Recenze

Elektromotory – typy, zařízení, princip činnosti, parametry, výrobci

Elektromotory se dělí na stejnosměrné a střídavé motory. Od té doby se v moderních průmyslových odvětvích zřídka setkáte se zdroji stejnosměrného proudu. Poptávka po tomto typu elektromotorů výrazně klesla. Spotřeba střídavých elektromotorů ale v průběhu let s rozvojem ekonomiky roste. Princip činnosti střídavých elektromotorů je založen na vytváření elektromagnetického pole mezi statorem a rotorem. Elektrický proud procházející měděným nebo hliníkovým drátem vinutí (smaltovaný drát) vytváří magnetické pole. Síla elektromagnetického proudu, rotující rotor elektromotoru, se přeměňuje na mechanickou sílu. Existují synchronní a asynchronní elektromotory.

Synchronní elektromotory

Synchronní elektromotory – nutné hlavně u generátorů, kompresorů apod., kde je důležité zajistit konstantní otáčky. Za takových podmínek je použití těchto elektromotorů nejoptimálnějším řešením z hlediska snížení ztrát elektrické energie v síti.

Asynchronní elektromotory

V současné fázi ekonomiky používá téměř každý druhý elektromotor ve výrobě asynchronní elektromotory. Proč asynchronní? Rychlost magnetického pole je vyšší než rychlost otáčení rotoru elektromotoru, to vysvětluje samotný název Asynchronní. V kombinaci s asynchronním elektromotorem lze v závislosti na úkolech použít stav nouze. Elektromotory tohoto typu se používají ve velmi širokých oblastech, kde je vyžadován pohon pro zařízení.

Výkon elektromotoru

Jakékoli zařízení pracuje s určitou zátěží, ať už se jedná o ventilátory, kompresory, čerpadla nebo jiná zařízení. Proto je nutné vypočítat výkon elektromotoru s ohledem na výkon spotřebovaný zařízením. K tomu můžete použít výpočetní vzorec pro výkon na hřídeli elektromotoru:

Рм – výkon spotřebovaný zařízením;
ηп – účinnost přenosu.

Z hlediska výkonu je lepší zvolit elektromotor větší, než je vypočtená hodnota.

Výkon elektromotoru pro čerpadlo v kW

Vzorec, podle kterého můžete vypočítat výkon motoru čerpadla

Označení

K3 – bezpečnostní faktor;
g – koeficient zrychlení volného pádu;
Q – označení výkonu čerpadla;
H – hodnota tlaku čerpadla;
Y – hustota kapaliny čerpané čerpadlem;
ηus – účinnost čerpadla;
ηп – účinnost přenosu.

Konstrukční tlak čerpadla se vypočítá podle vzorce:

Výkon motoru pro kompresor

Výkon pístového kompresoru se zjistí pomocí vzorce:

Označení

Q – výkon kompresoru (objem);
ηk – účinnost pístového kompresoru;
ηп – účinnost přenosu;
K3 – bezpečnostní faktor.

Hodnota A se zjistí pomocí vzorce:

Výkon motoru pro ventilátory

Označení

Q – výkon ventilátoru;
H – výstupní tlak;
K3 – bezpečnostní faktor
ηv – účinnost ventilátoru;
ηп – účinnost přenosu.

Proud motoru

Pokud potřebujeme vypočítat proud třífázového elektromotoru, pak při znalosti jmenovitého výkonu elektromotoru, jmenovitého napětí, jej snadno zjistíme pomocí následujícího vzorce.

Označení

PH – výkon elektromotoru;
UH je hodnota napětí elektromotoru,
ηH je účinnost elektromotoru;
cosfH je účiník elektromotoru.

Znáte-li hodnotu jmenovitého proudu, můžete vypočítat startovací proud.

startovací proud motoru

Označení

IH – aktuální hodnota;
Кп – stejnosměrný proud násobek jmenovité hodnoty.

