Nguvu ya injini: fomula, sheria za kukokotoa, aina na uainishaji wa injini za umeme

2024 Mwandishi: Angel Austin | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-02 17:56

Katika mitambo ya kielektroniki, kuna viendeshi vingi vinavyofanya kazi kwa mizigo isiyobadilika bila kubadilisha kasi ya mzunguko. Zinatumika katika vifaa vya viwandani na vya nyumbani kama vile mashabiki, compressors na wengine. Ikiwa sifa za majina hazijulikani, basi formula ya nguvu ya motor ya umeme hutumiwa kwa mahesabu. Mahesabu ya vigezo yanafaa hasa kwa viendeshi vipya na vidogo vinavyojulikana. Hesabu inafanywa kwa kutumia coefficients maalum, na pia kwa misingi ya uzoefu wa kusanyiko na taratibu zinazofanana. Data ni muhimu kwa uendeshaji sahihi wa usakinishaji wa umeme.

Motor ya umeme ni nini?

Mota ya umeme ni kifaa kinachobadilisha nishati ya umeme kuwa nishati ya kiufundi. Uendeshaji wa vitengo vingi hutegemea mwingiliano wa sumakumashamba yenye upepo wa rotor, ambayo inaonyeshwa katika mzunguko wake. Wanafanya kazi kutoka kwa vyanzo vya nguvu vya DC au AC. Ugavi wa umeme unaweza kuwa betri, inverter, au kituo cha umeme. Katika baadhi ya matukio, injini inafanya kazi kinyume chake, yaani, inabadilisha nishati ya mitambo kuwa nishati ya umeme. Ufungaji kama huo hutumiwa sana katika mitambo ya umeme inayoendeshwa na hewa au mtiririko wa maji.

Mota za umeme zimeainishwa kulingana na aina ya chanzo cha nishati, muundo wa ndani, matumizi na nishati. Pia, viendeshi vya AC vinaweza kuwa na brashi maalum. Wanafanya kazi kwenye voltage ya awamu moja, awamu mbili au awamu ya tatu, ni hewa au kioevu kilichopozwa. Fomula ya nguvu ya injini ya AC

P=U x I, ambapo P ni nishati, U ni voltage, mimi ni ya sasa.

Viendeshi vya madhumuni ya jumla vilivyo na ukubwa na sifa zao hutumiwa katika tasnia. Injini kubwa zaidi yenye uwezo wa megawati zaidi ya 100 hutumiwa katika mitambo ya nguvu ya meli, compressor na vituo vya kusukumia. Saizi ndogo zaidi hutumiwa katika vifaa vya nyumbani kama vile kisafisha utupu au feni.

Muundo wa injini ya umeme

Hifadhi inajumuisha:

Rota.
Stator.
Bearings.
Pengo la hewa.
Upepo.
Badilisha.

Rotor ndiyo sehemu pekee inayosonga ya hifadhi inayozunguka mhimili wake yenyewe. Inapita kwa sasa kupitia makondaktahufanya usumbufu wa kufata katika vilima. Sehemu ya sumaku inayozalishwa inaingiliana na sumaku za kudumu za stator, ambayo huweka shimoni katika mwendo. Zinahesabiwa kulingana na formula ya nguvu ya motor ya umeme kwa sasa, ambayo sababu ya ufanisi na nguvu huchukuliwa, ikiwa ni pamoja na sifa zote za nguvu za shimoni.

Bearings ziko kwenye shimoni la rota na huchangia kuzunguka kwake kwenye mhimili wake. Sehemu ya nje imeunganishwa na nyumba ya injini. Shimoni hupitia kwao na nje. Kwa kuwa mzigo unapita zaidi ya eneo la kazi la fani, inaitwa overhanging.

Stator ni kipengele kisichobadilika cha saketi ya sumakuumeme ya injini. Inaweza kujumuisha sumaku za vilima au za kudumu. Msingi wa stator hutengenezwa kwa sahani nyembamba za chuma, ambazo huitwa mfuko wa silaha. Imeundwa ili kupunguza upotevu wa nishati, ambayo mara nyingi hutokea kwa vijiti imara.

