Dalam elektromekanik, ada banyak penggerak yang beroperasi dengan beban konstan tanpa mengubah kecepatan putaran. Mereka digunakan dalam peralatan industri dan rumah tangga seperti kipas angin, kompresor dan lain-lain. Jika karakteristik nominal tidak diketahui, maka rumus daya motor listrik digunakan untuk perhitungan. Perhitungan parameter sangat relevan untuk drive baru dan yang kurang dikenal. Perhitungan dilakukan menggunakan koefisien khusus, serta berdasarkan akumulasi pengalaman dengan mekanisme serupa. Data sangat penting untuk pengoperasian instalasi listrik yang benar.
Apa itu motor listrik?
Motor listrik adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Pengoperasian sebagian besar unit tergantung pada interaksi magnetmedan dengan belitan rotor, yang dinyatakan dalam putarannya. Mereka beroperasi dari sumber daya DC atau AC. Catu daya dapat berupa baterai, inverter, atau stopkontak. Dalam beberapa kasus, mesin bekerja secara terbalik, yaitu mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Instalasi semacam itu banyak digunakan di pembangkit listrik yang digerakkan oleh aliran udara atau air.
Motor listrik diklasifikasikan menurut jenis sumber daya, desain internal, aplikasi, dan daya. Juga, drive AC mungkin memiliki sikat khusus. Mereka beroperasi pada tegangan fase tunggal, dua fase atau tiga fase, berpendingin udara atau cair. Rumus daya motor AC
P=U x I, di mana P adalah daya, U adalah tegangan, I adalah arus.
Drive serba guna dengan ukuran dan karakteristiknya digunakan di industri. Mesin terbesar dengan kapasitas lebih dari 100 megawatt digunakan di pembangkit listrik kapal, kompresor, dan stasiun pompa. Ukuran yang lebih kecil digunakan pada peralatan rumah tangga seperti penyedot debu atau kipas angin.
Desain motor listrik
Drive termasuk:
- Rotor.
- Stator.
- Bearing.
- Kesenjangan udara.
- Berliku.
- Beralih.
Rotor adalah satu-satunya bagian penggerak yang berputar di sekitar porosnya sendiri. Arus yang melewati konduktormenimbulkan gangguan induktif pada belitan. Medan magnet yang dihasilkan berinteraksi dengan magnet permanen stator, yang membuat poros bergerak. Mereka dihitung sesuai dengan rumus untuk daya motor listrik berdasarkan arus, di mana efisiensi dan faktor daya diambil, termasuk semua karakteristik dinamis poros.
Bantalan terletak di poros rotor dan berkontribusi pada rotasi di sekitar porosnya. Bagian luar mereka melekat pada rumah mesin. Poros melewati mereka dan keluar. Karena beban melampaui area kerja bantalan, itu disebut menggantung.
Stator adalah elemen tetap dari sirkuit elektromagnetik mesin. Mungkin termasuk magnet berliku atau permanen. Inti stator terbuat dari pelat logam tipis, yang disebut paket jangkar. Ini dirancang untuk mengurangi kehilangan energi, yang sering terjadi pada batang padat.
Air gap adalah jarak antara rotor dan stator. Celah kecil efektif, karena mempengaruhi rendahnya koefisien operasi motor listrik. Arus magnetisasi meningkat dengan ukuran celah. Karena itu, mereka selalu berusaha membuatnya seminimal mungkin, tetapi dalam batas yang wajar. Jarak yang terlalu kecil menyebabkan gesekan dan kendornya elemen pengunci.
Gulungan terdiri dari kawat tembaga yang dirangkai menjadi satu kumparan. Biasanya diletakkan di sekitar inti magnet yang lembut, yang terdiri dari beberapa lapisan logam. Gangguan medan induksi terjadi pada saatarus yang melewati kawat berliku. Pada titik ini, unit memasuki mode konfigurasi kutub eksplisit dan implisit. Dalam kasus pertama, medan magnet instalasi menciptakan belitan di sekitar potongan kutub. Dalam kasus kedua, slot potongan kutub rotor tersebar di bidang terdistribusi. Motor kutub yang diarsir memiliki belitan yang menekan gangguan magnet.
