Як зменшити оберти електродвигуна до малих обертів за допомогою редуктора

Щоб знизити швидкість електродвигуна до низької за допомогою редуктора, потрібно виконати такі дії:

1. Визначте необхідний коефіцієнт зниження швидкості: Першим кроком є визначення необхідного коефіцієнта зниження швидкості. Це відношення вхідної швидкості двигуна до вихідної швидкості редуктора. Зазвичай це співвідношення виражається як X:1, де X – це кількість разів, у яку зменшується вхідна швидкість.
2. Виберіть правильний редуктор: Після того, як ви визначили необхідний коефіцієнт зменшення швидкості, вам потрібно вибрати правильний редуктор, який може забезпечити це співвідношення. Редуктори бувають різних розмірів і конфігурацій, тому важливо вибрати той, який сумісний з вашим двигуном і застосуванням.
3. Встановіть редуктор: Після того, як ви вибрали правильний редуктор, вам потрібно встановити його між двигуном і навантаженням. Вхідний вал редуктора повинен бути з’єднаний з валом двигуна, а вихідний вал – з навантаженням.
4. Перевірте систему: Після встановлення редуктора слід протестувати систему, щоб переконатися, що вона працює належним чином. Це можна зробити, запустивши двигун на максимальній швидкості і спостерігаючи за вихідною швидкістю редуктора. Якщо вихідна швидкість знаходиться в межах необхідного діапазону, то система працює правильно.
5. При необхідності відрегулюйте редуктор: Якщо вихідна швидкість виходить за межі необхідного діапазону, можливо, вам доведеться відрегулювати редуктор, змінивши передавальне число. Редуктори зазвичай мають кілька передач, які можна змінювати, щоб налаштувати коефіцієнт зменшення швидкості.

Виконуючи ці кроки, ви можете ефективно знизити швидкість електродвигуна до низької швидкості за допомогою редуктора.

Потужність електродвигуна: формула, правила розрахунку, види та класифікація електродвигунів

В електромеханіці існує багато приводів, які працюють з постійними навантаженнями без зміни швидкості обертання. Їх використовують у промисловому та побутовому обладнанні як, наприклад, вентилятори, компресори та інші. Якщо номінальні характеристики невідомі, то для розрахунків використовують формулу потужності електродвигуна. Обчислення параметрів особливо актуальні для нових і маловідомих приводів. Калькуляція виконується з використанням спеціальних коефіцієнтів, а також на основі накопиченого досвіду роботи з подібними механізмами. Дані необхідні для правильної експлуатації електричних установок.

• Що таке електродвигун?
• Конструкція електричного двигуна
• Принцип дії
• Види електродвигунів
• Загальні характеристики двигунів
• Обертальний момент
• Потужність двигуна
• Коефіцієнт корисної дії електромотора
• Номінальна кількість обертів
• Час інерції
• Розрахункова напруга
• Електрична константа часу
• Основні формули розрахунку потужності двигунів
• Ув ‘язнення

Що таке електродвигун?

Електричний двигун – це пристрій, який перетворює електричну енергію на механічну. Робота більшості агрегатів залежить від взаємодії магнітного поля з обмоткою ротора, яка виражається в його обертанні. Функціонують вони від джерел живлення постійного або змінного струму. Як елемент живлення може виступати акумулятор, інвертор або розетка електромережі. У деяких випадках двигун працює в зворотному порядку, тобто перетворює механічну енергію на електричну. Такі установки знаходять широке застосування на електростанціях, що працюють від потоку повітря або води.

Електродвигуни класифікують за типом джерела живлення, внутрішньої конструкції, застосування і потужності. Також приводи змінного струму можуть мати спеціальні щітки. Вони функціонують від однофазної, двофазної або трифазної напруги, мають повітряне або рідинне охолодження. Формула потужності електродвигуна змінного струму

де P – потужність, U – напруга, I – сила струму.