Pengo la hewa ni umbali kati ya rota na stator. Pengo ndogo ni la ufanisi, kwani inathiri mgawo wa chini wa uendeshaji wa motor umeme. Nguvu ya magnetizing inaongezeka kwa ukubwa wa pengo. Kwa hiyo, daima hujaribu kuifanya iwe ndogo, lakini kwa mipaka inayofaa. Umbali mdogo sana husababisha msuguano na kulegea kwa vipengee vya kufunga.

Mviringo huwa na waya wa shaba uliounganishwa kwenye koili moja. Kawaida huwekwa karibu na msingi laini wa sumaku, unaojumuisha tabaka kadhaa za chuma. Uharibifu wa uwanja wa induction hutokea kwa sasasasa kupita kwa waya za vilima. Katika hatua hii, kitengo kinaingia katika hali ya usanidi wa pole na wazi. Katika kesi ya kwanza, uwanja wa sumaku wa ufungaji huunda vilima karibu na kipande cha pole. Katika kesi ya pili, inafaa ya kipande cha pole ya rotor hutawanywa kwenye uwanja uliosambazwa. Motor ya nguzo yenye kivuli ina vilima ambavyo hukandamiza usumbufu wa sumaku.

Swichi hutumika kubadili voltage ya ingizo. Inajumuisha pete za mawasiliano ziko kwenye shimoni na zimetengwa kutoka kwa kila mmoja. Mkondo wa silaha hutumiwa kwa maburusi ya mawasiliano ya mzunguko wa rotary, ambayo husababisha mabadiliko katika polarity na husababisha rotor kuzunguka kutoka pole hadi pole. Ikiwa hakuna voltage, motor inachaacha inazunguka. Mashine za kisasa zina vifaa vya ziada vya kielektroniki vinavyodhibiti mchakato wa mzunguko.

Kanuni ya uendeshaji

Kulingana na sheria ya Archimedes, mkondo katika kondakta huunda uga wa sumaku ambapo nguvu F1 hufanya kazi. Ikiwa sura ya chuma imetengenezwa kutoka kwa kondakta huyu na kuwekwa kwenye shamba kwa pembe ya 90 °, basi kando kando itapata nguvu zinazoelekezwa kinyume chake kuhusiana na kila mmoja. Wanaunda torque juu ya mhimili, ambayo huanza kuizunguka. Coils ya silaha hutoa torsion mara kwa mara. Shamba huundwa na sumaku za umeme au za kudumu. Chaguo la kwanza linafanywa kwa namna ya vilima vya coil kwenye msingi wa chuma. Kwa hivyo, sasa ya kitanzi inazalisha shamba la induction katika upepo wa electromagnet, ambayo huzalisha electromotivelazimisha.

Hebu tuchunguze kwa undani zaidi uendeshaji wa motors asynchronous kwa kutumia mfano wa usakinishaji na rotor ya awamu. Mashine kama hizo hufanya kazi kwa kubadilisha sasa na kasi ya silaha ambayo si sawa na msukumo wa uwanja wa sumaku. Kwa hiyo, pia huitwa kufata neno. Rota inaendeshwa na mwingiliano wa mkondo wa umeme kwenye koili zilizo na uga wa sumaku.

Wakati hakuna volteji katika sehemu ya ziada ya kuweka nyuma, kifaa kinapumzika. Mara tu mkondo wa umeme unapoonekana kwenye mawasiliano ya stator, uwanja wa sumaku mara kwa mara kwenye nafasi huundwa na ripple ya + F na -F. Inaweza kuwakilishwa kama fomula ifuatayo:

_pr=n_rev=f₁ × 60 ÷ p=n₁

wapi:

_pr - idadi ya mapinduzi ambayo uga wa sumaku hufanya katika mwelekeo wa mbele, rpm;

_rev - idadi ya zamu za uwanja katika mwelekeo tofauti, rpm;

f₁ - masafa ya mawimbi ya mkondo wa umeme, Hz;

p - idadi ya nguzo;

₁ - jumla ya RPM.