Saklar digunakan untuk mengganti tegangan input. Ini terdiri dari cincin kontak yang terletak di poros dan terisolasi satu sama lain. Arus jangkar diterapkan ke sikat kontak komutator putar, yang menyebabkan perubahan polaritas dan menyebabkan rotor berputar dari kutub ke kutub. Jika tidak ada tegangan, motor berhenti berputar. Mesin modern dilengkapi dengan elektronik tambahan yang mengontrol proses rotasi.
Prinsip operasi
Menurut hukum Archimedes, arus dalam konduktor menciptakan medan magnet di mana gaya F1 bekerja. Jika kerangka logam dibuat dari konduktor ini dan ditempatkan di lapangan dengan sudut 90°, maka ujung-ujungnya akan mengalami gaya yang diarahkan ke arah yang berlawanan relatif satu sama lain. Mereka menciptakan torsi tentang sumbu, yang mulai memutarnya. Kumparan jangkar memberikan torsi konstan. Medan dibuat oleh magnet listrik atau permanen. Opsi pertama dibuat dalam bentuk gulungan koil pada inti baja. Dengan demikian, arus loop menghasilkan medan induksi dalam belitan elektromagnet, yang menghasilkan elektromotifpaksa.
Mari kita pertimbangkan secara lebih rinci pengoperasian motor asinkron menggunakan contoh pemasangan dengan rotor fase. Mesin tersebut beroperasi pada arus bolak-balik dengan kecepatan jangkar yang tidak sama dengan denyut medan magnet. Oleh karena itu, mereka juga disebut induktif. Rotor digerakkan oleh interaksi arus listrik dalam kumparan dengan medan magnet.
Bila tidak ada tegangan pada belitan bantu, perangkat dalam keadaan diam. Segera setelah arus listrik muncul pada kontak stator, medan magnet konstan di ruang angkasa terbentuk dengan riak + F dan -F. Ini dapat direpresentasikan sebagai rumus berikut:
pr=nrev=f1 × 60 p=n1
dimana:
pr - jumlah putaran yang dibuat medan magnet dalam arah maju, rpm;
rev - jumlah putaran medan dalam arah yang berlawanan, rpm;
f1 - frekuensi riak arus listrik, Hz;
p - jumlah kutub;
1 - total RPM.
Mengalami pulsasi medan magnet, rotor menerima gerakan awal. Karena dampak aliran yang tidak seragam, itu akan mengembangkan torsi. Menurut hukum induksi, gaya gerak listrik terbentuk dalam belitan hubung singkat, yang menghasilkan arus. Frekuensinya sebanding dengan slip rotor. Karena interaksi arus listrik dengan medan magnet, torsi poros dibuat.
Ada tiga rumus untuk perhitungan kinerjadaya motor listrik asinkron. Dengan pergeseran fasa gunakan
S=P cos (alfa), dimana:
S adalah daya semu yang diukur dalam Volt-Amps.
P - daya aktif dalam Watt.
alpha - pergeseran fase.
Kekuatan penuh mengacu pada indikator sebenarnya, dan daya aktif adalah yang dihitung.
Jenis motor listrik
Menurut sumber daya, drive dibagi menjadi yang beroperasi dari:
- DC.
- AC.
Menurut prinsip operasi, mereka, pada gilirannya, dibagi menjadi:
- Kolektor.
- Valve.
- Asinkron.
- Sinkron.
Motor ventilasi tidak termasuk dalam kelas terpisah, karena perangkatnya merupakan variasi dari drive kolektor. Desainnya mencakup konverter elektronik dan sensor posisi rotor. Biasanya mereka terintegrasi bersama dengan papan kontrol. Dengan biaya mereka, terjadi peralihan terkoordinasi dari angker.
Motor sinkron dan asinkron bekerja secara eksklusif pada arus bolak-balik. Rotasi dikendalikan oleh elektronik canggih. Asynchronous dibagi menjadi:
- Tiga fase.
- Dua fase.
- fase tunggal.
Rumus teori daya motor listrik tiga fasa bila dihubungkan ke bintang atau delta
P=3Uf If cos(alpha).
Namun, untuk tegangan dan arus linier terlihat seperti ini
P=1, 73 × Uf × If × cos(alpha).
