motore elettricoè un meccanismo che converte l'energia elettrica in energia meccanica. Il principio di funzionamento di qualsiasi motore elettrico si basa sulla legge dell'induzione elettromagnetica. Tipicamente, un motore elettrico è costituito da una parte stazionaria (statore) e da un rotore (o armatura), in cui si creano campi magnetici stazionari o rotanti. I motori elettrici sono i più vari tipi e modifiche, sono ampiamente utilizzati in molti rami dell'attività umana e sono una delle componenti principali nei meccanismi e nelle spinte del per vari scopi. L'efficienza della produzione dipende direttamente dalle caratteristiche del motore elettrico.

Classificazione dei motori elettrici

Le parti principali che lo compongono Motori elettrici , sono lo statore e il rotore. Il rotore è la parte del motore che ruota e lo statore è la parte che rimane ferma. Il principio di funzionamento del motore elettrico risiede nell'interazione della rotazione campo magnetico, creato dall'avvolgimento dello statore e dalla corrente elettrica, che si trova nell'avvolgimento del rotore chiuso. Questo processo avvia la rotazione del rotore nella direzione del campo.

I principali tipi di motori elettrici:

• Motore corrente alternata;
• Motore corrente continua;
• Motore polifase;
• motore monofase;
• motore della valvola;
• Motore passo-passo;
• Motore collettore universale.

Quando si tratta di motori come motori elettrici asincroni, quindi si riferiscono al tipo di motori AC. Tali motori sono motori elettrici monofase , nonché bifase e trifase. Nei motori asincroni, la frequenza della corrente alternata nell'avvolgimento non corrisponde alla velocità del rotore. Il processo di funzionamento di un motore elettrico asincrono è fornito dalla differenza nel tempo di generazione dei campi magnetici dello statore e del rotore. Per questo motivo, la rotazione del rotore è ritardata rispetto al campo dello statore. Compra un motore elettrico tipo asincrono possibile per macchine che non richiedono condizioni speciali funzionamento del meccanismo di innesco.

Tipi di motori elettrici in base al grado di protezione dall'ambiente esterno:

• A prova di esplosione;
• protetto;
• Chiuso.

Motori elettrici antideflagranti avere una custodia robusta, che, in caso di esplosione del motore, preverrà danni a tutte le altre parti del meccanismo e preverrà un incendio.

Motori protetti durante il funzionamento vengono chiusi con speciali serrande e reti che proteggono il meccanismo da corpi estranei. Sono utilizzati in un ambiente dove non c'è alta umidità e impurità di gas, polvere, fumo e sostanze chimiche.

Motori chiusi hanno un guscio speciale che impedisce la penetrazione di polvere, gas, umidità e altre sostanze ed elementi che possono danneggiare il meccanismo del motore. Tali motori elettrici sono ermetici e non ermetici.

Area di applicazione convertitori di frequenza abbastanza esteso. Sono richiesti in macchine utensili e azionamenti elettrici di meccanismi industriali, nastri trasportatori, sistemi di ventilazione di scarico e così via. Il principio di funzionamento del chastotnik risiede nella regola per il calcolo della velocità angolare di rotazione dell'albero, che include un fattore come la frequenza dell'alimentazione. Pertanto, variando la frequenza di alimentazione dell'avvolgimento del motore, è possibile regolare direttamente la velocità di rotazione del rotore del motore, riducendo così la velocità del motore o aumentandola. Questi dispositivi sono anche chiamati "inverter", per via del metodo con cui viene risolto il compito di regolare contemporaneamente la frequenza e la tensione all'uscita del convertitore. Tutti i convertitori di frequenza sono necessariamente contrassegnati da targhette, che ne indicano le caratteristiche:

• La massima potenza possibile del motore elettrico;
• Tensione di alimentazione;
• Numero di fasi (monofase, trifase).

La maggior parte dei convertitori di frequenza industriali sono progettati per funzionare in reti trifase in corrente alternata, invece, esistono altri modelli, come i convertitori di frequenza per motori monofase.

Applicazione del motore elettrico

Vita uomo moderno difficile da immaginare senza un meccanismo come un motore elettrico. Dai un'occhiata in giro: sono diventati quasi onnipresenti. Oggi vengono utilizzati non solo in tutti i settori, ma anche nei trasporti, negli oggetti e nei dispositivi che li circondano Vita di ogni giorno, al lavoro ea casa. Asciugacapelli, ventilatori, macchine da cucire, strumenti di costruzione: questi sono tutt'altro elenco completo dispositivi che utilizzano motori elettrici.

Si tratta di motori elettrici asincroni particolarmente affidabili, grazie ai quali sono ampiamente utilizzati negli azionamenti di macchine per la lavorazione dei metalli, macchine per la lavorazione del legno e altre macchine industriali, in presse per forgiatura, macchine di sollevamento, ascensori, macchine per tessere, cucire e movimento terra, ventilatori industriali, compressori, pompe, centrifughe, betoniere . I motori delle gru sono utilizzati nell'edilizia capitalistica, industriale e civile, nell'industria mineraria, metallurgica, nell'energia, nei trasporti.

Metropolitana, tram, filobus: tutti questi mezzi di trasporto devono la loro esistenza al motore elettrico. Nessun ufficio o edificio residenziale oggi non può essere immaginato senza un condizionatore d'aria o un sistema di purificazione dell'aria: utilizzano anche motori elettrici. Il funzionamento della maggioranza equipaggiamento modernoè impossibile senza un motore elettrico, e quindi molto dipende dalla qualità e dall'affidabilità di questo meccanismo. La sua rottura può portare a risultati molto tristi, fino a un arresto della produzione e enormi perdite finanziarie. Pertanto, puoi acquistare motori elettrici solo da un fornitore affidabile e di fiducia che garantisca la qualità del prodotto.

Il principio di funzionamento del motore elettrico

Il principio di funzionamento del motore elettrico risiede nell'effetto del magnetismo, che consente di convertire efficacemente energia elettrica in meccanico. Il principio di conversione dell'energia in tipi diversi motori elettrici è lo stesso per tutti i tipi di motori elettrici, ma il design dei motori e il modo in cui la velocità della coppia può essere controllata possono differire. Tutti dal banco di scuola sono conosciuti l'esempio più semplice motore elettrico - quando il telaio ruota tra i poli di un magnete permanente. Naturalmente, il dispositivo di un motore elettrico, che viene utilizzato nei meccanismi industriali o negli elettrodomestici, è molto più complicato. Diamo un'occhiata a come funziona un motore elettrico asincrono, il più utilizzato nell'industria.

