قوة المحرك: الصيغة وقواعد الحساب وأنواع وتصنيف المحركات الكهربائية

2024 مؤلف: Angel Austin | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-02 17:40

في الميكانيكا الكهروميكانيكية ، هناك العديد من المحركات التي تعمل بأحمال ثابتة دون تغيير سرعة الدوران. يتم استخدامها في المعدات الصناعية والمنزلية مثل المراوح والضواغط وغيرها. إذا كانت الخصائص الاسمية غير معروفة ، فسيتم استخدام صيغة قوة المحرك الكهربائي في الحسابات. تعتبر حسابات المعلمات ذات صلة بشكل خاص بمحركات الأقراص الجديدة وغير المعروفة. يتم إجراء الحساب باستخدام معاملات خاصة ، وكذلك على أساس الخبرة المتراكمة مع آليات مماثلة. البيانات ضرورية للتشغيل الصحيح للتمديدات الكهربائية

ما هو المحرك الكهربائي؟

المحرك الكهربائي هو جهاز يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. يعتمد تشغيل معظم الوحدات على تفاعل المغناطيسالحقول ذات الملف الدوار ، والتي يتم التعبير عنها في دورانها. تعمل من مصادر طاقة DC أو AC. يمكن أن يكون مصدر الطاقة عبارة عن بطارية أو عاكس أو منفذ طاقة. في بعض الحالات ، يعمل المحرك في الاتجاه المعاكس ، أي أنه يحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. تستخدم مثل هذه التركيبات على نطاق واسع في محطات توليد الطاقة التي تعمل بالهواء أو تدفق الماء.

المحركات الكهربائية مصنفة حسب نوع مصدر الطاقة والتصميم الداخلي والتطبيق والطاقة. أيضًا ، قد تحتوي محركات التيار المتردد على فرش خاصة. تعمل بجهد أحادي الطور أو ثنائي الطور أو ثلاثي الطور ، يتم تبريده بالهواء أو بالسوائل. صيغة طاقة محرك التيار المتردد

P=U x I،

حيث P هي الطاقة ، U هي الجهد ، أنا الحالي.

تُستخدم محركات الأقراص ذات الأغراض العامة بحجمها وخصائصها في الصناعة. تستخدم أكبر المحركات بقدرة تزيد عن 100 ميغاوات في محطات توليد الطاقة الخاصة بالسفن والضواغط ومحطات الضخ. تستخدم الأحجام الصغيرة في الأجهزة المنزلية مثل المكنسة الكهربائية أو المروحة.

تصميم محرك كهربائي

يتضمن محرك الأقراص:

• الدوار.
• الجزء الثابت.
• محامل.
• فجوة هوائية.
• لف
• تبديل.

الدوار هو الجزء المتحرك الوحيد من المحرك الذي يدور حول محوره. يمر التيار من خلال الموصلاتيشكل اضطراب استقرائي في اللف. يتفاعل المجال المغناطيسي المتولد مع المغناطيسات الدائمة للجزء الثابت ، مما يجعل العمود في حالة حركة. يتم حسابها وفقًا لصيغة قوة المحرك الكهربائي بالتيار ، والتي يتم أخذ الكفاءة وعامل الطاقة من أجلها ، بما في ذلك جميع الخصائص الديناميكية للعمود.

توجد المحامل على عمود الدوار وتساهم في دورانه حول محوره. الجزء الخارجي متصلون بهيكل المحرك. رمح يمر من خلالها ويخرج. نظرًا لأن الحمل يتجاوز منطقة عمل المحامل ، يطلق عليه المتدلية.

الجزء الثابت هو عنصر ثابت في الدائرة الكهرومغناطيسية للمحرك. قد يشمل مغناطيس متعرج أو دائم. يتكون قلب الجزء الثابت من ألواح معدنية رفيعة تسمى حزمة المحرك. إنه مصمم لتقليل فقد الطاقة ، والذي يحدث غالبًا مع القضبان الصلبة.