Inapitia midundo ya uga wa sumaku, rota hupokea mwendo wa kwanza. Kwa sababu ya athari isiyo ya sare ya mtiririko, itaendeleza torque. Kwa mujibu wa sheria ya induction, nguvu ya electromotive huundwa katika upepo mfupi wa mzunguko, ambayo hutoa sasa. Mzunguko wake ni sawia na kuingizwa kwa rotor. Kwa sababu ya mwingiliano wa mkondo wa umeme na uwanja wa sumaku, torati ya shimoni huundwa.

Kuna fomula tatu za hesabu za utendakazinguvu ya motor ya umeme ya asynchronous. Kwa matumizi ya zamu ya awamu

S=P ÷ cos (alpha), ambapo:

S ni nishati inayoonekana kupimwa katika Volt-Amps.

P - nishati inayotumika katika Wati.

alpha - zamu ya awamu.

Nguvu kamili inarejelea kiashirio halisi, na nishati inayotumika ndiyo iliyokokotwa.

Aina za injini za umeme

Kulingana na chanzo cha nishati, hifadhi zimegawanywa katika zile zinazofanya kazi kutoka:

Kulingana na kanuni ya uendeshaji, wao, kwa upande wake, wamegawanywa katika:

Mtoza.
Valve.
Asynchronous.
Inasawazisha.

Mota za matundu si za tabaka tofauti, kwa kuwa kifaa chao ni tofauti ya kiendeshi cha mkusanyaji. Muundo wao ni pamoja na kubadilisha fedha za elektroniki na sensor ya nafasi ya rotor. Kawaida huunganishwa pamoja na bodi ya kudhibiti. Kwa gharama zao, ubadilishaji ulioratibiwa wa silaha hutokea.

Mota zinazosawazishwa na zisizolingana huendeshwa kwa kutumia mkondo wa kupokezana pekee. Mzunguko unadhibitiwa na vifaa vya elektroniki vya hali ya juu. Asynchronous imegawanywa katika:

Awamu tatu.
Awamu mbili.
Awamu moja.

Mchanganyiko wa kinadharia wa nguvu ya injini ya umeme ya awamu tatu inapounganishwa kwenye nyota au delta

P=3U_f I_f cos(alpha).

Hata hivyo, kwa voltage ya mstari na mkondo inaonekana hivi

P=1, 73 × U_f × I_f × cos(alpha).

Hiki kitakuwa kiashirio halisi cha kiasi cha nishatiinjini inatoka kwenye mtandao.

Sawazisha imegawanywa katika:

Hatua.
Mseto.
Inductor.
Hysteresis.
Inayotumika.

Mota za Stepper zina sumaku za kudumu katika muundo wake, kwa hivyo haziainishwi kama kategoria tofauti. Uendeshaji wa taratibu unadhibitiwa kwa kutumia waongofu wa mzunguko. Pia kuna injini za ulimwengu wote zinazofanya kazi kwenye AC na DC.

Sifa za jumla za injini

Mota zote zina vigezo vya kawaida ambavyo hutumika katika fomula ya kubainisha nguvu za motor ya umeme. Kulingana nao, unaweza kuhesabu mali ya mashine. Katika fasihi tofauti, wanaweza kuitwa tofauti, lakini wanamaanisha kitu kimoja. Orodha ya vigezo hivyo ni pamoja na:

Torque.
Nguvu ya injini.
Ufanisi.
Iliyokadiriwa idadi ya mapinduzi.
Muda wa hali ya hewa ya rota.
Iliyokadiriwa voltage.
Muda wa umeme usiobadilika.

Vigezo vilivyo hapo juu ni muhimu, kwanza kabisa, ili kubainisha ufanisi wa usakinishaji wa umeme unaoendeshwa na nguvu ya mitambo ya injini. Thamani zilizohesabiwa hutoa tu wazo la takriban la sifa halisi za bidhaa. Hata hivyo, viashiria hivi mara nyingi hutumiwa katika formula ya nguvu ya motor ya umeme. Ni yeye anayeamua ufanisi wa mashine.

Torque

Neno hili lina visawe kadhaa: wakati wa nguvu, muda wa injini, Torque, torque. Zote zinatumika kuashiria kiashirio kimoja, ingawa kwa mtazamo wa fizikia, dhana hizi hazifanani kila wakati.