Il principio di funzionamento di un motore asincrono.

Principio operativo motore a induzione, come altri, si basa sull'uso di un campo magnetico rotante. La velocità di rotazione del campo magnetico è detta sincrona, poiché corrisponde alla velocità di rotazione del magnete. In questo caso, la velocità di rotazione del cilindro è solitamente chiamata asincrona, cioè non coincidente con la velocità di rotazione del magnete. La velocità di rotazione del cilindro (rotore) differisce dalla velocità sincrona di rotazione del campo magnetico di una piccola quantità, chiamata slittamento. Forzare per forzare elettricità per creare un campo magnetico rotante e utilizzarlo per ruotare il rotore, viene solitamente utilizzata una corrente trifase.

Dispositivo motore

Tre avvolgimenti, reti corrente trifase situato l'uno rispetto all'altro ad un angolo di 120°. All'interno del nucleo è fissato sull'asse un cilindro metallico, detto rotore del motore elettrico. Se gli avvolgimenti sono collegati tra loro e collegati a una rete di corrente trifase, il flusso magnetico totale creato dai tre poli risulterà rotante. Il flusso magnetico totale allo stesso tempo cambierà direzione con un cambiamento nella direzione della corrente negli avvolgimenti dello statore (poli). In questo caso, in un periodo di variazione della corrente negli avvolgimenti, il flusso magnetico farà un giro completo. Il flusso magnetico rotante trascinerà con sé il cilindro, ottenendo così un motore elettrico asincrono.

Gli avvolgimenti dello statore possono essere collegati a "stella", tuttavia si forma anche un campo magnetico rotante quando sono collegati a "triangolo". Se si scambiano gli avvolgimenti della seconda e della terza fase, il flusso magnetico cambierà la direzione della sua rotazione nell'opposto. Lo stesso risultato può essere ottenuto senza invertire gli avvolgimenti dello statore, ma indirizzando la corrente della seconda fase della rete nella terza fase dello statore e la terza fase della rete nella seconda fase dello statore. Pertanto, la direzione di rotazione del campo magnetico può essere modificata commutando due fasi qualsiasi.

Collegamento motore

Lo statore di un moderno motore elettrico asincrono ha poli inespressi, ovvero la superficie interna dello statore è completamente liscia. Per ridurre le perdite di correnti parassite, il nucleo dello statore è costituito da sottili lamiere di acciaio stampate. Il nucleo dello statore assemblato è fissato in una custodia in acciaio. Un avvolgimento di filo di rame è posato nelle fessure dello statore. Gli avvolgimenti di fase dello statore del motore elettrico sono collegati da una "stella" o un "triangolo", per il quale tutti gli inizi e le estremità degli avvolgimenti vengono portati nell'alloggiamento - a uno speciale schermo isolante. Un tale dispositivo statore è molto conveniente, in quanto consente di accendere i suoi avvolgimenti per diverse tensioni standard.

Il rotore di un motore a induzione, come lo statore, è assemblato da lamiere di acciaio stampate. L'avvolgimento è disposto nelle scanalature del rotore. A seconda del design del rotore, i motori elettrici asincroni sono suddivisi in motori con rotore a gabbia di scoiattolo e rotore di fase. L'avvolgimento del rotore a gabbia di scoiattolo è costituito da aste di rame poste nelle scanalature del rotore. Le estremità delle aste sono collegate con un anello di rame. Tale avvolgimento è chiamato avvolgimento a "gabbia di scoiattolo". Si noti che le barre di rame nelle scanalature non sono isolate.

4-6. CALCOLO DI UN MOTORE ELETTRICO DC

Iniziamo il calcolo con un motore a corrente continua, poiché il suo calcolo è più semplice e chiaro rispetto ai motori a corrente alternata. Ecco una spiegazione dettagliata di tutti i valori calcolati, che si troveranno poi nei motori AC. Il calcolo è dato per motori elettrici bipolari con eccitazione in serie.

Data la potenza, la velocità, la tensione del motore, è possibile determinare tutte le dimensioni e i dati di avvolgimento del motore elettrico. Il calcolo del motore elettrico inizia con la determinazione di due dimensioni principali, che sono il diametro e la lunghezza dell'indotto. Queste dimensioni sono incluse nella formula:

dove D è il diametro dell'ancora, m; l è la lunghezza dell'ancora, m; P I - potenza di progetto, W; A—carico lineare dell'indotto, A/m; B è l'induzione magnetica nel traferro, T; n - velocità nominale, giri/min.

La lunghezza e il diametro dell'indotto del motore elettrico sono espressi in metri, poiché in questo caso risultano più comode e semplici le formule di calcolo relative alle dimensioni del motore con induzione e flusso. I risultati di calcolo ottenuti in metri possono essere facilmente convertiti in centimetri o millimetri per scopi pratici nella produzione di varie parti.

Il lato sinistro della formula è proporzionale al volume dell'ancora. Infatti moltiplicandolo per π e diviso per 4 si otterrà il volume del cilindro, che è l'indotto del motore elettrico. Come si può vedere dal lato destro della formula, il volume dell'indotto è proporzionale alla potenza del motore elettrico Pi e inversamente proporzionale alla frequenza di rotazione n. Da ciò si può concludere che maggiore è la frequenza di rotazione del armatura del motore, minori saranno le sue dimensioni a parità di potenza. E le dimensioni delle restanti parti del motore elettrico dipendono anche dalle dimensioni dell'indotto.

Potenza stimata del motore elettrico, W,

dove E è e. d.s., indotto nell'avvolgimento dell'indotto quando ruota in un campo magnetico, V; I è la corrente assorbita dal motore elettrico dalla sorgente, A; P è la potenza nominale del motore elettrico, W; η è il rendimento del motore elettrico, il cui valore è desumibile dalla curva di fig. 4-2; come si evince dalla curva, i valori di efficienza decrescono al diminuire della potenza del motore.

Il valore numerico della potenza di progetto si ottiene risolvendo (4-2), dove sono noti i valori di tutte le grandezze. La potenza nominale è sempre maggiore della potenza nominale del motore elettrico, poiché parte dell'energia erogata viene persa nel motore elettrico stesso.