Приводи загального призначення зі своїми розмірами і характеристиками знаходять застосування в промисловості. Найбільші двигуни потужністю понад 100 Мегават використовують на силових установках кораблів, компресорних і насосних станцій. Меншого розміру використовують у побутових приладах, як пилосос або вентилятор.

Конструкція електричного двигуна

Привід включає в себе:

• Роторе.
• Статор.
• Підшипники.
• Повітряний зазор.
• Обмотку.
• Комутатор.

Ротор – єдина рухлива деталь приводу, яка обертається навколо своєї осі. Струм, проходячи через провідники, утворює індукційне обурення в обмотці. Формоване магнітне поле взаємодіє з постійними магнітами статора, що приводить в рух вал. Їх розраховують за формулою потужності електродвигуна за струмом, для якої береться ККД і коефіцієнт потужності, в тому числі всі динамічні характеристики валу.

Підшипники розташовані на валу ротора і сприяють його обертанню навколо своєї осі. Зовнішньою частиною вони кріпляться до корпусу двигуна. Вал проходить через них і виходить назовні. Оскільки навантаження виходить за межі робочої зони підшипників, його називають такою, що нависає.

Статор є нерухомим елементом електромагнітного ланцюга двигуна. Може включати в себе обмотку або постійні магніти. Серцевик статора виконаний з тонких металевих пластин, які називають пакетом якоря. Він покликаний знижувати втрати енергії, що часто відбувається з твердими стрижнями.

Повітряний зазор – відстань між ротором і статором. Ефективним є невеликий проміжок, оскільки він впливає на низький коефіцієнт роботи електродвигуна. Струм намагання зростає зі збільшенням розміру зазору. Тому його завжди намагаються робити мінімальним, але до розумних меж. Занадто маленька відстань призводить до тертя і ослаблення фіксуючих елементів.

Обмотка складається з мідного дроту, зібраного в одну котушку. Зазвичай вкладається навколо м ‘якого пытниченого сердечника, що складається з декількох шарів металу. Обурення індукційного поля відбувається в момент проходження струму через дроти обмотки. У цей момент установка переходить у режим конфігурації з явними і неявними полюсами. У першому випадку магнітне поле установки створює обмотка навколо полюсного наконечника. У другому випадку, в розподіленому полі розосереджується слотів полюсного наконечника ротора. Двигун з екранованими полюсами має обмотку, яка стримує магнітне обурення.

Комутатор використовують для перемикання вхідної напруги. Складається з контактних кілець, розташованих на валу і ізольованих один від одного. Струм якоря подається на щітки контактів ротаційного комутатора, який призводить до зміни полярності і змушує обертатися ротор від полюса до полюса. При відсутності напруги мотор припиняє крутитися. Сучасні установки обладнані додатковими електронними засобами, які контролюють процес обертання.

Принцип дії

За законом Архімеда струм у провіднику створює магнітне поле, в якому діє сила F1. Якщо з цього провідника виготовити металеву рамку і помістити її в поле під кутом 90 °, то краї будуть випробовувати сили, спрямовані в протилежний бік відносно один одного. Вони створюють крутячий момент відносно осі, який починає її обертати. Витки якоря забезпечують постійне кручення. Поле створюється електричними або постійними магнітами. Перший варіант виконано у вигляді обмотки котушки на сталевому сердечнику. Таким чином, струм рамки генерує індукційне поле в обмотці електромагніту, яке породжує електродвигучу силу.

Розгляньмо більш детально роботу асинхронних двигунів на прикладі установок з фазним ротором. Такі машини працюють від змінного струму з частотою обертання якоря, не рівної пульсації магнітного поля. Тому їх ще називають індукційними. Ротор приводиться в рух за рахунок взаємодії електричного струму в котушках з магнітним полем.