Provozní režimy elektromotorů

Elektromotor v mnoha případech vyžaduje provoz v různých režimech. Některé motory pracují nepřetržitě a mohou vyžadovat časté cyklování. Níže uvádíme, které standardní provozní režimy se liší.

S1: V tomto provozním režimu je zatížení po určitou dobu konstantní. Jinými slovy, nezapíná se často.
S2: Při provozu v tomto režimu nedosahuje teplota elektromotoru v době jeho aktivace požadovaných hodnot. Tedy režim, kdy je potřeba krátkodobá aktivace elektromotoru.
S3: Provoz, kdy se motor cyklicky zapíná a vypíná.

Přečtěte si více

Jaký tlak by měl být v potrubí: přehled norem pro studenou a teplou vodu

Můžeme říci, že motor se po určitou dobu často zapíná a vypíná. Zároveň je nutné vědět, kolik inkluzí lze vyrobit za jednotku času.

Přezkoumali jsme hlavní provozní režimy elektromotorů.

Varianty elektromotorů podle klimatizace

Při výběru elektromotoru musíte vědět, v jakých klimatických podmínkách bude tento motor používán.

Označení pro různé klimatické verze jsou uvedeny níže:

U – Mírné klima;
HL – Studené klima;
TC – tropické suché klima;
TV – tropické vlhké klima;
T – Tropické klima (zobecněné);
M – Přímořské klima;

Digitální hodnota za písmenným označením značky označuje typ jejího umístění:

1 – práce na „ulici“;
2 – práce na „ulici“, ale pod širákem;
3 – práce v interiéru;

Stupeň ochrany IP

Stupeň krytí je označen písmeny IP a dvoumístným číslem (IP54).

Většina v současnosti vyráběných elektromotorů má stupně krytí IP54 a IP55

Abychom to shrnuli, při výběru elektromotoru je nutné vzít v úvahu řadu technických podmínek. V tomto článku jsme vzali v úvahu pouze technické parametry elektromotoru, nicméně je nutné vzít v úvahu jeho zapojení a celkové rozměry, což je důležitý faktor při kompletaci výbavy. Tomuto tématu se budeme v nejbližší době věnovat v příštím článku.

Elektrický motor, zkráceně elektromotor, je elektrický stroj, s jehož pomocí se elektrická energie přeměňuje na mechanickou energii k pohonu různých mechanismů. Elektromotor je hlavním prvkem elektrického pohonu.

V některých provozních režimech elektrického pohonu elektromotor provádí zpětnou přeměnu energie, to znamená, že pracuje v elektrický generátor.

Podle typu vytvářeného mechanického pohybu mohou být elektromotory rotační, lineární atd. Elektromotorem se nejčastěji rozumí rotační elektromotor, protože se mu dostalo největšího uplatnění.

Oblast vědy a techniky, která studuje elektrické stroje, je elektromechanika. Všeobecně se má za to, že jeho historie začíná v roce 1821, kdy byl vytvořen první elektromotor M. Faradaye.

Konstrukce elektromotoru

Hlavní součásti rotačního elektromotoru jsou stator a rotor. Stator – stacionární část, rotor – otočná část.

Standardní provedení rotačního motoru

U většiny elektromotorů je rotor umístěn uvnitř statoru. Elektromotory, ve kterých je rotor umístěn mimo stator, se nazývají elektromotory invertního typu.

Princip činnosti elektromotoru

1. Podle Ampérova zákona bude vodič s proudem I v magnetickém poli ovlivněn o vynutit F.

2. Pokud je vodič s proudem I ohnut do rámu a umístěn do magnetického pole, pak na dvě strany rámu, umístěné v pravém úhlu k magnetickému poli, budou působit opačně směřující síly F

3. Síly působící na rám vytvářejí krouticí moment nebo moment síly, který jej otáčí.

4. Vyrobené elektromotory mají vícenásobné otáčky na kotvě pro zajištění většího konstantního točivého momentu.

5. Magnetické pole mohou vytvářet jak magnety, tak elektromagnety. Elektromagnet se obvykle skládá z drátu navinutého kolem jádra. Podle zákona elektromagnetické indukce tedy proud tekoucí do rámů indukuje proud do vinutí elektromagnetu, který zase vytvoří magnetické pole.