La corrente assorbita dal motore elettrico, A,

dove P è la potenza nominale, W; U - tensione nominale, V; η è l'efficienza secondo la curva di Fig. 4-2.

Ora possiamo definire e. ds E, che sarà necessario in futuro:

dove N è il numero di conduttori dell'avvolgimento dell'indotto; il fattore 2 al denominatore lo mostra corrente totale l'armatura I dalla piastra del collettore si dirama tra due conduttori di avvolgimento e solo la metà della corrente passa attraverso ciascun conduttore; il prodotto πD esprime la circonferenza dell'armatura.

Pertanto, il carico lineare mostra quanti ampere cadono su 1 m della circonferenza dell'armatura. Il carico lineare A e l'induzione magnetica nel traferro B sono chiamati carichi elettromagnetici. Mostrano quanto sia carico il motore elettrico in termini elettrici e magnetici. Da (4-1) si può vedere che più grande è il prodotto AB, più piccole saranno le dimensioni dell'ancora. Ma i valori di A e B non devono superare un certo limite, altrimenti il ​​motore elettrico si surriscalda molto durante il funzionamento.

Tuttavia, il riscaldamento del motore elettrico dipende non solo dai carichi elettromagnetici, ma anche dal tempo del suo funzionamento. Alcuni motori funzionano a lungo senza fermarsi, come i motori delle ventole. Altri motori funzionano in modo intermittente per consentire loro di raffreddarsi, come modellini di gru, giradischi, aspirapolvere. Il funzionamento dei motori elettrici con interruzioni è chiamato funzionamento intermittente. Ciò significa che il motore viene acceso per un breve periodo, quindi si verifica un'interruzione e il motore viene riacceso.

La durata dell'inclusione di un tale motore elettrico è espressa come percentuale di un certo periodo, che viene preso in 10 minuti. Ad esempio, se il motore funziona per un periodo di 2,5 minuti e il resto del tempo è inattivo, il ciclo di lavoro è del 25%. Se il motore elettrico funziona per 4 minuti, il ciclo di lavoro è del 40%.

La scelta del carico lineare e dell'induzione magnetica avviene secondo le curve di fig. 4-3, dove il rapporto tra potenza nominale e velocità nominale è tracciato lungo l'asse orizzontale. Sulla fig. La tabella 4-3 fornisce i valori A e B per i motori a servizio continuo. Ad esempio, se un motore elettrico con una potenza di 80 W alla velocità di 4000 giri/min lavora a lungo a pieno carico, allora mettiamo da parte il valore 80/4000=20 10 -3 sull'asse orizzontale. Sulla linea verticale, contiamo il valore del carico lineare A \u003d 9.000 A / me l'induzione nel traferro B \u003d 0,35 T.

Con il funzionamento intermittente con un duty cycle del 25%, i valori dei carichi elettromagnetici possono essere aumentati del 30%, ovvero possono essere presi 1,3 volte di più. Quindi

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

e l'induzione magnetica

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

Denota l/D=e. Il valore di e per i piccoli motori elettrici varia da 0,4 a 1,6. Se devi ottenere un motore elettrico con una lunghezza inferiore, ma con un diametro maggiore, prendiamo e = 0,4. Se invece il motore elettrico deve entrare in un tubo di piccolo diametro, allora scegliamo e = 1,6. Se le dimensioni del motore elettrico non sono vincolate da alcuna condizione, di solito si assume e = 1. Introducendo il rapporto l/D = e sul lato sinistro di (4-1), ci liberiamo di una l sconosciuta e (4-1) appare come:

Definito D, troviamo l=De. Pertanto, vengono determinate le dimensioni principali del motore elettrico.

Passiamo ora al calcolo dell'avvolgimento dell'indotto. Per fare ciò, è necessario determinare il flusso magnetico del motore elettrico.

Se l'induzione magnetica nel traferro viene moltiplicata per l'area attraverso la quale le linee di forza entrano nell'armatura, otteniamo il flusso magnetico del motore elettrico, che indichiamo con la lettera greca F (phi):

Il flusso magnetico è misurato in weber. La lettera greca τ (tau) denota la divisione dei poli, cioè la parte del cerchio dell'armatura che cade su un polo. In un motore elettrico bipolare, la divisione dei poli è τ=πD/2. La lettera greca a (alfa) indica quale parte della divisione dei poli è occupata dall'arco del polo b t (Fig. 4-5). Di solito prendi a = 0,65. Pertanto, il prodotto aτl fornisce l'area del polo rivolta verso l'armatura.

Il numero di cave di ancoraggio è determinato dal rapporto Z≈3D, in cui il diametro dell'ancora è espresso in centimetri. Si consiglia di prendere il numero dispari più vicino a quello ricevuto. Il numero di conduttori dell'indotto è determinato dalla formula

Il numero di conduttori in una scanalatura N z = N/Z. Il numero N z ottenuto durante il calcolo deve essere arrotondato al numero intero pari più vicino in modo che l'avvolgimento possa essere avvolto in due strati. La scelta del numero di cave e del numero di conduttori risulterà chiara dall'esempio numerico del calcolo del motore elettrico.

La sezione trasversale del filo per l'avvolgimento dell'indotto può essere determinata dividendo la corrente nel conduttore per la densità di corrente. La densità di corrente indica quanti ampere passano attraverso ciascuno millimetro quadrato sezione del filo, ed è indicato dalla lettera greca A (delta). Pertanto, la sezione trasversale del filo, mm 2,

La densità di corrente per i motori CC fatti in casa deve essere selezionata nell'intervallo da 6 a 12 A / mm 2. Per i piccoli motori con velocità elevate, la densità di corrente viene avvicinata al valore massimo consigliato. Per motori più grandi con velocità più basse, più vicino al valore più basso.