Ini akan menjadi indikator nyata seberapa besar kekuatannyamesin mengambil dari jaringan.
Sinkron dibagi menjadi:
- Langkah.
- Hibrida.
- Induktor.
- Histeresis.
- Reaktif.
Motor stepper memiliki magnet permanen dalam desainnya, sehingga tidak diklasifikasikan sebagai kategori terpisah. Pengoperasian mekanisme dikontrol menggunakan konverter frekuensi. Ada juga motor universal yang beroperasi pada AC dan DC.
Karakteristik umum mesin
Semua motor memiliki parameter umum yang digunakan dalam rumus untuk menentukan daya motor listrik. Berdasarkan mereka, Anda dapat menghitung properti mesin. Dalam literatur yang berbeda, mereka mungkin disebut berbeda, tetapi artinya sama. Daftar parameter tersebut meliputi:
- Torsi.
- Kekuatan mesin.
- Efisiensi.
- Jumlah putaran yang dinilai.
- Momen inersia rotor.
- Tegangan terukur.
- Konstanta waktu listrik.
Parameter di atas diperlukan, pertama-tama, untuk menentukan efisiensi instalasi listrik yang ditenagai oleh gaya mekanis motor. Nilai yang dihitung hanya memberikan gambaran perkiraan tentang karakteristik aktual produk. Namun, indikator ini sering digunakan dalam rumus daya motor listrik. Dialah yang menentukan efektivitas mesin.
Torsi
Istilah ini memiliki beberapa sinonim: momen gaya, momen mesin, Torsi, torsi. Semuanya digunakan untuk menunjukkan satu indikator, meskipun dari sudut pandang fisika, konsep-konsep ini tidak selalu identik.
Untuk menyatukan terminologi, standar telah dikembangkan yang membawa semuanya ke dalam satu sistem. Oleh karena itu, dalam dokumentasi teknis, frasa "torsi" selalu digunakan. Ini adalah kuantitas fisik vektor, yang sama dengan produk dari nilai vektor gaya dan jari-jari. Vektor radius ditarik dari sumbu rotasi ke titik gaya yang diterapkan. Dari sudut pandang fisika, perbedaan antara torsi dan momen rotasi terletak pada titik penerapan gaya. Dalam kasus pertama, ini adalah upaya internal, yang kedua - upaya eksternal. Nilai diukur dalam newton meter. Namun, rumus daya motor menggunakan torsi sebagai nilai dasarnya.
Dihitung sebagai
M=F × r dimana:
M - torsi, Nm;
F - gaya yang diterapkan, H;
r - radius, m.
Untuk menghitung torsi pengenal aktuator, gunakan rumus
Mnom=30Rnom ÷ pi × nnom, dimana:
Rnom - nilai daya motor listrik, W;
nnom - kecepatan nominal, min-1.
Dengan demikian, rumus daya pengenal motor listrik akan terlihat seperti ini:
Pnom=Mnom pinnom / 30.
Biasanya, semua karakteristik ditunjukkan dalam spesifikasi. Tetapi kebetulan Anda harus bekerja dengan instalasi yang sama sekali baru,informasi tentang yang sangat sulit untuk menemukan. Untuk menghitung parameter teknis perangkat tersebut, data analognya diambil. Juga, hanya karakteristik nominal yang selalu diketahui, yang diberikan dalam spesifikasi. Data riil harus dihitung sendiri.
Kekuatan mesin
Secara umum, parameter ini adalah besaran fisis skalar, yang dinyatakan dalam laju konsumsi atau transformasi energi sistem. Ini menunjukkan berapa banyak kerja yang akan dilakukan mekanisme dalam satuan waktu tertentu. Dalam teknik elektro, karakteristik menampilkan daya mekanik yang berguna pada poros tengah. Untuk menunjukkan indikator, digunakan huruf P atau W. Satuan utama pengukuran adalah Watt. Rumus umum untuk menghitung daya motor listrik dapat direpresentasikan sebagai:
P=dA dt dimana:
A - kerja mekanis (berguna) (energi), J;
t - waktu yang berlalu, detik
Kerja mekanik juga merupakan besaran fisis skalar, yang dinyatakan oleh aksi gaya pada suatu benda, dan bergantung pada arah dan perpindahan benda tersebut. Ini adalah produk dari vektor gaya dan jalur:
dA=F × ds dimana:
s - jarak yang ditempuh, m.
