí elektromotoru.

Odhadovaný výkon elektromotoru, W,

kde E je e. d.s., indukované ve vinutí kotvy, když se otáčí v magnetickém poli, V; I je proud spotřebovaný elektromotorem ze zdroje, A; P je jmenovitý výkon elektromotoru, W; η je účinnost elektromotoru, jejíž hodnotu lze převzít z křivky na Obr. 4-2; jak je vidět z křivky, hodnoty účinnosti klesají s klesajícím výkonem motoru.

Číselná hodnota návrhového výkonu se získá řešením (4-2), kde jsou známy hodnoty všech veličin. Jmenovitý výkon je vždy větší než jmenovitý výkon elektromotoru, protože část dodané energie se ztrácí v samotném elektromotoru.

Proud spotřebovaný elektromotorem, A,

kde P je jmenovitý výkon, W; U - jmenovité napětí, V; η je účinnost podle křivky na Obr. 4-2.

Nyní můžeme definovat e. d.s. E, které bude potřeba v budoucnu:

kde N je počet vodičů vinutí kotvy; to ukazuje faktor 2 ve jmenovateli celkový proud kotva I z desky kolektoru se větví mezi dvěma vodiči vinutí a každým vodičem prochází pouze polovina proudu; součin πD vyjadřuje obvod armatury.

Lineární zatížení tedy ukazuje, kolik ampérů připadá na 1 m obvodu kotvy. Lineární zátěž A a magnetická indukce ve vzduchové mezeře B se nazývají elektromagnetické zátěže. Ukazují, jak silně je elektromotor zatížen po elektrické a magnetické stránce. Z (4-1) je vidět, že čím větší je produkt AB, tím menší budou rozměry kotvy. Ale hodnoty A a B by neměly překročit určitou mez, protože jinak se elektromotor během provozu velmi zahřeje.

Zahřívání elektromotoru však závisí nejen na elektromagnetické zátěži, ale také na době jeho provozu. Některé motory běží dlouhou dobu bez zastavení, jako například motory ventilátorů. Jiné motory běží přerušovaně, aby se mohly ochladit, jako jsou modelářské jeřáby, točny, vysavače. Provoz elektromotorů s přerušeními se nazývá přerušovaný provoz. To znamená, že se motor na krátkou dobu zapne, pak dojde k přestávce a motor se znovu zapne.

Doba trvání zařazení takového elektromotoru je vyjádřena jako procento určitého období, které je bráno jako 10 minut. Pokud například motor běží po dobu 2,5 minuty a zbytek času je nečinný, pak je pracovní cyklus 25 %. Pokud elektromotor běží 4 minuty, pak je pracovní cyklus 40 %.

Volba lineární zátěže a magnetické indukce se provádí podle křivek na Obr. 4-3, kde je poměr jmenovitého výkonu k jmenovitým otáčkám vynesen podél vodorovné osy. Na Obr. Tabulka 4-3 uvádí hodnoty A a B pro motory s nepřetržitým provozem. Pracuje-li např. elektromotor o výkonu 80 W při otáčkách 4000 ot./min dlouhodobě při plné zátěži, pak na vodorovné ose dáme stranou hodnotu 80/4000=20 10 -3. Na svislé čáře počítáme hodnotu lineárního zatížení A \u003d 9 000 A / ma indukci ve vzduchové mezeře B \u003d 0,35 T.

Při přerušovaném provozu s pracovním cyklem 25% lze hodnoty elektromagnetických zátěží zvýšit o 30%, tj. mohou být odebírány 1,3krát více. Pak

A \u003d 9000 1,3 \u003d 11 700 A / m,

a magnetickou indukci

B \u003d 0,35 1,3 \u003d 0,455 T.

Označme l/D=e. Hodnota e pro malé elektromotory se pohybuje od 0,4 do 1,6. Pokud potřebujete získat elektromotor s kratší délkou, ale s větším průměrem, pak vezmeme e = 0,4. Naopak, pokud se elektromotor musí vejít do trubky malého průměru, pak volíme e = 1,6. Pokud rozměry elektromotoru nejsou vázány žádnou podmínkou, pak se obvykle bere e = 1. Zavedením poměru l/D = e k levé straně (4-1) se zbavíme jednoho neznámého l a (4-1) vypadá takto:

Po definování D zjistíme l=De. Tím jsou určeny hlavní rozměry elektromotoru.

Nyní přejdeme k výpočtu vinutí kotvy. K tomu je třeba určit magnetický tok elektromotoru.