Questa sezione del filo s è preliminare. Nella seconda colonna della Tabella. 4-1 è necessario trovare la sezione trasversale del filo standard, che è la più vicina a quella calcolata. Nella prima colonna di questa tabella troviamo il diametro del filo d. L'assenza di un filo del diametro richiesto non può interferire con la produzione di un motore elettrico, poiché ci sono grandi opportunità per sostituire il filo. Innanzitutto un filo può essere sostituito da due fili, se la sezione di questi fili è la stessa del filo sostituito. La sezione trasversale del filo dipende dal quadrato del suo diametro, il che significa che un filo con una sezione trasversale 2 volte inferiore avrà un diametro √2 volte inferiore. Ad esempio, invece di un filo con un diametro di 0,29 mm, puoi prendere due fili con un diametro di 0,2 mm. In questo caso, la densità di corrente cambierà appena, ma il numero di fili nella scanalatura aumenterà di 2 volte. Aumenterà anche la densità di riempimento della scanalatura con i fili, poiché ogni filo ha un isolamento a due strati. Avvolgere un tale avvolgimento sarà più difficile. È possibile sostituire un filo con due di diverso diametro. Ad esempio, invece di un filo con un diametro di 0,29 mm, puoi prendere due fili: uno con un diametro di 0,31 mm e l'altro con un diametro di 0,27 mm. Come si può vedere dalla Tabella. 4 1, la somma delle sezioni dei due fili sostitutivi è uguale alla sezione del filo in sostituzione:

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

Avendo infine scelto il diametro del filo d, è necessario secondo la tabella. 4-2 determinare il diametro filo isolato d da, sommando lo spessore bifacciale δ dall'isolamento:

Determina le dimensioni del solco. La sezione trasversale della scanalatura S, mm 2, necessaria per accogliere i conduttori degli avvolgimenti, può essere calcolata con la formula:

dove k s è il fattore di riempimento della fessura, che mostra quanto strettamente i conduttori riempiono la fessura.

Minore è il fattore di riempimento, maggiore dovrebbe essere l'area della scanalatura. Maggiore è il fattore di riempimento e più spesso è l'isolamento della fessura, più difficile sarà avvolgere l'avvolgimento. Nei motori elettrici autocostruiti, si consiglia di isolare con un manicotto scanalato 2 in cartone elettrico spesso 0,2 mm. Sopra l'avvolgimento, nella scanalatura è installato un cuneo 3 di cartone spesso 0,3 mm (Fig. 4-4). Nei calcoli, puoi prendere il fattore di riempimento k 3 = 0,4.

Nei motori fabbricati in fabbrica, le fessure sono a forma di pera intricata (vedere la Figura 2-10) per ospitare più conduttori senza indebolire lo spessore dei denti tra le scanalature. Nei motori elettrici fatti in casa, è più facile praticare scanalature rotonde nel nucleo dell'indotto compresso (Fig. 4-5).

Il diametro della scanalatura è determinato dalla sua sezione trasversale:

Distanza tra i centri di scanalature adiacenti, mm,

e spessore del dente, mm,

Lo spessore del dente nel punto stretto deve essere di almeno 2 mm. Se, secondo il calcolo, lo spessore del dente è inferiore a 2 mm, è necessario aumentare il diametro dell'ancora. L'asola della scanalatura a deve essere maggiore di 1 mm rispetto al diametro del filo isolato.

Il numero di piastre collettori nei motori elettrici per bassa tensione (12 V e inferiore) è considerato uguale al numero di slot dell'indotto. La posa dell'avvolgimento dell'indotto nelle scanalature e il loro collegamento alle piastre del collettore sono descritti nel cap. 5. La sezione trasversale della spazzola in carbon-grafite S sh, cm 2, è selezionata dalla formula:

dove? u è la densità di corrente sotto il pennello, ? y \u003d 5÷8 A / cm 2.

Questo conclude il calcolo dell'ancora.

Si procede al calcolo del sistema magnetico e dell'avvolgimento di eccitazione. Per un motore elettrico fatto in casa, il modo più semplice è utilizzare un sistema magnetico tipo aperto(Fig. 4-5). Quando si calcola, prima di tutto, viene determinato il traferro δ tra l'armatura ei poli. Nelle macchine DC, il traferro è determinato dalla formula

L'angolo dell'arco polare può essere trovato dal valore a = 0,65. La metà del cerchio è di 180°; quindi, a=180° 0,65= 117°, arrotonda a 120°.

Le dimensioni del circuito magnetico sono calcolate secondo le induzioni magnetiche consigliate nelle sue sezioni. Quando si calcola la sezione trasversale dei poli e del telaio, il flusso magnetico viene aumentato del 10%, poiché parte delle linee si chiude tra i lati del telaio, bypassando l'ancora. Pertanto, il flusso magnetico dei poli e il telaio F st \u003d 1,1 F.

L'induzione nel telaio viene presa B st \u003d 0,5 T. Lunghezza linea di campo nel telaio L st è determinata secondo lo schizzo (Fig. 4-5). Qui, la linea tratteggiata mostra il percorso del flusso magnetico. Si compone delle seguenti sezioni: due traferri, due denti, un'ancora e un letto. Per scoprire quale Insieme a. dovrebbe creare una bobina di eccitazione, è necessario calcolare n. Insieme a. (Iw) per ciascuna di queste sezioni e poi sommarle tutte. Iniziamo il calcolo. Insieme a. dal traferro.

Forza magnetizzante di due traferri:

dove δ è il traferro su un lato dell'ancora, m; k δ è il coefficiente di traferro, che tiene conto di quanto aumenta la resistenza magnetica del traferro per la presenza di scanalature sull'ancorante; può essere considerato k δ =1,1; B - induzione nel traferro, T.

Per determinare n. Insieme a. denti dell'armatura, è necessario conoscere l'induzione nel dente. Lo spessore del dente è determinato da (4-12). Il flusso magnetico entra nel dente attraverso una parte della circonferenza dell'armatura, che è occupata da una corona del dente e da una fessura della scanalatura. Si chiama divisione del dente t 1 ed è determinato dalla formula

L'induzione nel dente sarà tante volte maggiore dell'induzione nel traferro, quante volte lo spessore del dente è inferiore alla divisione del dente. Inoltre, va tenuto conto del fatto che parte della lunghezza dell'indotto è occupata da strati isolanti tra le lamiere di acciaio dell'indotto, che costituiscono circa il 10%. Pertanto, l'induzione nel dente può essere determinata dalla formula

Questa induzione secondo la tabella. 4-3 corrisponde all'intensità del campo H z . Per calcolare n. Insieme a. per due altezze del dente, H z deve essere moltiplicato per il doppio dell'altezza del dente. Tuttavia, dato che con le scanalature rotonde, l'induzione nella parte superiore e inferiore del dente diminuisce, moltiplichiamo H z per l'altezza di un dente lw z \u003d H z h z.