Ini menyatakan jarak yang akan diatasi oleh titik gaya yang diterapkan. Untuk gerakan rotasi, dinyatakan sebagai:
ds=r × d(teta), dimana:
teta - sudut rotasi, rad.
Dengan cara ini Anda dapat menghitung frekuensi sudut rotasi rotor:
omega=d(teta) dt.
Darinya mengikuti rumus untuk daya motor listrik pada poros: P \u003d M ×omega.
Efisiensi motor listrik
Efisiensi adalah karakteristik yang mencerminkan efisiensi sistem saat mengubah energi menjadi energi mekanik. Ini dinyatakan sebagai rasio energi yang berguna untuk energi yang dihabiskan. Menurut sistem unit pengukuran terpadu, itu ditetapkan sebagai "eta" dan merupakan nilai tanpa dimensi, dihitung sebagai persentase. Rumus efisiensi motor listrik dalam hal daya:
eta=P2 ÷ P1 dimana:
P1 - daya listrik (suplai), W;
P2 - daya (mekanis) yang berguna, W;
Dapat juga dinyatakan sebagai:
eta=A Q × 100%, dimana:
A - pekerjaan yang bermanfaat, J;
Q - energi yang dikeluarkan, J.
Lebih sering koefisien dihitung menggunakan rumus konsumsi daya motor listrik, karena indikator ini selalu lebih mudah diukur.
Penurunan efisiensi motor listrik disebabkan oleh:
- Kerugian listrik. Ini terjadi sebagai akibat dari pemanasan konduktor dari aliran arus yang melaluinya.
- Kerugian magnetik. Karena magnetisasi inti yang berlebihan, histeresis dan arus eddy muncul, yang penting untuk diperhitungkan dalam rumus daya motor.
- Kerugian mekanis. Mereka terkait dengan gesekan dan ventilasi.
- Kerugian tambahan. Mereka muncul karena harmonik medan magnet, karena stator dan rotor bergigi. Juga di belitan ada harmonik yang lebih tinggi dari gaya gerak magnet.
Perlu dicatat bahwa efisiensi adalah salah satu komponen terpentingrumus untuk menghitung kekuatan motor listrik, karena memungkinkan Anda untuk mendapatkan angka yang paling dekat dengan kenyataan. Rata-rata, angka ini bervariasi dari 10% hingga 99%. Itu tergantung pada desain mekanismenya.
Jumlah putaran yang dinilai
Indikator kunci lain dari karakteristik elektromekanis mesin adalah kecepatan poros. Ini dinyatakan dalam putaran per menit. Seringkali digunakan dalam rumus daya motor pompa untuk mengetahui kinerjanya. Tetapi harus diingat bahwa indikatornya selalu berbeda untuk pemalasan dan bekerja di bawah beban. Indikator mewakili nilai fisik yang sama dengan jumlah putaran penuh untuk jangka waktu tertentu.
rumus perhitungan RPM:
n=30 × omega pi dimana:
n - putaran mesin, rpm.
Untuk mencari daya motor listrik menurut rumus kecepatan poros, perlu dibawa ke perhitungan kecepatan sudut. Jadi P=M × omega akan terlihat seperti ini:
P=M × (2pi × n 60)=M × (n 9, 55) di mana
t=60 detik.
Momen inersia
Indikator ini adalah besaran fisis skalar yang mencerminkan ukuran kelembaman gerak rotasi di sekitar sumbunya sendiri. Dalam hal ini, massa benda adalah nilai inersianya selama gerak translasi. Karakteristik utama parameter dinyatakan oleh distribusi massa tubuh, yang sama dengan jumlah produk kuadrat jarak dari sumbu ke titik dasar dan massa benda. Dalam Sistem Satuan Internasionalpengukuran itu dilambangkan sebagai kg m2 dan telah dihitung dengan rumus:
J=r2 × dm dimana
J - momen inersia, kg m2;
m - massa benda, kg.
Momen inersia dan gaya dihubungkan oleh relasi:
M - J × epsilon, di mana
epsilon - percepatan sudut, s-2.