Pokud se magnetická indukce ve vzduchové mezeře vynásobí plochou, kterou siločáry vstupují do kotvy, pak dostaneme magnetický tok elektromotoru, který označíme řeckým písmenem F (phi):

Magnetický tok se měří ve weberech. Řecké písmeno τ (tau) označuje pólové dělení, tedy část kružnice kotvy, která připadá na jeden pól. U dvoupólového elektromotoru je pólové dělení τ=πD/2. Řecké písmeno a (alfa) označuje, kterou část pólového dělení zabírá oblouk pólu b t (obr. 4-5). Obvykle berte a = 0,65. Součin aτl tedy udává plochu pólu obrácenou k armatuře.

Počet kotevních štěrbin je určen z poměru Z≈3D, ve kterém je průměr kotvy vyjádřen v centimetrech. Doporučuje se vzít liché číslo, které je nejblíže přijatému. Počet vodičů kotvy je určen vzorcem

Počet vodičů v jedné drážce N z =N/Z. Číslo N z získané při výpočtu je nutné zaokrouhlit nahoru na nejbližší sudé celé číslo, aby bylo možné vinutí navinout do dvou vrstev. Volba počtu štěrbin a počtu vodičů bude zřejmá z číselného příkladu výpočtu elektromotoru.

Průřez drátu pro vinutí kotvy lze určit vydělením proudu ve vodiči proudovou hustotou. Hustota proudu udává, kolik ampér prochází každým z nich čtvereční milimetr drátu a je označen řeckým písmenem A (delta). Průřez drátu, mm 2,

Hustota proudu pro domácí stejnosměrné motory by měla být zvolena v rozsahu od 6 do 12 A / mm 2. U malých motorů s vysokými otáčkami se proudová hustota přibližuje k horní doporučené hodnotě. U větších motorů s nižšími otáčkami blíže k nižší hodnotě.

Tento průřez vodiče s je předběžný. Ve druhém sloupci tabulky. 4-1 musíte najít průřez standardního vodiče, který je nejblíže vypočítanému. V prvním sloupci této tabulky najdeme průměr drátu d. Absence drátu požadovaného průměru nemůže zasahovat do výroby elektromotoru, protože existují velké možnosti pro výměnu drátu. Nejprve lze jeden vodič nahradit dvěma vodiči, pokud je průřez těchto vodičů stejný jako u nahrazovaného vodiče. Průřez drátu závisí na druhé mocnině jeho průměru, což znamená, že drát s 2krát menším průřezem bude mít průměr √2krát menší. Například místo drátu o průměru 0,29 mm můžete vzít dva dráty o průměru 0,2 mm. V tomto případě se proudová hustota téměř nezmění, ale počet drátů v drážce se zvýší dvakrát. Zvýší se také hustota vyplnění drážky dráty, protože každý drát má dvouvrstvou izolaci. Navíjení takového vinutí bude obtížnější. Jeden drát můžete nahradit dvěma s různými průměry. Například místo drátu o průměru 0,29 mm můžete vzít dva dráty: jeden o průměru 0,31 mm a druhý o průměru 0,27 mm. Jak je vidět z tabulky. 4 1 se součet průřezů dvou náhradních vodičů rovná průřezu nahrazovaného vodiče:

0,075 + 0,057 \u003d 0,132 mm 2.

Po konečném výběru průměru drátu d je nutné podle tabulky. 4-2 určete průměr izolovaný drát d od, přidáním oboustranné tloušťky δ z izolace:

Určete rozměry drážky. Průřez drážky S, mm 2, potřebný pro uložení vodičů vinutí, lze vypočítat podle vzorce:

kde k s je faktor plnění štěrbiny, který ukazuje, jak těsně vodiče vyplňují štěrbinu.

Čím menší je faktor plnění, tím větší by měla být plocha drážky. Čím větší je faktor plnění a čím silnější je izolace štěrbiny, tím obtížnější je navíjení vinutí. U elektromotorů vlastní výroby se doporučuje izolovat drážkovým pouzdrem 2 z elektrokartonu o tloušťce 0,2 mm. Na vrchu vinutí je v drážce instalován klín 3 z lepenky tloušťky 0,3 mm (obr. 4-4). Ve výpočtech můžete vzít faktor plnění k 3 = 0,4.

U motorů vyráběných v továrně mají štěrbiny složitě hruškovitý tvar (viz obrázek 2-10), aby bylo možné více vodičů aniž by došlo k oslabení tloušťky zubů mezi drážkami. U podomácku vyrobených elektromotorů je nejjednodušší vyvrtat kulaté drážky do stlačeného jádra kotvy (obr. 4-5).