Princip činnosti jednofázového asynchronního elektromotoru
Princip činnosti třífázového asynchronního elektromotoru
Princip činnosti synchronního elektromotoru

Přečtěte si více

Kdy sbírat angrešt: metody sběru a péče po něm

Klasifikace elektromotorů

Univerzální
Odpor

DCDC s budicím vinutím
Nezávislý
Sekvenční buzení
Paralelní
Kombinované

BDPT
(Brushless motor + EP | + DPR)
WFD
(Proudový motor s rotorem s vyčnívajícími póly a soustředěným statorovým vinutím + ED |+ DPR)

Třífázový
(vícefázové)
- ADKR
- ADFR
- se startovacím vinutím
- se stíněnými sloupy
- s asymetrickým magnetickým jádrem
- SDOV
  (se sběracími kroužky a kartáči) —>
- SDPM 5 —>
  - SDPMW
  - SDPMP
  - Hybridní
  1. Tato kategorie nepředstavuje samostatnou třídu elektromotorů, protože zařízení zařazená do uvažované kategorie (BDDC, VRM) jsou kombinací bezkomutátorového motoru, elektrického měniče (invertoru) a v některých případech i snímače polohy rotoru. . U těchto zařízení je elektrický měnič pro svou malou složitost a malé rozměry obvykle integrován do elektromotoru.
  2. Ventilový motor lze definovat jako elektromotor, který má snímač polohy rotoru, který řídí polovodičový měnič, který provádí koordinovanou komutaci vinutí kotvy [5].
  3. Stejnosměrný ventilový motor je stejnosměrný elektromotor, jehož spínacím zařízením ventilu je invertor řízený buď polohou rotoru, nebo fází napětí na vinutí kotvy, nebo polohou magnetického pole [1].
  4. Elektromotory používané v BLDC a VRD jsou střídavé motory a díky přítomnosti elektrického měniče v těchto zařízeních jsou připojeny ke stejnosměrné síti.
  5. Krokový motor není samostatnou třídou motorů. Konstrukčně se jedná o PMSM, SRD nebo hybridní SRD-PM.
  - CMDC – komutátorový stejnosměrný motor
  - BLDC – bezkomutátorový DC motor
  - EP – elektrický měnič
  - DPR – snímač polohy rotoru
  - VRD – spínaný reluktanční motor
  - ADKR – asynchronní motor s rotorem nakrátko
  - ADFR – asynchronní motor s vinutým rotorem
  - SDOV – synchronní motor s budícím vinutím
  - PMSM – synchronní motor s permanentními magnety
  - SPMSM – synchronní motor s povrchovými permanentními magnety
  - PMSD – synchronní motor s vestavěnými permanentními magnety
  - SRD – synchronní reluktanční motor
  - PM – permanentní magnety
  - CP – frekvenční měnič
  Typy elektromotorů
  
  Komutátorové motory
  
  Komutátorový stroj je točivý elektrický stroj, ve kterém je alespoň jedno z vinutí zapojených do procesu hlavní přeměny energie připojeno ke kolektoru [1]. V komutátorovém motoru slouží sestava kartáč-komutátor jako snímač polohy rotoru a proudový spínač ve vinutí.
  
  Univerzální elektromotor
  
  Může pracovat na střídavý a stejnosměrný proud. Široce se používá v ručním elektrickém nářadí a některých domácích spotřebičích (vysavače, pračky atd.). V USA a Evropě se používal jako trakční elektromotor. Rozšířil se díky svým malým rozměrům, relativně nízké ceně a snadnému ovládání.
  