Ili kuunganisha istilahi, viwango vimeundwa vinavyoleta kila kitu kwenye mfumo mmoja. Kwa hiyo, katika nyaraka za kiufundi, maneno "torque" hutumiwa daima. Ni kiasi cha kimwili cha vector, ambacho ni sawa na bidhaa ya maadili ya vector ya nguvu na radius. Vector ya radius hutolewa kutoka kwa mhimili wa mzunguko hadi hatua ya nguvu inayotumiwa. Kwa mtazamo wa fizikia, tofauti kati ya torque na wakati wa kuzunguka iko katika hatua ya utumiaji wa nguvu. Katika kesi ya kwanza, hii ni jitihada za ndani, kwa pili - moja ya nje. Thamani hupimwa katika mita za newton. Hata hivyo, fomula ya nishati ya injini hutumia torati kama thamani ya msingi.

Imekokotolewa kama

M=F × r wapi:

M - torque, Nm;

F - nguvu iliyotumika, H;

r - kipenyo, m.

Ili kukokotoa torati iliyokadiriwa ya kiwezeshaji, tumia fomula

Mnom=30R_nom ÷ pi × n_nom, ambapo:

R_nom - iliyokadiriwa nguvu ya motor ya umeme, W;

n_nom - kasi ya kawaida, dakika^-1.

Kwa hiyo, fomula ya nguvu iliyokadiriwa ya motor ya umeme inapaswa kuonekana kama hii:

Pnom=M_nom pin_nom / 30.

/ 30.

Kwa kawaida, sifa zote huonyeshwa kwenye vipimo. Lakini hutokea kwamba lazima ufanye kazi na mitambo mpya kabisa,habari ambayo ni ngumu sana kupata. Ili kuhesabu vigezo vya kiufundi vya vifaa vile, data ya analogues zao inachukuliwa. Pia, sifa za majina tu zinajulikana kila wakati, ambazo hutolewa katika vipimo. Data halisi lazima ihesabiwe na wewe mwenyewe.

Nguvu ya injini

Kwa maana ya jumla, kigezo hiki ni kiasi halisi cha scalar, ambacho kinaonyeshwa katika kiwango cha matumizi au mabadiliko ya nishati ya mfumo. Inaonyesha ni kazi ngapi utaratibu utafanya katika kitengo fulani cha wakati. Katika uhandisi wa umeme, tabia inaonyesha nguvu muhimu ya mitambo kwenye shimoni la kati. Ili kuonyesha kiashiria, barua P au W hutumiwa. Kitengo kikuu cha kipimo ni Watt. Fomula ya jumla ya kuhesabu nguvu ya motor ya umeme inaweza kuwakilishwa kama:

P=dA ÷ dt wapi:

A - kazi ya mitambo (muhimu) (nishati), J;

t - muda uliyopita, sekunde

Kazi ya kimakanika pia ni kiasi halisi cha scalar, kinachoonyeshwa na kitendo cha nguvu kwenye kitu, na kutegemea mwelekeo na uhamishaji wa kitu hiki. Ni zao la vekta ya nguvu na njia:

dA=F × ds ambapo:

s - umbali uliosafiri, m.

Inaonyesha umbali ambao hatua ya kutumia nguvu itapita. Kwa harakati za mzunguko, inaonyeshwa kama:

ds=r × d(teta), ambapo:

teta - pembe ya mzunguko, rad.

Kwa njia hii unaweza kukokotoa mzunguko wa angular wa mzunguko wa rota:

omega=d(teta) ÷ dt.

Kutoka kwake hufuata fomula ya nguvu ya motor ya umeme kwenye shimoni: P \u003d M ×omega.

Ufanisi wa injini ya umeme

Ufanisi ni sifa inayoakisi utendakazi wa mfumo wakati wa kubadilisha nishati kuwa nishati ya kimakenika. Inaonyeshwa kama uwiano wa nishati muhimu kwa nishati iliyotumiwa. Kulingana na mfumo wa umoja wa vitengo vya kipimo, imeteuliwa kama "eta" na ni thamani isiyo na kipimo, inayohesabiwa kama asilimia. Fomula ya ufanisi wa motor ya umeme katika suala la nguvu:

eta=P₂ ÷ P₁ wapi:

P₁ - umeme (usambazaji) nguvu, W;

P₂ - nguvu muhimu (mitambo) W;

Pia inaweza kuonyeshwa kama:

eta=A ÷ Q × 100%, ambapo:

A - kazi muhimu, J;

Q - nishati imetumika, J.