Indikator dihitung sebagai:
epsilon=d(omega) × dt.
Dengan demikian, mengetahui massa dan jari-jari rotor, Anda dapat menghitung parameter kinerja mekanisme. Rumus daya motor mencakup semua karakteristik ini.
Tegangan terukur
Disebut juga nominal. Ini mewakili tegangan dasar, diwakili oleh serangkaian tegangan standar, yang ditentukan oleh tingkat isolasi peralatan listrik dan jaringan. Pada kenyataannya, ini mungkin berbeda pada titik yang berbeda dari peralatan, tetapi tidak boleh melebihi kondisi operasi maksimum yang diizinkan, yang dirancang untuk pengoperasian mekanisme yang berkelanjutan.
Untuk instalasi konvensional, tegangan pengenal dipahami sebagai nilai yang dihitung yang disediakan oleh pengembang dalam operasi normal. Daftar tegangan jaringan standar disediakan di GOST. Parameter ini selalu dijelaskan dalam spesifikasi teknis mekanisme. Untuk menghitung kinerja, gunakan rumus daya motor listrik berdasarkan arus:
P=U × I.
Konstanta waktu listrik
Mewakili waktu yang dibutuhkan untuk mencapai level saat ini hingga 63% setelah memberi energigulungan penggerak. Parameter ini disebabkan oleh proses transien karakteristik elektromekanis, karena mereka cepat berlalu karena resistansi aktif yang besar. Rumus umum untuk menghitung konstanta waktu adalah:
te=L R.
Namun, konstanta waktu elektromekanis tm selalu lebih besar dari konstanta waktu elektromagnetik te. rotor berakselerasi pada kecepatan nol ke kecepatan idle maksimum. Dalam hal ini, persamaan mengambil bentuk
M=Mst + J × (d(omega) dt), di mana
Mst=0.
Dari sini kita mendapatkan rumus:
M=J × (d(omega) dt).
Faktanya, konstanta waktu elektromekanis dihitung dari torsi awal - Mp. Mekanisme yang beroperasi pada kondisi ideal dengan karakteristik bujursangkar akan memiliki rumus:
M=Mp × (1 - omega omega0), di mana
omega0 - kecepatan idle.
Perhitungan tersebut digunakan dalam rumus daya motor pompa ketika langkah piston secara langsung bergantung pada kecepatan poros.
Rumus dasar untuk menghitung tenaga mesin
Untuk menghitung karakteristik mekanisme yang sebenarnya, Anda harus selalu mempertimbangkan banyak parameter. pertama-tama, Anda perlu tahu arus apa yang disuplai ke belitan motor: langsung atau bolak-balik. Prinsip kerja mereka berbeda, oleh karena itu, metode perhitungannya berbeda. Jika tampilan perhitungan daya drive yang disederhanakan terlihat seperti ini:
Pel=U × I dimana
I - kekuatan saat ini, A;
U - tegangan, V;
Pel - menyediakan tenaga listrik. Sel.
Dalam rumus daya motor AC, pergeseran fasa (alfa) juga harus diperhitungkan. Dengan demikian, perhitungan untuk drive asinkron terlihat seperti:
Pel=U × I × cos(alfa).
Selain aktif (supply) power, ada juga:
- S - reaktif, VA. S=P cos(alfa).
- Q - penuh, VA. Q=I × U × sin(alfa).
Perhitungan juga perlu memperhitungkan kerugian termal dan induktif, serta gesekan. Oleh karena itu, model rumus yang disederhanakan untuk motor DC terlihat seperti ini:
Pel=Pmech + Rtep + Rind + Rtr, dimana
Рmeh - daya yang dihasilkan berguna, W;
Rtep - kehilangan panas, W;
Rind - biaya pengisian di kumparan induksi, W;
RT - rugi karena gesekan, W.
Kesimpulan
Motor listrik digunakan di hampir semua bidang kehidupan manusia: dalam kehidupan sehari-hari, dalam produksi. Untuk penggunaan drive yang benar, perlu diketahui tidak hanya karakteristik nominalnya, tetapi juga yang asli. Ini akan meningkatkan efisiensi dan mengurangi biaya.