  Stejnosměrný kartáčovaný motor
  
  Elektrický stroj, který přeměňuje stejnosměrnou elektrickou energii na mechanickou energii. Výhody stejnosměrného elektromotoru jsou: vysoký rozběhový moment, otáčky, možnost plynule řídit rychlost otáčení, jednoduchost konstrukce a ovládání. Nevýhodou motoru je nutnost údržby jednotek komutátor-kartáč a omezená životnost vlivem opotřebení komutátoru.
  
  Bezkomutátorové motory
  
  Bezkomutátorové motory mohou mít sběrací kroužky s kartáči, takže není třeba zaměňovat bezkomutátorové a bezkomutátorové motory.
  
  Bezkomutátorový stroj je točivý elektrický stroj, ve kterém jsou všechna elektrická spojení vinutí zapojených do hlavního procesu přeměny energie prováděna bez posuvných elektrických kontaktů [1].
  
  Asynchronní motor
  
  Nejběžnější elektromotor v průmyslu. Výhody elektromotoru jsou: jednoduchost konstrukce, spolehlivost, nízká cena, dlouhá životnost, vysoký rozběhový moment a přetížitelnost. Nevýhodou asynchronního elektromotoru je obtížná regulace rychlosti otáčení.
  
  Synchronní elektromotor
  
  Synchronní motory se obvykle používají v aplikacích, kde je vyžadováno přesné řízení rychlosti otáčení nebo kde je vyžadována maximální hodnota parametrů, jako je výkon/výtlak, účinnost atd.
  - S polním vinutím
  - S permanentními magnety
  - Reaktivní
  - Hystereze
  - Reaktivní hystereze
  - Stepper
  Speciální elektromotory
  
  Servomotor
  
  Servomotory nejsou samostatnou třídou motorů. Jako servomotor lze použít stejnosměrné a střídavé elektromotory se snímačem polohy rotoru. Servomotor se používá jako součást servo mechanismu pro přesné ovládání úhlové polohy, rychlosti a zrychlení pohonu. K provozu vyžaduje servomotor poměrně složitý řídicí systém, který je obvykle navržen přímo pro servopohon.
  
  Základní parametry elektromotoru
  - Točivý moment motoru
  - Výkon elektromotoru
  - Koeficient výkonu
  - Jmenovitá rychlost
  - Moment setrvačnosti rotoru
  - Jmenovité napětí
  - Elektrická časová konstanta
  - Mechanické vlastnosti
  Točivý moment motoru
  
  Točivý moment (synonyma: kroutící moment, kroutící moment, moment síly) je vektorová fyzikální veličina rovna součinu poloměru vektoru taženého od osy otáčení k místu působení síly a vektoru této síly.
  - kde M je točivý moment, Nm,
  - F – síla, N,
  - r – vektor poloměru, m
  FAQ: Jmenovitý točivý moment M_nom, Nm, určeno vzorcem
  - kde P_nom – jmenovitý výkon motoru, W,
  - n_nom — jmenovité otáčky, min -1 [4]
  Počáteční rozběhový moment je moment elektromotoru při rozběhu.
  
  FAQ: V anglickém systému měr je síla měřena v uncové síle (oz, ozf, unce-force) nebo librové síle (lb, lbf, pound-force)
  
  1 unce = 1/16 lb = 0,2780139 N (N)
  1 lb = 4,448222 N (N)
  
  točivý moment se měří v uncích na palec (oz∙in) nebo v librách na palec (lb∙in)
  
  1 oz∙in = 0,007062 Nm (Nm)
  1 lb∙in = 0,112985 Nm (Nm)
  
  Výkon elektromotoru
  
  Výkon motoru je užitečný mechanický výkon na hřídeli motoru.
  