Průměr drážky je určen jejím průřezem:

Vzdálenost mezi středy sousedních drážek, mm,

a tloušťka zubu, mm,

Tloušťka zubu v úzkém bodě musí být minimálně 2 mm. Pokud je podle výpočtu tloušťka zubu menší než 2 mm, je nutné zvětšit průměr kotvy. Štěrbina drážky a musí být o 1 mm větší než průměr izolovaného drátu.

Počet kolektorových desek v elektromotorech pro nízké napětí (12 V a méně) se rovná počtu štěrbin kotvy. Uložení vinutí kotvy do drážek a jejich připojení ke kolektorovým deskám je popsáno v kap. 5. Průřez uhlíko-grafitového kartáče S sh, cm 2, se volí podle vzorce:

kde? u je proudová hustota pod kartáčem? y \u003d 5÷8 A / cm 2.

Tím je výpočet kotvy ukončen.

Přistoupíme k výpočtu magnetické soustavy a budícího vinutí. Pro domácí elektromotor je nejjednodušší použít magnetický systém otevřený typ(obr. 4-5). Při výpočtu se nejprve určí vzduchová mezera δ mezi kotvou a póly. U stejnosměrných strojů je vzduchová mezera určena vzorcem

Úhel pólového oblouku lze zjistit z hodnoty a = 0,65. Polovina kruhu je 180°; tedy a=180° 0,65= 117°, zaokrouhleno nahoru na 120°.

Rozměry magnetického obvodu jsou vypočteny podle doporučených magnetických indukcí v jeho řezech. Při výpočtu průřezu sloupů a rámu se magnetický tok zvýší o 10 %, protože část čar se uzavírá mezi stranami rámu a obchází kotvu. Proto je magnetický tok pólů a rámu F st \u003d 1,1 F.

Indukce v rámu se bere B st \u003d 0,5 T. Délka polní čára v rámu L st se určí podle náčrtu (obr. 4-5). Zde tečkovaná čára ukazuje dráhu magnetického toku. Skládá se z následujících částí: dvě vzduchové mezery, dva zuby, kotva a lůžko. Chcete-li zjistit, které S. by měla vytvořit budicí cívku, je nutné vypočítat n. S. (Iw) pro každou z těchto sekcí a poté je všechny sečtěte. Začněme s výpočtem. S. ze vzduchové mezery.

Magnetizační síla dvou vzduchových mezer:

kde δ je vzduchová mezera na jedné straně kotvy, m; k δ je koeficient vzduchové mezery, který bere v úvahu, jak moc se magnetický odpor vzduchové mezery zvýší v důsledku přítomnosti drážkových štěrbin na kotvě; lze považovat k δ =1,1; B - indukce ve vzduchové mezeře, T.

K určení n. S. zuby armatury, musíte znát indukci v zubu. Tloušťka zubu je určena (4-12). Magnetický tok vstupuje do zubu částí obvodu kotvy, kterou zabírá jedna korunka zubu a jedna štěrbina drážky. Říká se tomu dělení zubů t 1 a a je určeno vzorcem

Indukce v zubu bude tolikrát větší než indukce ve vzduchové mezeře, kolikrát bude tloušťka zubu menší než dělení zubu. Navíc je třeba vzít v úvahu, že část délky kotvy zabírají izolační vrstvy mezi ocelovými plechy kotvy, které tvoří cca 10 %. Proto lze indukci v zubu určit podle vzorce

Tato indukce podle tabulky. 4-3 odpovídá intenzitě pole Hz. Pro výpočet n. S. o dvě výšky zubu, H z je třeba vynásobit dvojnásobkem výšky zubu. Vzhledem k tomu, že u kulatých drážek se indukce v horní a spodní části zubu snižuje, vynásobíme Hz výškou jednoho zubu lw z \u003d H z h z.

Při výpočtu indukce v jádru kotvy je třeba vzít v úvahu, že magnetický tok se v něm větví, a proto na jeden úsek dopadá pouze polovina toku. Průřez jádra kotvy podle obr. 4-5 se rovná vzdálenosti od základny drážky k hřídeli, vynásobené délkou kotvy l:

Je také nutné počítat s izolačními vrstvami mezi plechy. Tedy indukce v jádru kotvy

Tato indukce podle tabulky. 4-3 odpovídá Hi. Magnetizační síla jádra kotvy:

kde L i je délka elektrického vedení v jádře, m, podle obr. 4-5:

Jak je vidět na Obr. 4-5, tento motor nemá vyčnívající póly, protože jsou srostlé s rámem. Proto se výpočet pevné části magnetického obvodu redukuje na výpočet rámu. Šířka lože je určena danou indukcí B=0,5 T, m,