Quando si calcola l'induzione nel nucleo dell'indotto, è necessario tenere conto del fatto che il flusso magnetico al suo interno si ramifica e quindi solo la metà del flusso cade su una sezione. La sezione trasversale del nucleo di ancoraggio secondo la fig. 4-5 è uguale alla distanza dalla base della scanalatura all'albero, moltiplicata per la lunghezza dell'armatura l:

È inoltre necessario tenere conto degli strati isolanti tra i fogli. Pertanto, l'induzione nel nucleo dell'armatura

Questa induzione secondo la tabella. 4-3 corrisponde a H i. Forza magnetizzante del nucleo dell'indotto:

dove L i è la lunghezza della linea elettrica nel nucleo, m, secondo la fig. 4-5:

Come si vede in fig. 4-5, questo motore non ha poli sporgenti in quanto fusi con il telaio. Pertanto, il calcolo della parte fissa del circuito magnetico si riduce al calcolo del telaio. La larghezza del letto è determinata dall'induzione data B=0,5 T, m,

L'intensità del campo H st per un'induzione di 0,5 T si trova nella tabella. 4-3. Quando determiniamo la lunghezza della linea di campo nel telaio, incontriamo difficoltà, poiché la lunghezza del lato del telaio dipende dallo spessore della bobina e non lo sappiamo ancora. Pertanto, prendiamo lo spessore della bobina b k \u003d 30 δ, dove δ è il traferro. La dipendenza tra lo spessore della bobina e la fessura è spiegata dal fatto che n dipende principalmente dalla dimensione della fessura. Insieme a. bobine, e quindi le dimensioni della bobina. Determinata dal disegno la lunghezza della linea elettrica nel telaio L st, è possibile calcolare n. Insieme a. letti:

Ora aggiungiamo n. Insieme a. tutte le aree:

Tale n. Insieme a. dovrebbe creare una bobina quando il motore è al minimo. Ma sotto carico, quando la corrente nell'armatura aumenterà, apparirà l'effetto smagnetizzante del campo magnetico dell'armatura. Pertanto n. Insieme a. le bobine devono avere un certo margine, che viene calcolato dalla formula

Così, n. Insieme a. bobine sotto carico del motore

La corrente di armatura passerà attraverso la bobina di eccitazione e quindi il numero di giri della bobina sarà w \u003d Iw / I.

Per determinare la sezione trasversale del filo, la corrente deve essere divisa per la densità di corrente. Ci vuole meno che per l'avvolgimento dell'indotto, poiché le spire della bobina sono stazionarie e quindi si raffreddano peggio.

Sezione del filo della bobina, mm 2, s = I/?.

Secondo la tabella 4-1 trova la sezione standard e il diametro del filo più vicini. Selezione della marca del filo, secondo la tabella. 4-2 troviamo il diametro del filo isolato d pz. Per conoscere lo spessore della bobina è necessario conoscere l'area, mm 2, occupata dalle spire della bobina, che può essere determinata dalla formula

Dividendo l'area per la lunghezza della bobina, che è indicata nello schizzo l k, otteniamo lo spessore della bobina, mm,

Quindi, in base ai dati nominali del motore elettrico, che sono espressi in soli tre numeri, utilizzando formule e tabelle, abbiamo determinato tutte le dimensioni del motore elettrico necessarie per la sua fabbricazione. Il motore elettrico calcolato funzionerà in modo affidabile e il suo riscaldamento non andrà oltre le norme consentite. Questo è il valore del calcolo del motore elettrico. Sarebbe possibile "indovinare" tutte queste dimensioni senza calcoli? Probabilmente il motore elettrico andrebbe rifatto più volte per ottenere un risultato soddisfacente, dedicando parecchie volte più tempo a queste alterazioni che al calcolo, per non parlare dei materiali danneggiati. Inoltre, durante il processo di calcolo, acquisirai competenze nei calcoli tecnici e conoscenze nella teoria delle macchine elettriche.

N.V. Vinogradov, Yu.N. Vinogradov
Come calcolare e realizzare un motore elettrico da soli
Mosca 1974

Condizioni per la scelta di un motore elettrico

La scelta di una delle tipologie di motori elettrici a catalogo si considera corretta se sono soddisfatte le seguenti condizioni:

a) la più completa corrispondenza del motore elettrico alla macchina operatrice (azionamento) in termini di proprietà meccaniche. Ciò significa che il motore elettrico deve avere una caratteristica meccanica tale da poter fornire all'azionamento i valori di velocità e accelerazione necessari sia durante il funzionamento che durante l'avviamento;

b) massimo utilizzo della potenza del motore elettrico durante il funzionamento. La temperatura di tutte le parti attive del motore elettrico nelle modalità di funzionamento più severe dovrebbe essere il più vicino possibile alla temperatura di riscaldamento prevista dalle norme, ma non superarla;

c) conformità del motore elettrico all'azionamento e alle condizioni ambiente in base alla progettazione;

d) conformità del motore elettrico ai parametri della sua rete di alimentazione.

Per selezionare un motore elettrico sono necessari i seguenti dati iniziali:

a) nome e tipo di meccanismo;

b) massima potenza sull'albero motore del meccanismo, se la modalità di funzionamento è continua e il carico è costante, e negli altri casi - grafici delle variazioni di potenza o momento di resistenza in funzione del tempo;

c) velocità di rotazione dell'albero di trasmissione del meccanismo;

d) il metodo di articolazione del meccanismo con l'albero motore (in presenza di ingranaggi sono indicati il ​​tipo di ingranaggio e il rapporto di trasmissione);

e) la quantità di coppia all'avviamento che il motore elettrico deve fornire sull'albero motore del meccanismo;

f) limiti di controllo della velocità del meccanismo azionato, indicando i valori di velocità superiore e inferiore e i corrispondenti valori di potenza e coppia;

g) la natura e la qualità (scorrevolezza, passo) della necessaria regolazione della velocità;

h) frequenza di avviamenti o accensioni del drive entro un'ora; i) caratteristiche dell'ambiente.

La scelta di un motore elettrico in base a tutte le condizioni viene effettuata in base ai dati di catalogo.