  Mechanická síla
  
  Výkon je fyzikální veličina, která ukazuje, kolik práce vykoná mechanismus za jednotku času.
  - kde P je výkon, W,
  - A – práce, J,
  - t-čas, s
  Práce je skalární fyzikální veličina rovna součinu průmětu síly do směru F a dráhy s, kterou urazí místo působení síly [2].
  - kde s – vzdálenost, m
  Pro rotační pohyb
  - kde je úhel, rad,
  - kde je úhlová rychlost, rad/s,
  Tímto způsobem můžete vypočítat hodnotu mechanického výkonu na hřídeli rotačního elektromotoru
  
  FAQ: Jmenovitá hodnota je výrobcem stanovená hodnota parametru elektrického výrobku (přístroje), se kterou má pracovat, což je výchozí hodnota pro výpočet odchylek.
  
  Účinnost elektromotoru
  
  Účinnost elektromotoru je charakteristická pro účinnost stroje při přeměně elektrické energie na mechanickou energii.
  - kde je účinnost elektromotoru,
  - P₁ — dodávaný výkon (elektrický), W,
  - P₂ — užitečný výkon (mechanický), W
- elektrické ztráty – ve formě tepla v důsledku ohřevu vodičů s proudem;
- magnetické ztráty – ztráty v důsledku převrácení magnetizace jádra: ztráty v důsledku vířivých proudů, hystereze a magnetických následků;
- mechanické ztráty – ztráty třením v ložiskách, ventilaci, kartáčích (pokud existují);
- dodatečné ztráty – ztráty způsobené vyššími harmonickými magnetických polí vznikající v důsledku převodové struktury statoru, rotoru a přítomnosti vyšších harmonických magnetomotorické síly vinutí.
Účinnost elektromotoru se může lišit od 10 do 99 % v závislosti na typu a konstrukci.

Mezinárodní elektrotechnická komise definuje požadavky na účinnost elektromotorů. Podle normy IEC 60034-31:2010 jsou pro synchronní a asynchronní motory definovány čtyři třídy účinnosti: IE1, IE2, IE3 a IE4.

Frekvence otáčení
- kde n je rychlost otáčení elektromotoru, ot./min
Moment setrvačnosti rotoru

Moment setrvačnosti je skalární fyzikální veličina, která je mírou setrvačnosti tělesa v rotačním pohybu kolem osy, která se rovná součtu součinů hmotností hmotných bodů druhých mocnin jejich vzdáleností od osy.
- kde J je moment setrvačnosti, kg∙m 2,
- m – hmotnost, kg
FAQ: V anglickém systému měření se moment setrvačnosti měří v palcích unce-síla (oz∙in∙s 2)

1 oz∙in∙s 2 = 0,007062 kg∙m 2 (kg∙m 2)

Moment setrvačnosti souvisí s momentem síly následujícím vztahem
- kde je úhlové zrychlení, s -2 [2]
FAQ: Stanovení momentu setrvačnosti rotující části elektromotoru je popsáno v GOST 11828-86

Jmenovité napětí

Jmenovité napětí je napětí, pro které je síť nebo zařízení navrženo a ke kterému se vztahují jejich provozní vlastnosti [3].

Elektrická časová konstanta

Elektrická časová konstanta je čas, počítaný od okamžiku přivedení stejnosměrného napětí na elektromotor, během kterého proud dosáhne úrovně 63,21 % (1-1/e) své konečné hodnoty.
- kde je časová konstanta, s
Mechanické vlastnosti

Mechanická charakteristika motoru je graficky vyjádřená závislost otáček hřídele na elektromagnetickém momentu při konstantním napájecím napětí.

Porovnání charakteristik externě komutovaných elektromotorů

Níže jsou uvedeny srovnávací charakteristiky externě komutovaných elektromotorů z pohledu aplikace jako trakční motory ve vozidlech.

Porovnání mechanických charakteristik elektromotorů různých typů s omezeným statorovým proudem

Závislost výkonu na rychlosti otáčení hřídele pro různé typy motorů s omezeným statorovým proudem