Mara nyingi zaidi mgawo huo hukokotwa kwa kutumia fomula ya matumizi ya nishati ya injini ya umeme, kwa kuwa viashirio hivi ni rahisi kupima kila wakati.

Kupungua kwa ufanisi wa injini ya umeme kunatokana na:

Hasara za umeme. Hii hutokea kutokana na upashaji joto wa kondakta kutokana na upitishaji wa mkondo kupitia kwao.
Hasara ya sumaku. Kutokana na magnetization nyingi ya msingi, hysteresis na mikondo ya eddy inaonekana, ambayo ni muhimu kuzingatia katika formula ya nguvu ya motor.
Hasara ya mitambo. Zinahusiana na msuguano na uingizaji hewa.
Hasara za ziada. Wanaonekana kutokana na harmonics ya shamba la magnetic, kwani stator na rotor ni toothed. Pia katika vilima kuna sauti za juu zaidi za nguvu ya magnetomotive.

Ikumbukwe kwamba ufanisi ni mojawapo ya vipengele muhimu zaidiformula za kuhesabu nguvu ya motor ya umeme, kwani hukuruhusu kupata nambari ambazo ziko karibu na ukweli. Kwa wastani, takwimu hii inatofautiana kutoka 10% hadi 99%. Inategemea muundo wa utaratibu.

Iliyokadiriwa idadi ya mapinduzi

Kiashirio kingine kikuu cha sifa za kielektroniki za injini ni kasi ya shimoni. Inaonyeshwa kwa mapinduzi kwa dakika. Mara nyingi hutumiwa katika fomula ya nguvu ya pampu ili kujua utendaji wake. Lakini ni lazima ikumbukwe kwamba kiashiria daima ni tofauti kwa idling na kufanya kazi chini ya mzigo. Kiashiria kinawakilisha thamani halisi sawa na idadi ya mapinduzi kamili kwa kipindi fulani cha muda.

RPM formula ya kukokotoa:

n=30 × omega ÷ pi ambapo:

n - kasi ya injini, rpm.

Ili kupata nguvu ya motor ya umeme kulingana na formula kwa kasi ya shimoni, ni muhimu kuleta kwa hesabu ya kasi ya angular. Kwa hivyo P=M × omega ingeonekana kama hii:

P=M × (2pi × n ÷ 60)=M × (n ÷ 9, 55) ambapo

t=sekunde 60.

Moment of inertia

Kiashirio hiki ni kiasi halisi cha kadiri ambacho huakisi kipimo cha hali ya mwendo wa mzunguko kuzunguka mhimili wake yenyewe. Katika kesi hiyo, wingi wa mwili ni thamani ya inertia yake wakati wa mwendo wa kutafsiri. Sifa kuu ya parameta inaonyeshwa na usambazaji wa misa ya mwili, ambayo ni sawa na jumla ya bidhaa za mraba wa umbali kutoka kwa mhimili hadi msingi na wingi wa kitu. Katika Mfumo wa Kimataifa wa Vitengo.kipimo kinaonyeshwa kama kilo m² na ina inakokotolewa kwa fomula:

J=∑ r² × dm ambapo

J - wakati wa hali ya hewa, kilo m²;

m - uzito wa kitu, kg.

Nyakati za hali ya hewa na nguvu zinahusiana na uhusiano:

M - J × epsilon, wapi

epsilon - kuongeza kasi ya angular, s^-2.

Kiashiria kimehesabiwa kama:

epsilon=d(omega) × dt.

Kwa hivyo, kwa kujua uzito na radius ya rota, unaweza kukokotoa vigezo vya utendaji wa mitambo. Fomula ya nguvu ya injini inajumuisha sifa hizi zote.