Per i meccanismi ampia applicazione la scelta di un motore elettrico è notevolmente semplificata grazie ai dati contenuti nelle relative informative dei costruttori, e si riduce a specificare il tipo di motore elettrico in relazione ai parametri di rete e alla natura dell'ambiente.

La scelta dei motori elettrici di potenza

La scelta della potenza del motore elettrico deve essere fatta in funzione della natura dei carichi della macchina operatrice. Questo carattere è valutato per due motivi:

a) secondo la modalità di funzionamento nominale;

b) dalle variazioni dell'entità del consumo di energia.

Esistono le seguenti modalità di funzionamento:

a) lungo (lungo), quando il periodo di lavoro è così lungo che riscaldamento del motore raggiunge il valore di regime (ad esempio pompe, nastri trasportatori, ventilatori, ecc.);

b) a breve termine, quando la durata del periodo di lavoro è insufficiente al raggiungimento del motore elettrico temperatura - riscaldamento corrispondente ad un determinato carico, ed i periodi di arresto, invece, sono sufficienti per raffreddare il motore fino a temperatura ambiente. In questa modalità possono funzionare motori elettrici di un'ampia varietà di meccanismi;

c) intermittente - con duty cycle relativo del 15, 25, 40 e 60% con durata di un ciclo non superiore a 10 minuti (ad esempio per gru, alcune macchine utensili, motogeneratori monostazione di saldatura, ecc. .).

I seguenti casi si distinguono per le variazioni dell'entità del consumo di energia:

a) carico costante, quando la potenza assorbita durante il funzionamento è costante o presenta lievi scostamenti dal valore medio, come pompe centrifughe, ventilatori, compressori a portata d'aria costante, ecc.;

b) carico variabile quando la quantità di energia consumata cambia periodicamente, come, ad esempio, con escavatori, gru, alcune macchine utensili, ecc.;

c) carico pulsante, quando la quantità di energia consumata cambia continuamente, come, ad esempio, con pompe a pistoni, frantoi a mascelle, vagli, ecc.

La potenza del motore elettrico deve soddisfare tre condizioni:

a) riscaldamento normale durante il funzionamento;

b) sufficiente capacità di sovraccarico;

c) coppia di spunto sufficiente.

Tutti i motori elettrici sono divisi in due gruppi principali:

a) per operatività pluriennale (senza limitare la durata dell'inclusione);

b) per funzionamento intermittente con duty cycle del 15, 25, 40 e 60%.

Per il primo gruppo, i cataloghi e i passaporti indicano la potenza a lungo termine che il motore elettrico può sviluppare indefinitamente, per il secondo gruppo - la potenza che il motore elettrico può sviluppare, lavorando in modo intermittente per un tempo arbitrariamente lungo a un determinato ciclo di lavoro.

In tutti i casi si considera correttamente selezionato un tale motore elettrico che, lavorando con un carico secondo il programma impostato dalla macchina operatrice, raggiunge il pieno riscaldamento consentito di tutte le sue parti. La scelta di motori elettrici con il cosiddetto "power margin", basato sul carico più alto possibile secondo il programma, comporta un sottoutilizzo del motore elettrico e, di conseguenza, un aumento dei costi di capitale e di esercizio dovuto ad un diminuzione dei fattori di potenza ed efficienza.

Un aumento eccessivo della potenza del motore può anche causare strappi durante l'accelerazione.

Se il motore elettrico deve funzionare a lungo con un carico costante o leggermente variabile, la sua determinazione della potenza non è difficile e viene eseguita secondo formule che solitamente includono coefficienti empirici.

È molto più difficile scegliere la potenza dei motori elettrici di altre modalità di funzionamento.

Il carico a breve termine è caratterizzato dal fatto che i periodi di commutazione sono brevi e le pause sono sufficienti per il completo raffreddamento del motore. Si presume che il carico del motore elettrico durante i periodi di commutazione rimanga costante o quasi costante.

Affinché il motore elettrico possa essere utilizzato correttamente in questa modalità per il riscaldamento, è necessario selezionarlo in modo che la sua potenza continua (indicata nei cataloghi) sia inferiore alla potenza corrispondente al carico di breve durata, cioè in modo che l'impianto elettrico il motore durante i periodi del suo funzionamento a breve termine presenta un sovraccarico termico.

Se i periodi di funzionamento del motore elettrico sono notevolmente inferiori al tempo necessario per il suo riscaldamento completo, ma le pause tra i periodi di commutazione sono notevolmente inferiori al tempo per il raffreddamento completo, si ha un carico intermittente.

In pratica, si dovrebbero distinguere due tipi di tali lavori:

a) il carico durante il periodo di lavoro è di grandezza costante e, pertanto, il suo grafico è rappresentato da rettangoli alternati a pause;

b) il carico durante il periodo di lavoro cambia secondo una legge più o meno complessa.

In entrambi i casi il problema della scelta di un motore elettrico di potenza può essere risolto sia analiticamente che graficamente. Entrambi questi metodi sono piuttosto complessi, quindi è praticamente consigliato un metodo semplificato di grandezza equivalente, che include tre metodi:

a) corrente efficace;

b) potenza efficace;

c) momento quadrato medio.

Verifica della capacità di sovraccarico meccanico del motore elettrico

Dopo aver selezionato la potenza del motore elettrico in funzione delle condizioni di riscaldamento, è necessario verificare la capacità di sovraccarico meccanico del motore elettrico, ovvero assicurarsi che la coppia massima di carico secondo il programma durante il funzionamento e la coppia all'avviamento siano non superare i valori momento massimo per catalogo.

Per i motori elettrici asincroni e sincroni, la quantità di sovraccarico meccanico consentito è determinata dal loro momento elettromagnetico di ribaltamento, al raggiungimento del quale questi motori elettrici si fermano.

La molteplicità dei momenti massimi rispetto a quelli nominali dovrebbe essere 1,8 per i motori elettrici asincroni trifase con collettori rotanti, almeno 1,65 per gli stessi motori elettrici in cortocircuito. Anche la molteplicità della coppia massima del motore sincrono deve essere almeno 1,65 alle tensioni nominali, alla frequenza e corrente di eccitazione, con un fattore di potenza di 0,9 (con corrente anticipata).