Síla pole Hst pro indukci 0,5 T je uvedena v tabulce. 4-3. Při určování délky siločáry v rámu narážíme na potíže, protože délka strany rámu závisí na tloušťce cívky a my ji zatím neznáme. Proto vezmeme tloušťku cívky b k \u003d 30 δ, kde δ je vzduchová mezera. Závislost mezi tloušťkou cívky a mezerou se vysvětluje tím, že n závisí především na velikosti mezery. S. cívky, a tedy i rozměry cívky. Po určení délky siločáry v rámu L st z náčrtu je možné vypočítat n. S. postele:

Nyní přidáme n. S. všechny oblasti:

Takové n. S. by měl vytvořit cívku, když motor běží naprázdno. Ale při zatížení, kdy se proud v kotvě zvýší, se projeví demagnetizační účinek magnetického pole kotvy. Proto n. S. cívky musí mít nějakou rezervu, která se vypočítá podle vzorce

Tedy n. S. cívky pod zatížením motoru

Proud kotvy bude procházet budicí cívkou, a proto počet závitů cívky bude w \u003d Iw / I.

Pro určení průřezu vodiče je třeba proud vydělit hustotou proudu. Trvá to méně než u vinutí kotvy, protože závity cívky jsou stacionární, a proto se hůře chladí.

Průřez drátu cívky, mm 2, s = I/?.

Podle tabulky 4-1 najděte nejbližší standardní průřez a průměr drátu. Výběr značky drátu podle tabulky. 4-2 najdeme průměr izolovaného drátu d pz. Chcete-li zjistit tloušťku cívky, musíte znát plochu mm 2, kterou zabírají závity cívky, kterou lze určit podle vzorce

Podělením plochy délkou cívky, která je naznačena na náčrtu l k, dostaneme tloušťku cívky, mm,

Takže podle jmenovitých údajů elektromotoru, které jsou vyjádřeny pouze třemi čísly, pomocí vzorců a tabulek jsme určili všechny rozměry elektromotoru potřebné pro jeho výrobu. Vypočítaný elektromotor bude fungovat spolehlivě a jeho ohřev nepřekročí povolené normy. To je hodnota výpočtu elektromotoru. Bylo by možné všechny tyto rozměry „uhádnout“ bez výpočtů? Pravděpodobně by musel být elektromotor několikrát předělán, aby se dosáhlo uspokojivého výsledku, přičemž by se na tyto úpravy strávilo několikrát více času než na výpočet, nemluvě o poškozených materiálech. Navíc během výpočtového procesu získáte dovednosti v technických výpočtech a znalosti z teorie elektrických strojů.

N.V. Vinogradov, Yu.N. Vinogradov
Jak si sami vypočítat a vyrobit elektromotor
Moskva 1974

Podmínky pro výběr elektromotoru

Volba jednoho z katalogových typů elektromotorů je považována za správnou při splnění následujících podmínek:

a) nejúplnější shoda elektromotoru s pracovním strojem (pohonem) z hlediska mechanických vlastností. To znamená, že elektromotor musí mít takovou mechanickou charakteristiku, aby dokázal poskytnout pohonu potřebné hodnoty rychlosti a zrychlení jak při provozu, tak při rozběhu;

b) maximální využití výkonu elektromotoru při provozu. Teplota všech aktivních částí elektromotoru v nejnáročnějších provozních režimech by měla být co nejblíže teplotě ohřevu stanovené normami, ale neměla by ji překročit;

c) soulad elektromotoru s pohonem a podmínkami životní prostředí podle návrhu;

d) soulad elektromotoru s parametry jeho napájecí sítě.

Pro výběr elektromotoru jsou vyžadovány následující počáteční údaje:

a) název a typ mechanismu;

b) maximální výkon na hnacím hřídeli mechanismu, pokud je provozní režim nepřetržitý a zatížení je konstantní, a v ostatních případech - grafy změn výkonu nebo momentu odporu jako funkce času;

c) rychlost otáčení hnacího hřídele mechanismu;

d) způsob kloubového spojení mechanismu s hřídelí motoru (v případě převodů je uveden typ převodu a převodový poměr);

e) velikost točivého momentu při rozběhu, který musí elektromotor zajistit na hnací hřídeli mechanismu;

f) meze regulace rychlosti hnaného mechanismu s uvedením horních a dolních hodnot rychlosti a odpovídajících hodnot výkonu a točivého momentu;

g) povaha a kvalita (plynulost, krokování) potřebného nastavení rychlosti;

h) četnost startů nebo zapnutí pohonu do hodiny; i) charakteristika prostředí.