فجوة الهواء هي المسافة بين الجزء المتحرك والجزء الثابت. الفجوة الصغيرة فعالة ، لأنها تؤثر على معامل تشغيل المحرك الكهربائي المنخفض. يزيد التيار الممغنط مع زيادة حجم الفجوة. لذلك ، يحاولون دائمًا جعله في حده الأدنى ، ولكن إلى حدود معقولة. المسافة الصغيرة جدًا تسبب الاحتكاك وفك عناصر القفل.

اللف يتكون من أسلاك نحاسية مجمعة في ملف واحد. يوضع عادة حول قلب ممغنط ناعم ، يتكون من عدة طبقات من المعدن. يحدث اضطراب في مجال الاستقراء في الوقت الحاليالتيار الذي يمر عبر الأسلاك المتعرجة. في هذه المرحلة ، تدخل الوحدة في وضع تكوين القطب الصريح والضمني. في الحالة الأولى ، يخلق المجال المغناطيسي للتركيب لفًا حول قطعة القطب. في الحالة الثانية ، يتم تشتيت فتحات قطعة عمود الدوار في الحقل الموزع. المحرك ذو القطب المظلل له ملف يمنع الاضطراب المغناطيسي.

يستخدم المفتاح لتبديل جهد الدخل. وتتكون من حلقات تلامس موضوعة على العمود ومعزولة عن بعضها البعض. يتم تطبيق تيار المحرك على فرش التلامس الخاصة بالمبدل الدوار ، مما يؤدي إلى تغيير في القطبية ويؤدي إلى تدوير الجزء المتحرك من عمود إلى آخر. إذا لم يكن هناك جهد ، يتوقف المحرك عن الدوران. الآلات الحديثة مزودة بإلكترونيات إضافية تتحكم في عملية الدوران.

مبدأ العملية

وفقًا لقانون أرخميدس ، فإن التيار في الموصل يخلق مجالًا مغناطيسيًا تعمل فيه القوة F1. إذا كان الإطار المعدني مصنوعًا من هذا الموصل وتم وضعه في الحقل بزاوية 90 درجة ، فستواجه الحواف قوى موجهة في الاتجاه المعاكس بالنسبة لبعضها البعض. يقومون بإنشاء عزم دوران حول المحور ، والذي يبدأ في تدويره. توفر ملفات حديد التسليح التواء ثابتًا. يتم إنشاء المجال بواسطة مغناطيس كهربائي أو دائم. الخيار الأول مصنوع في شكل ملف متعرج على قلب فولاذي. وبالتالي ، فإن تيار الحلقة يولد مجالًا تحريضًا في لف المغناطيس الكهربائي ، والذي يولد محركًا كهربائيًاالقوة

دعونا نفكر بمزيد من التفصيل في تشغيل المحركات غير المتزامنة باستخدام مثال التركيبات مع دوار الطور. تعمل هذه الآلات على تيار متناوب بسرعة حديدية لا تساوي نبض المجال المغناطيسي. لذلك ، يطلق عليهم أيضًا اسم الاستقراء. يتم تحريك الجزء المتحرك عن طريق تفاعل التيار الكهربائي في الملفات مع المجال المغناطيسي.

عندما لا يكون هناك جهد في الملف المساعد ، يكون الجهاز في حالة راحة. بمجرد ظهور تيار كهربائي على ملامسات الجزء الثابت ، يتشكل ثابت المجال المغناطيسي في الفضاء بتموج + F و -F. يمكن تمثيلها بالصيغة التالية:

_{العلاقات العامة}=n_rev=f₁× 60 ÷ p=n₁

حيث:

_pr- عدد الدورات التي يقوم بها المجال المغناطيسي في الاتجاه الأمامي ، rpm ؛

_rev- عدد دورات المجال في الاتجاه المعاكس ، rpm ؛

f₁- تردد تموج التيار الكهربائي ، هرتز ؛

p - عدد الأقطاب ؛

₁- إجمالي عدد الدورات في الدقيقة.

مع نبضات المجال المغناطيسي ، يتلقى الدوار حركة أولية. نظرًا للتأثير غير المنتظم للتدفق ، فإنه سيطور عزم دوران. وفقًا لقانون الحث ، تتشكل القوة الدافعة الكهربائية في لف قصير الدائرة ، والذي يولد تيارًا. ترددها يتناسب مع انزلاق الدوار. بسبب تفاعل التيار الكهربائي مع المجال المغناطيسي ، يتم إنشاء عزم دوران العمود.