I motori elettrici praticamente asincroni e sincroni hanno una capacità di sovraccarico meccanico fino a 2-2,5 e per alcuni motori elettrici speciali questo valore sale a 3-3,5.

Il sovraccarico consentito dei motori CC è determinato dalle condizioni operative e, secondo GOST, va da 2 a 4 in termini di coppia e il limite inferiore si applica ai motori elettrici con parallelo e il limite superiore ai motori elettrici con eccitazione in serie .

Se le reti di alimentazione e distribuzione sono sensibili al carico, è necessario verificare la capacità di sovraccarico meccanico tenendo conto delle perdite di tensione nelle reti.

Per i motori elettrici asincroni a gabbia e sincroni, la molteplicità della coppia iniziale deve essere almeno 0,9 (rispetto a quella nominale).

In realtà la molteplicità della coppia iniziale per i motori elettrici con doppia gabbia di scoiattolo e con gola profonda è molto più alta e arriva a 2-2,4.

Quando si sceglie la potenza di un motore elettrico, è necessario tenere presente che il riscaldamento dei motori elettrici è influenzato dalla frequenza di accensione. La frequenza di commutazione consentita dipende dallo scorrimento normale, dal momento volanico del rotore e dalla molteplicità della corrente di avviamento.

I motori elettrici asincroni di tipo normale consentono senza carico da 400 a 1000 e motori elettrici con scorrimento aumentato - da 1100 a 2700 avviamenti all'ora. Quando si avvia sotto carico, il numero consentito di avviamenti viene notevolmente ridotto.

La corrente di spunto dei motori elettrici con rotore a gabbia di scoiattolo è elevata e questa circostanza è importante in condizioni di avviamenti frequenti e soprattutto con tempi di accelerazione aumentati.

A differenza dei motori elettrici con rotore di fase, in cui parte del calore generato all'avviamento viene ceduto nel reostato, cioè all'esterno della macchina, nei motori elettrici in corto circuito tutto il calore viene ceduto all'interno della macchina stessa, il che provoca il suo maggiore riscaldamento. Pertanto, la scelta della potenza di questi motori elettrici deve essere fatta tenendo conto del riscaldamento durante più avviamenti.

Condizioni per la scelta di un motore elettrico

La scelta di una delle tipologie di motori elettrici a catalogo si considera corretta se sono soddisfatte le seguenti condizioni:

a) la più completa corrispondenza del motore elettrico alla macchina operatrice (azionamento) in termini di proprietà meccaniche. Ciò significa che il motore elettrico deve avere una caratteristica meccanica tale da poter fornire all'azionamento i valori di velocità e accelerazione necessari sia durante il funzionamento che durante l'avviamento;

b) massimo utilizzo della potenza del motore elettrico durante il funzionamento. La temperatura di tutte le parti attive del motore elettrico nelle modalità di funzionamento più severe dovrebbe essere il più vicino possibile alla temperatura di riscaldamento prevista dalle norme, ma non superarla;

c) conformità del motore elettrico all'azionamento e alle condizioni ambientali secondo il progetto;

d) conformità del motore elettrico ai parametri della sua rete di alimentazione.

Per selezionare un motore elettrico sono necessari i seguenti dati iniziali:

a) nome e tipo di meccanismo;

b) la potenza massima sull'albero motore del meccanismo, se il modo di funzionamento è continuo e il carico è costante, e negli altri casi - grafici delle variazioni di potenza o coppia resistente in funzione del tempo;

c) velocità di rotazione dell'albero di trasmissione del meccanismo;

d) il metodo di articolazione del meccanismo con l'albero motore (in presenza di ingranaggi sono indicati il ​​tipo di ingranaggio e il rapporto di trasmissione);

e) la quantità di coppia all'avviamento che il motore elettrico deve fornire sull'albero motore del meccanismo;

f) limiti di controllo della velocità del meccanismo azionato, indicando i valori di velocità superiore e inferiore e i corrispondenti valori di potenza e coppia;

g) la natura e la qualità (scorrevolezza, passo) della necessaria regolazione della velocità;

h) frequenza di avviamenti o accensioni del drive entro un'ora; i) caratteristiche dell'ambiente.

La scelta di un motore elettrico in base a tutte le condizioni viene effettuata in base ai dati di catalogo.

Per i meccanismi di ampia applicazione, la scelta di un motore elettrico è notevolmente semplificata grazie ai dati contenuti nelle relative informazioni dei costruttori, e si riduce a chiarire la tipologia di motore elettrico in relazione ai parametri di rete e alla natura dell'ambiente.

La scelta dei motori elettrici di potenza

La scelta della potenza del motore elettrico deve essere fatta in funzione della natura dei carichi della macchina operatrice. Questo carattere è valutato per due motivi:

a) secondo la modalità di funzionamento nominale;

b) dalle variazioni dell'entità del consumo di energia.

Esistono le seguenti modalità di funzionamento:

a) lungo (lungo), quando il periodo di lavoro è così lungo che riscaldamento del motore raggiunge il valore di regime (ad esempio pompe, nastri trasportatori, ventilatori, ecc.);

b) di breve durata, quando la durata del periodo di lavoro è insufficiente affinché il motore elettrico raggiunga la temperatura-riscaldamento corrispondente al carico dato, ed i periodi di spegnimento, invece, sono sufficienti per raffreddare il motore elettrico all'ambiente temperatura. In questa modalità possono funzionare motori elettrici di un'ampia varietà di meccanismi;

c) intermittente - con duty cycle relativo del 15, 25, 40 e 60% con durata di un ciclo non superiore a 10 minuti (ad esempio per gru, alcune macchine utensili, motogeneratori monostazione di saldatura, ecc. .).

I seguenti casi si distinguono per le variazioni dell'entità del consumo di energia:

a) carico costante, quando la potenza assorbita durante il funzionamento è costante o presenta lievi scostamenti dal valore medio, come pompe centrifughe, ventilatori, compressori a portata d'aria costante, ecc.;

b) carico variabile, quando la quantità di energia consumata cambia periodicamente, come, ad esempio, con escavatori, gru, alcune macchine utensili, ecc.;

c) carico pulsante, quando la quantità di energia consumata cambia continuamente, come, ad esempio, con pompe a pistoni, frantoi a mascelle, vagli, ecc.