Iliyokadiriwa voltage

Pia inaitwa nominella. Inawakilisha voltage ya msingi, inayowakilishwa na seti ya kawaida ya voltages, ambayo imedhamiriwa na kiwango cha insulation ya vifaa vya umeme na mtandao. Kwa uhalisia, inaweza kutofautiana katika sehemu tofauti za kifaa, lakini isizidi kiwango cha juu kinachoruhusiwa cha hali ya uendeshaji, iliyoundwa kwa ajili ya uendeshaji unaoendelea wa mitambo.

Kwa usakinishaji wa kawaida, voltage iliyokadiriwa inaeleweka kama thamani zilizokokotwa ambazo hutolewa na msanidi programu katika utendakazi wa kawaida. Orodha ya voltage ya kawaida ya mtandao hutolewa katika GOST. Vigezo hivi daima vinaelezewa katika vipimo vya kiufundi vya taratibu. Ili kukokotoa utendakazi, tumia fomula ya nguvu ya injini ya umeme kwa mkondo:

P=U × I.

Muda wa umeme usiobadilika

Inawakilisha muda unaohitajika kufikia kiwango cha sasa hadi 63% baada ya kuwezeshaendesha vilima. Parameter ni kutokana na michakato ya muda mfupi ya sifa za electromechanical, kwa kuwa ni za muda mfupi kutokana na upinzani mkubwa wa kazi. Fomula ya jumla ya kukokotoa muda usiobadilika ni:

t_e=L ÷ R.

Hata hivyo, muda wa kielektroniki wa t_m daima ni mkubwa kuliko muda wa sumakuumeme t_e. rota huharakisha kwa kasi sifuri kwa kasi ya juu ya uvivu. Katika kesi hii, equation inachukua fomu

M=M_st + J × (d(omega) ÷ dt), ambapo

M_st=0.

Kutoka hapa tunapata fomula:

M=J × (d(omega) ÷ dt).

Kwa kweli, saa thabiti ya kielektroniki inakokotolewa kutoka kwa torati ya kuanzia - M_p. Utaratibu unaofanya kazi katika hali bora na sifa za mstatili utakuwa na fomula:

M=M_p × (1 - omega ÷ omega₀), ambapo

omega₀ - kasi ya kutofanya kitu.

Hesabu kama hizi hutumika katika fomula ya nguvu ya injini ya pampu wakati mpigo wa pistoni unategemea kasi ya shimoni.

Mbinu za kimsingi za kukokotoa nguvu za injini

Ili kukokotoa sifa halisi za mitambo, daima unahitaji kuzingatia vigezo vingi. kwanza kabisa, unahitaji kujua ni nini sasa hutolewa kwa windings motor: moja kwa moja au alternating. Kanuni ya kazi yao ni tofauti, kwa hiyo, njia ya hesabu ni tofauti. Ikiwa mwonekano uliorahisishwa wa hesabu ya nguvu ya kiendeshi inaonekana kama hii:

P_el=U × mimi wapi

I - nguvu za sasa, A;

U - voltage, V;

P_el - nishati ya umeme inayotolewa. Jumanne.

Katika fomula ya nguvu ya kimota ya AC, mabadiliko ya awamu (alpha) lazima pia izingatiwe. Ipasavyo, mahesabu ya kiendeshi cha asynchronous yanaonekana kama:

P_el=U × I × cos(alpha).

Mbali na nishati inayotumika (usambazaji), pia kuna:

S - tendaji, VA. S=P ÷ cos(alpha).
Q - kamili, VA. Q=I × U × sin(alpha).

Hesabu pia zinahitaji kuzingatia hasara ya joto na kufata, pamoja na msuguano. Kwa hivyo, muundo wa fomula iliyorahisishwa ya motor DC inaonekana kama hii:

P_el=Pmech + Rtep + Rind + Rtr, wapi

Рmeh - nishati muhimu inayozalishwa, W;

Rtep - kupoteza joto, W;

Rind - gharama ya malipo katika koili ya induction, W;

RT - hasara kutokana na msuguano, W.

Hitimisho

Mota za umeme hutumika katika takriban maeneo yote ya maisha ya binadamu: katika maisha ya kila siku, katika uzalishaji. Kwa matumizi sahihi ya gari, ni muhimu kujua si tu sifa zake za majina, lakini pia zile halisi. Hii itaongeza ufanisi wake na kupunguza gharama.