هناك ثلاث صيغ لحسابات الأداءقوة محرك كهربائي غير متزامن. عن طريق التحول الطوري ، استخدم

S=P ÷ cos (ألفا) ، حيث:

S هي القوة الواضحة المقاسة بالفولت أمبير.

P - القوة النشطة بالواط.

ألفا - تحول الطور.

تشير القوة الكاملة إلى المؤشر الحقيقي ، والقوة النشطة هي القوة المحسوبة.

أنواع المحركات الكهربائية

وفقًا لمصدر الطاقة ، يتم تقسيم محركات الأقراص إلى محركات تعمل من:

• العاصمة.
• AC.

وفقًا لمبدأ التشغيل ، يتم تقسيمهم بدورهم إلى:

• جامع.
• صمام.
• غير متزامن.
• متزامن.

لا تنتمي محركات التهوية إلى فئة منفصلة ، نظرًا لأن أجهزتها هي نوع من محرك المجمع. يشتمل تصميمها على محول إلكتروني ومستشعر موضع الدوار. عادة ما يتم دمجها مع لوحة التحكم. على نفقتهم ، يحدث التبديل المنسق للمحرك.

تعمل المحركات المتزامنة وغير المتزامنة حصريًا على التيار المتردد. يتم التحكم في الدوران بواسطة إلكترونيات متطورة. غير متزامن ينقسم إلى:

• ثلاث مراحل.
• مرحلتين.
• مرحلة واحدة.

الصيغة النظرية لقوة محرك كهربائي ثلاثي الأطوار عند توصيله بنجم أو دلتا

P=3U_f I_f cos (ألفا).

ومع ذلك ، بالنسبة للجهد الخطي والتيار يبدو هكذا

P=1، 73 × U_f× I_f× cos (alpha).

سيكون هذا مؤشرًا حقيقيًا لمقدار الطاقةيلتقط المحرك من الشبكة

متزامن مقسم إلى:

• الخطوة
• هجين.
• محث.
• التباطؤ.
• رد الفعل.

تتميز المحركات السائر بمغناطيس دائم في تصميمها ، لذلك لا يتم تصنيفها كفئة منفصلة. يتم التحكم في تشغيل الآليات باستخدام محولات التردد. هناك أيضًا محركات عالمية تعمل على التيار المتردد والتيار المستمر.

الخصائص العامة للمحركات

تحتوي جميع المحركات على معلمات مشتركة تُستخدم في صيغة تحديد قوة المحرك الكهربائي. بناءً عليها ، يمكنك حساب خصائص الجهاز. في الأدبيات المختلفة ، قد يتم تسميتهم بشكل مختلف ، لكنهم يعنون نفس الشيء. قائمة هذه المعلمات تشمل:

• عزم الدوران.
• قوة المحرك.
• الكفاءة
• عدد الثورات المقدرة.
• لحظة القصور الذاتي للدوار.
• الفولطية المقدرة.
• ثابت الزمن الكهربائي.

المعلمات المذكورة أعلاه ضرورية ، أولاً وقبل كل شيء ، لتحديد كفاءة التركيبات الكهربائية التي تعمل بالقوة الميكانيكية للمحركات. تعطي القيم المحسوبة فكرة تقريبية فقط عن الخصائص الفعلية للمنتج. ومع ذلك ، غالبًا ما تُستخدم هذه المؤشرات في صيغة قوة المحرك الكهربائي. هي التي تحدد فعالية الآلات.

عزم الدوران

هذا المصطلح له عدة مرادفات: لحظة القوة ، لحظة المحرك ، عزم الدوران ، عزم الدوران.تستخدم جميعها للدلالة على مؤشر واحد ، على الرغم من أنه من وجهة نظر الفيزياء ، فإن هذه المفاهيم ليست متطابقة دائمًا.