Volba elektromotoru na základě všech podmínek se provádí podle katalogových údajů.

Pro mechanismy široké uplatnění výběr elektromotoru je vzhledem k údajům obsaženým v příslušných informacích výrobců značně zjednodušen a redukuje se na objasnění typu elektromotoru ve vztahu k parametrům sítě a charakteru prostředí.

Výběr elektromotorů podle výkonu

Volba výkonu elektromotoru musí být provedena v souladu s povahou zatížení pracovního stroje. Tato postava je hodnocena ze dvou důvodů:

a) podle jmenovitého režimu provozu;

b) změnami velikosti příkonu.

Existují následující režimy provozu:

a) dlouhá (dlouhá), když je pracovní doba tak dlouhá, že vyhřívání motoru dosáhne své ustálené hodnoty (například čerpadla, pásové dopravníky, ventilátory atd.);

b) krátkodobá, kdy délka pracovní doby je nedostatečná pro dosažení elektromotoru teplota - ohřev odpovídající danému zatížení a doby zastavení jsou naopak dostatečné k ochlazení motoru na okolní teplotu. V tomto režimu mohou fungovat elektromotory široké škály mechanismů;

c) přerušované - s relativním pracovním cyklem 15, 25, 40 a 60 % s dobou trvání jednoho cyklu nejvýše 10 minut (například pro jeřáby, některé obráběcí stroje, jednostanicové svařovací motorgenerátory atd. .).

Následující případy se vyznačují změnami ve velikosti spotřeby energie:

a) konstantní zatížení, kdy je množství spotřebovaného výkonu při provozu konstantní nebo má nepatrné odchylky od průměrné hodnoty, např. odstředivá čerpadla, ventilátory, kompresory s konstantním průtokem vzduchu apod.;

b) variabilní zátěž když se množství spotřebované energie periodicky mění, jako například u bagrů, jeřábů, některých obráběcích strojů atd.;

c) pulzující zatížení, kdy se množství spotřebovávaného výkonu plynule mění, jako např. u pístových čerpadel, čelisťových drtičů, třídičů apod.

Výkon elektromotoru musí splňovat tři podmínky:

a) normální ohřev během provozu;

b) dostatečná přetížitelnost;

c) dostatečný rozběhový moment.

Všechny elektromotory jsou rozděleny do dvou hlavních skupin:

a) pro dlouhodobý provoz (bez omezení doby zařazení);

b) pro přerušovaný provoz s pracovními cykly 15, 25, 40 a 60 %.

U první skupiny je v katalozích a pasech uveden nepřetržitý výkon, který může elektromotor vyvíjet neomezeně dlouho, u druhé skupiny výkon, který může elektromotor vyvinout přerušovanou prací po libovolně dlouhou dobu při určitém pracovním cyklu.

Ve všech případech se považuje za správně zvolený takový elektromotor, který při práci se zátěží podle plánu stanoveného pracovním strojem dosáhne plného povoleného ohřevu všech jeho částí. Volba elektromotorů s tzv. „výkonovou rezervou“ na základě nejvyššího možného zatížení podle harmonogramu vede k nedostatečnému využití elektromotoru a následně ke zvýšení investičních a provozních nákladů v důsledku snížení faktorů výkonu a účinnosti.

Nadměrné zvýšení výkonu motoru může také vést k trhání při akceleraci.

Pokud musí elektromotor pracovat po dlouhou dobu s konstantním nebo mírně se měnícím zatížením, pak jeho určení výkonu není obtížné a provádí se podle vzorců, které obvykle zahrnují empirické koeficienty.

Mnohem obtížnější je zvolit výkon elektromotorů jiných režimů provozu.

Krátkodobá zátěž se vyznačuje tím, že spínací periody jsou krátké a pauzy dostatečné pro úplné vychladnutí motoru. Předpokládá se, že zatížení elektromotoru během spínacích period zůstává konstantní nebo téměř konstantní.

Aby byl elektromotor v tomto režimu pro vytápění správně využíván, je nutné jej volit tak, aby jeho trvalý výkon (uvedený v katalozích) byl menší než výkon odpovídající krátkodobé zátěži, tedy aby el. motor během období svého krátkodobého provozu má tepelné přetížení.

Pokud jsou doby provozu elektromotoru výrazně kratší než doba potřebná k jeho plnému zahřátí, ale pauzy mezi spínacími periodami jsou výrazně kratší než doba úplného ochlazení, dochází k přerušované zátěži.