La potenza del motore elettrico deve soddisfare tre condizioni:

a) riscaldamento normale durante il funzionamento;

b) sufficiente capacità di sovraccarico;

c) coppia di spunto sufficiente.

Tutti i motori elettrici sono divisi in due gruppi principali:

a) per operatività pluriennale (senza limitare la durata dell'inclusione);

b) per funzionamento intermittente con duty cycle del 15, 25, 40 e 60%.

Per il primo gruppo, i cataloghi e i passaporti indicano la potenza a lungo termine che il motore elettrico può sviluppare indefinitamente, per il secondo gruppo - la potenza che il motore elettrico può sviluppare, lavorando in modo intermittente per un tempo arbitrariamente lungo a un determinato ciclo di lavoro.

In tutti i casi si considera correttamente selezionato un tale motore elettrico che, lavorando con un carico secondo il programma impostato dalla macchina operatrice, raggiunge il pieno riscaldamento consentito di tutte le sue parti. La scelta di motori elettrici con il cosiddetto "power margin", basato sul carico più alto possibile secondo il programma, comporta un sottoutilizzo del motore elettrico e, di conseguenza, un aumento dei costi di capitale e di esercizio dovuto ad un diminuzione dei fattori di potenza ed efficienza.

Un aumento eccessivo della potenza del motore può anche causare strappi durante l'accelerazione.

Se il motore elettrico deve funzionare a lungo con un carico costante o leggermente variabile, la sua determinazione della potenza non è difficile e viene eseguita secondo formule che solitamente includono coefficienti empirici.

È molto più difficile scegliere la potenza dei motori elettrici di altre modalità di funzionamento.

Il carico a breve termine è caratterizzato dal fatto che i periodi di commutazione sono brevi e le pause sono sufficienti per il completo raffreddamento del motore. Si presume che il carico del motore elettrico durante i periodi di commutazione rimanga costante o quasi costante.

Affinché il motore elettrico possa essere utilizzato correttamente in questa modalità per il riscaldamento, è necessario selezionarlo in modo che la sua potenza continua (indicata nei cataloghi) sia inferiore alla potenza corrispondente al carico di breve durata, cioè in modo che l'impianto elettrico il motore durante i periodi del suo funzionamento a breve termine presenta un sovraccarico termico.

Se i periodi di funzionamento del motore elettrico sono notevolmente inferiori al tempo necessario per il suo riscaldamento completo, ma le pause tra i periodi di commutazione sono notevolmente inferiori al tempo per il raffreddamento completo, si ha un carico intermittente.

In pratica, si dovrebbero distinguere due tipi di tali lavori:

a) il carico durante il periodo di lavoro è di grandezza costante e, pertanto, il suo grafico è rappresentato da rettangoli alternati a pause;

b) il carico durante il periodo di lavoro cambia secondo una legge più o meno complessa.

In entrambi i casi il problema della scelta di un motore elettrico di potenza può essere risolto sia analiticamente che graficamente. Entrambi questi metodi sono piuttosto complessi, quindi è praticamente consigliato un metodo semplificato di grandezza equivalente, che include tre metodi:

a) corrente efficace;

b) potenza efficace;

c) momento quadrato medio.

Verifica della capacità di sovraccarico meccanico del motore elettrico

Dopo aver selezionato la potenza del motore elettrico in funzione delle condizioni di riscaldamento, è necessario verificare la capacità di sovraccarico meccanico del motore elettrico, ovvero assicurarsi che la coppia massima di carico secondo il programma durante il funzionamento e la coppia all'avviamento siano non superare i valori della coppia massima secondo catalogo.

Per i motori elettrici asincroni e sincroni, la quantità di sovraccarico meccanico consentito è determinata dal loro momento elettromagnetico di ribaltamento, al raggiungimento del quale questi motori elettrici si fermano.

La molteplicità dei momenti massimi rispetto a quelli nominali dovrebbe essere 1,8 per i motori elettrici asincroni trifase con collettori rotanti, almeno 1,65 per gli stessi motori elettrici in cortocircuito. Anche la molteplicità della coppia massima del motore sincrono deve essere almeno 1,65 alle tensioni nominali, frequenza e corrente di eccitazione, con un fattore di potenza di 0,9 (con corrente anticipata).

I motori elettrici praticamente asincroni e sincroni hanno una capacità di sovraccarico meccanico fino a 2-2,5 e per alcuni motori elettrici speciali questo valore sale a 3-3,5.

Il sovraccarico consentito dei motori CC è determinato dalle condizioni operative e, secondo GOST, va da 2 a 4 in termini di coppia e il limite inferiore si applica ai motori elettrici con parallelo e il limite superiore ai motori elettrici con eccitazione in serie .

Se le reti di alimentazione e distribuzione sono sensibili al carico, è necessario verificare la capacità di sovraccarico meccanico tenendo conto delle perdite di tensione nelle reti.

Per i motori elettrici asincroni a gabbia e sincroni, la molteplicità della coppia iniziale deve essere almeno 0,9 (rispetto a quella nominale).

In realtà la molteplicità della coppia iniziale per i motori elettrici con doppia gabbia di scoiattolo e con gola profonda è molto più alta e arriva a 2-2,4.

Quando si sceglie la potenza di un motore elettrico, è necessario tenere presente che il riscaldamento dei motori elettrici è influenzato dalla frequenza di accensione. La frequenza di commutazione consentita dipende dallo scorrimento normale, dal momento volanico del rotore e dalla molteplicità della corrente di avviamento.

I motori elettrici asincroni di tipo normale consentono senza carico da 400 a 1000 e motori elettrici con scorrimento aumentato - da 1100 a 2700 avviamenti all'ora. Quando si avvia sotto carico, il numero consentito di avviamenti viene notevolmente ridotto.

La corrente di spunto dei motori elettrici con rotore a gabbia di scoiattolo è elevata e questa circostanza è importante in condizioni di avviamenti frequenti e soprattutto con tempi di accelerazione aumentati.

A differenza dei motori elettrici con rotore di fase, in cui parte del calore generato all'avviamento viene ceduto nel reostato, cioè all'esterno della macchina, nei motori elettrici in corto circuito tutto il calore viene ceduto all'interno della macchina stessa, il che provoca il suo maggiore riscaldamento. Pertanto, la scelta della potenza di questi motori elettrici deve essere fatta tenendo conto del riscaldamento durante più avviamenti.