من أجل توحيد المصطلحات ، تم تطوير المعايير التي تجمع كل شيء في نظام واحد. لذلك ، في الوثائق الفنية ، يتم دائمًا استخدام عبارة "عزم الدوران". إنها كمية مادية متجهة ، والتي تساوي حاصل ضرب قيم متجه للقوة ونصف القطر. يتم رسم متجه نصف القطر من محور الدوران إلى نقطة القوة المطبقة. من وجهة نظر الفيزياء ، يكمن الاختلاف بين عزم الدوران وعزم الدوران في نقطة تطبيق القوة. في الحالة الأولى ، هذا جهد داخلي ، في الحالة الثانية - جهد خارجي. يتم قياس القيمة بوحدات نيوتن متر. ومع ذلك ، فإن صيغة قوة المحرك تستخدم عزم الدوران كقيمة أساسية.

يتم حسابه على أنه

M=F × r حيث:

M - عزم الدوران ، نيوتن متر ؛

F - القوة المطبقة ، H ؛

r - نصف القطر م

لحساب عزم الدوران المقدر للمشغل ، استخدم الصيغة

Mnom=30R_nom÷ pi × n_nom، حيث:

R_nom- القدرة المقدرة للمحرك الكهربائي ، W ؛

n_nom- السرعة الاسمية ، دقيقة^-1.

وفقًا لذلك ، يجب أن تبدو صيغة الطاقة المقدرة للمحرك الكهربائي كما يلي:

Pnom=M_nom pin_nom/ 30.

عادة ، يشار إلى جميع الخصائص في المواصفات. ولكن يحدث أنه يتعين عليك العمل مع منشآت جديدة تمامًا ،المعلومات التي يصعب جدًا العثور عليها. لحساب المعلمات التقنية لهذه الأجهزة ، يتم أخذ بيانات نظائرها. أيضًا ، دائمًا ما تُعرف الخصائص الاسمية فقط ، والتي ترد في المواصفات. يجب أن تحسب البيانات الحقيقية بنفسك.

قوة المحرك

بشكل عام ، هذه المعلمة هي كمية مادية قياسية ، يتم التعبير عنها في معدل الاستهلاك أو تحويل طاقة النظام. يوضح مقدار العمل الذي ستؤديه الآلية في وحدة زمنية معينة. في الهندسة الكهربائية ، تعرض الخاصية القوة الميكانيكية المفيدة على العمود المركزي. للإشارة إلى المؤشر ، يتم استخدام الحرف P أو W ، ووحدة القياس الرئيسية هي Watt. يمكن تمثيل الصيغة العامة لحساب قوة المحرك الكهربائي على النحو التالي:

P=dA ÷ dt حيث:

A - عمل ميكانيكي (مفيد) (طاقة) ، J ؛

t - الوقت المنقضي ، ثانية

العمل الميكانيكي هو أيضًا كمية مادية قياسية ، يتم التعبير عنها بفعل قوة على جسم ما ، اعتمادًا على اتجاه هذا الجسم وإزاحته. إنه ناتج متجه القوة والمسار:

dA=F × ds حيث:

s - المسافة المقطوعة ، م

تعبر عن المسافة التي ستتغلب عليها نقطة القوة المطبقة. بالنسبة للحركات الدورانية ، يتم التعبير عنها على النحو التالي:

ds=r × d (teta) ، حيث:

تيتا - زاوية الدوران ، راد.

بهذه الطريقة يمكنك حساب التردد الزاوي لدوران الدوار:

أوميغا=د (تيتا) ÷ دينارا.

منه يتبع صيغة قوة المحرك الكهربائي على العمود: P \u003d M ×أوميغا

كفاءة المحرك الكهربائي

الكفاءة هي خاصية تعكس كفاءة النظام عند تحويل الطاقة إلى طاقة ميكانيكية. يتم التعبير عنها كنسبة الطاقة المفيدة إلى الطاقة المستهلكة. وفقًا للنظام الموحد لوحدات القياس ، يتم تعيينها كـ "eta" وهي قيمة بدون أبعاد ، تُحسب كنسبة مئوية. معادلة كفاءة المحرك الكهربائي من حيث القوة:

eta=P₂÷ P₁حيث:

P₁- الطاقة الكهربائية (الإمداد) ، W ؛

P₂- طاقة مفيدة (ميكانيكية) ، W ؛

يمكن التعبير عنها أيضًا على النحو التالي:

eta=A ÷ Q × 100٪ ، حيث:

A - عمل مفيد ، J ؛

Q - الطاقة المستهلكة ، J.