V praxi je třeba rozlišovat dva typy takové práce:

a) zatížení během pracovní doby je co do velikosti konstantní, a proto je jeho graf znázorněn obdélníky střídajícími se s pauzami;

b) zatížení v době práce se mění podle více či méně složitého zákona.

V obou případech lze problém výběru elektromotoru podle výkonu řešit jak analyticky, tak graficky. Obě tyto metody jsou poměrně složité, takže se prakticky doporučuje zjednodušená metoda ekvivalentní velikosti, která zahrnuje tři metody:

a) RMS proud;

b) RMS výkon;

c) střední čtvercový moment.

Kontrola mechanické přetížitelnosti elektromotoru

Po volbě výkonu elektromotoru podle topných podmínek je nutné zkontrolovat mechanickou přetížitelnost elektromotoru, t.j. ujistit se, že maximální zatěžovací moment dle harmonogramu při provozu a moment při rozběhu budou nepřekračovat hodnoty maximální točivý moment podle katalogu.

U asynchronních a synchronních elektromotorů je velikost přípustného mechanického přetížení určena jejich překlopným elektromagnetickým momentem, při jehož dosažení se tyto elektromotory zastaví.

Násobnost maximálních momentů vůči jmenovitým by měla být 1,8 pro třífázové asynchronní elektromotory se sběracími kroužky, minimálně 1,65 pro stejné elektromotory nakrátko. Násobnost maximálního točivého momentu synchronního motoru musí být také minimálně 1,65 při jmenovitých napětích, frekvenci a budící proud, s účiníkem 0,9 (s vedoucím proudem).

Prakticky asynchronní a synchronní elektromotory mají mechanickou přetížitelnost až 2-2,5 a u některých speciálních elektromotorů tato hodnota stoupá až na 3-3,5.

Přípustné přetížení stejnosměrných elektromotorů je určeno provozními podmínkami a podle GOST je od 2 do 4 z hlediska točivého momentu a spodní hranice platí pro elektromotory s paralelním a horní hranice - pro elektromotory se sériovým excitace.

Pokud jsou napájecí a rozvodné sítě citlivé na zatížení, pak je třeba zkontrolovat mechanickou přetížitelnost s přihlédnutím ke ztrátám napětí v sítích.

U asynchronních elektromotorů s kotvou nakrátko a synchronních elektromotorů musí být násobek počátečního momentu alespoň 0,9 (vzhledem k jmenovitému).

Ve skutečnosti je násobek počátečního točivého momentu u elektromotorů s dvojitou kotvou nakrátko a s hlubokou drážkou mnohem vyšší a dosahuje 2-2,4.

Při volbě výkonu elektromotoru je třeba mít na paměti, že zahřívání elektromotorů je ovlivněno frekvencí zapínání. Přípustná spínací frekvence závisí na normálním skluzu, momentu setrvačníku rotoru a násobku rozběhového proudu.

Asynchronní elektromotory normálních typů umožňují bez zatížení od 400 do 1000 a elektromotory se zvýšeným skluzem - od 1100 do 2700 startů za hodinu. Při startování pod zatížením se výrazně snižuje přípustný počet startů.

Startovací proud elektromotorů s rotorem nakrátko je velký a tato okolnost je důležitá v podmínkách častých startů a zejména při zvýšené době zrychlení.

Na rozdíl od elektromotorů s fázovým rotorem, u kterých se část tepla vzniklého při rozběhu uvolňuje v reostatu, tedy mimo stroj, u motorů s kotvou nakrátko se veškeré teplo uvolňuje v samotném stroji, což způsobuje jeho zvýšené vytápění. Volba výkonu těchto elektromotorů proto musí být provedena s ohledem na zahřívání při více startech.

Podmínky pro výběr elektromotoru

Volba jednoho z katalogových typů elektromotorů je považována za správnou při splnění následujících podmínek:

a) nejúplnější shoda elektromotoru s pracovním strojem (pohonem) z hlediska mechanických vlastností. To znamená, že elektromotor musí mít takovou mechanickou charakteristiku, aby dokázal poskytnout pohonu potřebné hodnoty rychlosti a zrychlení jak při provozu, tak při rozběhu;

b) maximální využití výkonu elektromotoru při provozu. Teplota všech aktivních částí elektromotoru v nejnáročnějších provozních režimech by měla být co nejblíže teplotě ohřevu stanovené normami, ale neměla by ji překročit;

c) soulad elektromotoru s pohonem a podmínkami prostředí dle provedení;

d) soulad elektromotoru s parametry jeho napájecí sítě.

Pro výběr elektromotoru jsou vyžadovány následující počáteční údaje:

a) název a typ mechanismu;

b) maximální výkon na hnacím hřídeli mechanismu, pokud je provozní režim kontinuální a zatížení je konstantní, a v ostatních případech - grafy změn výkonu nebo momentu odporu jako funkce času;

c) rychlost otáčení hnacího hřídele mechanismu;

d) způsob kloubového spojení mechanismu s hřídelí motoru (v případě převodů je uveden typ převodu a převodový poměr);

e) velikost točivého momentu při rozběhu, který musí elektromotor zajistit na hnací hřídeli mechanismu;

f) meze regulace rychlosti hnaného mechanismu s uvedením horních a dolních hodnot rychlosti a odpovídajících hodnot výkonu a točivého momentu;

g) povaha a kvalita (plynulost, krokování) potřebného nastavení rychlosti;

h) četnost startů nebo zapnutí pohonu do hodiny; i) charakteristika prostředí.

Volba elektromotoru na základě všech podmínek se provádí podle katalogových údajů.

Pro mechanismy široké aplikace je výběr elektromotoru vzhledem k údajům obsaženým v příslušných informacích výrobců značně zjednodušen a redukován na specifikaci typu elektromotoru ve vztahu k parametrům sítě a povaze prostředí.

Výběr elektromotorů podle výkonu

Volba výkonu elektromotoru musí být provedena v souladu s povahou zatížení pracovního stroje. Tato postava je hodnocena ze dvou důvodů:

a) podle jmenovitého režimu provozu;

b) změnami velikosti příkonu.

Existují následující režimy provozu:

a) dlouhá (dlouhá), když je pracovní doba tak dlouhá, že vyhřívání motoru dosáhne své ustálené hodnoty (například čerpadla, pásové dopravníky, ventilátory atd.);

b) krátkodobé, kdy doba provozu nestačí k tomu, aby elektromotor dosáhl teploty-ohřevu odpovídající danému zatížení, a doby odstávky jsou naopak dostatečné k ochlazení elektromotoru na okolní prostředí teplota. V tomto režimu mohou fungovat elektromotory široké škály mechanismů;

c) přerušované - s relativním pracovním cyklem 15, 25, 40 a 60 % s dobou trvání jednoho cyklu nejvýše 10 minut (například pro jeřáby, některé obráběcí stroje, jednostanicové svařovací motorgenerátory atd. .).

Následující případy se vyznačují změnami ve velikosti spotřeby energie:

a) konstantní zatížení, kdy je množství spotřebovaného výkonu při provozu konstantní nebo má nepatrné odchylky od průměrné hodnoty, např. odstředivá čerpadla, ventilátory, kompresory s konstantním průtokem vzduchu apod.;

b) proměnlivé zatížení, kdy se periodicky mění množství spotřebované energie, jako např. u bagrů, jeřábů, některých obráběcích strojů atd.;

c) pulzující zatížení, kdy se množství spotřebovávaného výkonu plynule mění, jako např. u pístových čerpadel, čelisťových drtičů, třídičů apod.

Výkon elektromotoru musí splňovat tři podmínky:

a) normální ohřev během provozu;

b) dostatečná přetížitelnost;

c) dostatečný rozběhový moment.

Všechny elektromotory jsou rozděleny do dvou hlavních skupin:

a) pro dlouhodobý provoz (bez omezení doby zařazení);

b) pro přerušovaný provoz s pracovními cykly 15, 25, 40 a 60 %.

U první skupiny je v katalozích a pasech uveden nepřetržitý výkon, který může elektromotor vyvíjet neomezeně dlouho, u druhé skupiny výkon, který může elektromotor vyvinout přerušovanou prací po libovolně dlouhou dobu při určitém pracovním cyklu.

Ve všech případech se považuje za správně zvolený takový elektromotor, který při práci se zátěží podle plánu stanoveného pracovním strojem dosáhne plného povoleného ohřevu všech jeho částí. Volba elektromotorů s tzv. „výkonovou rezervou“ na základě nejvyššího možného zatížení podle harmonogramu vede k nedostatečnému využití elektromotoru a následně ke zvýšení investičních a provozních nákladů v důsledku snížení faktorů výkonu a účinnosti.

Nadměrné zvýšení výkonu motoru může také vést k trhání při akceleraci.

Pokud musí elektromotor pracovat po dlouhou dobu s konstantním nebo mírně se měnícím zatížením, pak jeho určení výkonu není obtížné a provádí se podle vzorců, které obvykle zahrnují empirické koeficienty.