في كثير من الأحيان يتم حساب المعامل باستخدام صيغة استهلاك الطاقة لمحرك كهربائي ، نظرًا لأن هذه المؤشرات يسهل قياسها دائمًا.

انخفاض كفاءة المحرك الكهربائي بسبب:

• الخسائر الكهربائية. يحدث هذا نتيجة تسخين الموصلات من مرور التيار خلالها.
• خسارة مغناطيسية. بسبب المغنطة المفرطة للنواة ، تظهر تيارات التباطؤ والدوامة ، وهو أمر مهم يجب مراعاته في صيغة قوة المحرك.
• خسارة ميكانيكية. ترتبط بالاحتكاك والتهوية.
• خسائر إضافية. تظهر بسبب التوافقيات في المجال المغناطيسي ، حيث أن الجزء الثابت والدوار مسنن. أيضا في اللف هناك توافقيات أعلى للقوة الدافعة المغناطيسية.

وتجدر الإشارة إلى أن الكفاءة هي أحد أهم المكوناتصيغ لحساب قوة المحرك الكهربائي ، حيث تتيح لك الحصول على الأرقام الأقرب إلى الواقع. في المتوسط ، يتراوح هذا الرقم من 10٪ إلى 99٪. يعتمد على تصميم الالية

عدد الثورات المقدرة

مؤشر رئيسي آخر للخصائص الكهروميكانيكية للمحرك هو سرعة العمود. يتم التعبير عنها في عدد الدورات في الدقيقة. غالبًا ما يتم استخدامه في صيغة طاقة محرك المضخة لمعرفة أدائه. ولكن يجب أن نتذكر أن المؤشر يختلف دائمًا في حالة الخمول والعمل تحت الحمل. يمثل المؤشر قيمة مادية مساوية لعدد الدورات الكاملة لفترة زمنية معينة.

صيغة حساب RPM:

n=30 × omega ÷ pi حيث:

n - سرعة المحرك ، دورة في الدقيقة.

لإيجاد قوة المحرك الكهربائي وفقًا لصيغة سرعة العمود ، من الضروري إحضاره لحساب السرعة الزاوية. لذا فإن P=M × omega ستبدو كما يلي:

P=M × (2pi × n ÷ 60)=M × (n ÷ 9، 55) حيث

ر=60 ثانية.

لحظة القصور الذاتي

هذا المؤشر عبارة عن كمية مادية قياسية تعكس مقياس القصور الذاتي للحركة الدورانية حول محورها. في هذه الحالة ، فإن كتلة الجسم هي قيمة القصور الذاتي أثناء الحركة الانتقالية. يتم التعبير عن السمة الرئيسية للمعلمة من خلال توزيع كتل الجسم ، والتي تساوي مجموع حاصل ضرب مربع المسافة من المحور إلى نقطة الأساس وكتل الجسم. في النظام الدولي للوحداتالقياس يرمز له بالكيلو جرام م²ويحسب بالصيغة:

J=∑ r²× dm حيث

J - لحظة القصور الذاتي ، كجم م²؛

m - كتلة الجسم ، كجم

لحظات القصور الذاتي والقوى مرتبطة بالعلاقة:

M - J × إبسيلون ، حيث

epsilon - التسارع الزاوي ، s^-2.

يتم حساب المؤشر على النحو التالي:

إبسيلون=د (أوميغا) × دي تي.

وهكذا ، بمعرفة كتلة ونصف قطر الدوار ، يمكنك حساب معلمات أداء الآليات. تتضمن صيغة قوة المحرك كل هذه الخصائص.

الفولطية المقدرة

يطلق عليه أيضًا اسم رمزي. يمثل الجهد الأساسي ، ويمثله مجموعة قياسية من الفولتية ، والتي تحددها درجة عزل المعدات الكهربائية والشبكة. في الواقع ، قد تختلف في نقاط مختلفة من المعدات ، ولكن لا ينبغي أن تتجاوز أقصى ظروف التشغيل المسموح بها ، والمصممة للتشغيل المستمر للآليات.

بالنسبة للتركيبات التقليدية ، يُفهم الجهد المقنن على أنه القيم المحسوبة التي يوفرها المطور في التشغيل العادي. يتم توفير قائمة جهد الشبكة القياسي في GOST. يتم وصف هذه المعلمات دائمًا في المواصفات الفنية للآليات. لحساب الأداء ، استخدم صيغة قوة المحرك الكهربائي بالتيار:

P=U × I.

الزمن الكهربائي ثابت

يمثل الوقت المطلوب للوصول إلى المستوى الحالي حتى 63٪ بعد تنشيطلفات محرك الأقراص. ترجع المعلمة إلى عمليات عابرة للخصائص الكهروميكانيكية ، لأنها عابرة بسبب المقاومة النشطة الكبيرة. الصيغة العامة لحساب ثابت الوقت هي:

t_e=L ÷ R.

ومع ذلك ، فإن ثابت الوقت الكهروميكانيكي t_mدائمًا أكبر من ثابت الوقت الكهرومغناطيسي t_e.يتسارع الدوار بسرعة صفر إلى أقصى سرعة خمول. في هذه الحالة ، تأخذ المعادلة الشكل

M=M_st+ J × (d (omega) ÷ dt) ، حيث

M_st=0.

من هنا نحصل على الصيغة:

M=J × (د (أوميغا) ÷ دت).

في الواقع ، يتم حساب ثابت الوقت الكهروميكانيكي من عزم الدوران البداية - M_p. الآلية التي تعمل في ظل ظروف مثالية بخصائص مستقيمة سيكون لها الصيغة:

M=M_p× (1 - omega ÷ omega₀) ، حيث

omega₀- سرعة الخمول.

تستخدم مثل هذه الحسابات في صيغة طاقة محرك المضخة عندما تعتمد شوط المكبس بشكل مباشر على سرعة العمود.

الصيغ الأساسية لحساب قوة المحرك

لحساب الخصائص الحقيقية للآليات ، تحتاج دائمًا إلى مراعاة العديد من المعلمات. بادئ ذي بدء ، تحتاج إلى معرفة التيار الذي يتم توفيره لملفات المحرك: مباشر أو متناوب. مبدأ عملهم مختلف ، وبالتالي ، فإن طريقة الحساب مختلفة. إذا كانت طريقة العرض المبسطة لحساب طاقة المحرك تبدو كالتالي:

P_el=U × I حيث

I - القوة الحالية ، A ؛

U - الجهد ، V ؛

P_el- توفير الطاقة الكهربائية. الثلاثاء

في صيغة طاقة محرك التيار المتردد ، يجب أيضًا مراعاة تحول الطور (ألفا). وفقًا لذلك ، تبدو حسابات محرك الأقراص غير المتزامن كما يلي:

P_el=U × I × cos (alpha).

بالإضافة إلى الطاقة النشطة (الإمداد) ، هناك أيضًا:

• S - رد الفعل ، VA. S=P ÷ cos (ألفا).
• Q - ممتلئ ، VA. Q=I × U × sin (alpha)

تحتاج الحسابات أيضًا إلى مراعاة الخسائر الحرارية والاستقرائية ، فضلاً عن الاحتكاك. لذلك ، يبدو نموذج الصيغة المبسطة لمحرك DC كما يلي:

P_el=Pmech + Rtep + Rind + Rtr_،حيث

Рmeh - طاقة مولدة مفيدة ، W ؛

Rtep - فقدان الحرارة ، W ؛

Rind - تكلفة الشحن في ملف الحث ، W ؛

RT - خسارة بسبب الاحتكاك ، W.

الخلاصة

تُستخدم المحركات الكهربائية في جميع مجالات الحياة البشرية تقريبًا: في الحياة اليومية ، وفي الإنتاج. من أجل الاستخدام الصحيح لمحرك الأقراص ، من الضروري معرفة ليس فقط خصائصه الاسمية ، ولكن أيضًا الخصائص الحقيقية. سيؤدي ذلك إلى زيادة كفاءتها وتقليل التكاليف.