Mnohem obtížnější je zvolit výkon elektromotorů jiných režimů provozu.

Krátkodobá zátěž se vyznačuje tím, že spínací periody jsou krátké a pauzy dostatečné pro úplné vychladnutí motoru. Předpokládá se, že zatížení elektromotoru během spínacích period zůstává konstantní nebo téměř konstantní.

Aby byl elektromotor v tomto režimu pro vytápění správně využíván, je nutné jej volit tak, aby jeho trvalý výkon (uvedený v katalozích) byl menší než výkon odpovídající krátkodobé zátěži, tedy aby el. motor během období svého krátkodobého provozu má tepelné přetížení.

Pokud jsou doby provozu elektromotoru výrazně kratší než doba potřebná k jeho plnému zahřátí, ale pauzy mezi spínacími periodami jsou výrazně kratší než doba úplného ochlazení, dochází k přerušované zátěži.

V praxi je třeba rozlišovat dva typy takové práce:

a) zatížení během pracovní doby je co do velikosti konstantní, a proto je jeho graf znázorněn obdélníky střídajícími se s pauzami;

b) zatížení v době práce se mění podle více či méně složitého zákona.

V obou případech lze problém výběru elektromotoru podle výkonu řešit jak analyticky, tak graficky. Obě tyto metody jsou poměrně složité, takže se prakticky doporučuje zjednodušená metoda ekvivalentní velikosti, která zahrnuje tři metody:

a) RMS proud;

b) RMS výkon;

c) střední čtvercový moment.

Kontrola mechanické přetížitelnosti elektromotoru

Po volbě výkonu elektromotoru podle topných podmínek je nutné zkontrolovat mechanickou přetížitelnost elektromotoru, t.j. ujistit se, že maximální zatěžovací moment podle harmonogramu při provozu a moment při rozběhu nepřekročí hodnoty maximálního točivého momentu dle katalogu.

U asynchronních a synchronních elektromotorů je velikost přípustného mechanického přetížení určena jejich překlopným elektromagnetickým momentem, při jehož dosažení se tyto elektromotory zastaví.

Násobnost maximálních momentů vůči jmenovitým by měla být 1,8 pro třífázové asynchronní elektromotory se sběracími kroužky, minimálně 1,65 pro stejné elektromotory nakrátko. Násobnost maximálního točivého momentu synchronního motoru musí být rovněž minimálně 1,65 při jmenovitých napětích, frekvenci a budícím proudu, s účiníkem 0,9 (s vedoucím proudem).

Prakticky asynchronní a synchronní elektromotory mají mechanickou přetížitelnost až 2-2,5 a u některých speciálních elektromotorů tato hodnota stoupá až na 3-3,5.

Přípustné přetížení stejnosměrných elektromotorů je určeno provozními podmínkami a podle GOST je od 2 do 4 z hlediska točivého momentu a spodní hranice platí pro elektromotory s paralelním a horní hranice - pro elektromotory se sériovým excitace.

Pokud jsou napájecí a rozvodné sítě citlivé na zatížení, pak je třeba zkontrolovat mechanickou přetížitelnost s přihlédnutím ke ztrátám napětí v sítích.

U asynchronních elektromotorů s kotvou nakrátko a synchronních elektromotorů musí být násobek počátečního momentu alespoň 0,9 (vzhledem k jmenovitému).

Ve skutečnosti je násobek počátečního točivého momentu u elektromotorů s dvojitou kotvou nakrátko a s hlubokou drážkou mnohem vyšší a dosahuje 2-2,4.

Při volbě výkonu elektromotoru je třeba mít na paměti, že zahřívání elektromotorů je ovlivněno frekvencí zapínání. Přípustná spínací frekvence závisí na normálním skluzu, momentu setrvačníku rotoru a násobku rozběhového proudu.

Asynchronní elektromotory normálních typů umožňují bez zatížení od 400 do 1000 a elektromotory se zvýšeným skluzem - od 1100 do 2700 startů za hodinu. Při startování pod zatížením se výrazně snižuje přípustný počet startů.

Startovací proud elektromotorů s rotorem nakrátko je velký a tato okolnost je důležitá v podmínkách častých startů a zejména při zvýšené době zrychlení.

Na rozdíl od elektromotorů s fázovým rotorem, u kterých se část tepla vzniklého při rozběhu uvolňuje v reostatu, tedy mimo stroj, u motorů s kotvou nakrátko se veškeré teplo uvolňuje v samotném stroji, což způsobuje jeho zvýšené vytápění. Volba výkonu těchto elektromotorů proto musí být provedena s ohledem na zahřívání při více startech.