Коли в допоміжній обмотці відсутня напруга, пристрій знаходиться в стані спокою. Як тільки на контактах статора з ‘являється електричний струм, утворюється постійне в просторі магнітне поле з пульсацією + Ф і -Ф. Його можна уявити у вигляді наступної формули:

nпр = nобр = f1 ст.160 ^ p = n1

nпр – кількість обертів, яке здійснює магнітне поле в прямому напрямку, об/хв;

nобр – число обертів поля в зворотному напрямку, об/хв;

f1 – частота пульсації електричного струму, Гц;

p – кількість полюсів;

n1 – загальна кількість обертів на хвилину.

Випробовуючи пульсації магнітного поля, ротор отримує початковий рух. Через неоднорідність впливу потоку, він буде розвиватися крутячий момент. За законом індукції, в короткозамкнутій обмотці утворюється електродвигуча сила, яка генерує струм. Його частота пропорційна ковзанню ротора. Завдяки взаємодії електричного струму з магнітним полем створюється крутячий момент валу.

Для розрахунків продуктивності існують три формули потужності асинхронного електродвигуна. За зсувом фаз використовують

S = P ^ cos (alpha), де:

S – повна потужність, вимірювана у Вольт-Амперах.

P – активна потужність, що вказується у Ваттах.

alpha – зсув фаз.

Під повною потужністю розуміються реальний показник, а під активною – розрахунковий.

Види електродвигунів

За джерелом живлення приводи поділяють на працюючі від:

За принципом роботи їх, у свою чергу, ділять на:

• Збірка.
• Вентильні.
• Асинхронні.
• Синхронні.

Вентильні двигуни не відносять до окремого класу, оскільки їх пристрій є варіацією колекторного приводу. У їх конструкцію входить електронний перетворювач і датчик положення ротора. Зазвичай їх інтегрують разом з платою управління. За їх рахунок відбувається узгоджена комутація якоря.

Синхронні та асинхронні двигуни працюють виключно від змінного струму. Управління оборотами відбувається за допомогою складної електроніки. Асинхронні діляться на:

Теоретична формула потужності трифазного електродвигуна при з ‘єднанні в зірку або трикутником

P = 3 * Uф * Iф * cos(alpha).

Однак для лінійних значень напруги і струму вона виглядає як

P = 1,73 × Uф × Iф × cos(alpha).

Це буде реальний показник, скільки потужності двигун забирає з мережі.

Синхронні підрозділюються на:

• Крокові.
• Гібридні.
• Індукторні.
• Гістерезисні.
• Реактивні.

У своїй конструкції крокові двигуни мають постійні магніти, тому їх не відносять до окремої категорії. Управління роботою механізмів проводиться за допомогою частотних перетворювачів. Існують також універсальні двигуни, які функціонують від постійного і змінного струму.

Загальні характеристики двигунів

Всі мотори мають загальні параметри, які використовуються у формулі визначення потужності електродвигуна. На їх основі можна розрахувати властивості машини. У різній літературі вони можуть називатися по-різному, але означають вони одне і те ж. Список таких параметрів:

• Крутить момент.
• Потужність двигуна.
• Коефіцієнт корисної дії.
• Номінальна кількість обертів.
• Момент інерції ротора.
• Розрахункова напруга.
• Електрична константа часу.

Вищевказані параметри необхідні, насамперед, для визначення ефективності електричних установок, що працюють за рахунок механічної сили двигунів. Розрахункові величини дають лише приблизне уявлення про реальні характеристики виробу. Однак ці показники часто використовують у формулі потужність електродвигуна. Саме вона визначає результативність машин.

Обертальний момент

Цей термін має кілька синонімів: момент сили, момент двигуна, Обертальний момент, вертний момент. Всі вони використовуються для позначення одного показника, хоча з точки зору фізики ці поняття не завжди тотожні.

З метою уніфікації термінології були розроблені стандарти, які призводять все до єдиної системи. Тому в технічній документації завжди використовуються словосполучення “” крутний момент “”. Він є векторною фізичною величиною, яка дорівнює виробленню векторних значень сили і радіусу. Вектор радіусу проводиться від осі обертання до точки докладеної сили. З точки зору фізики різниця між крутячим і обертальним моментом полягає в точці прикладання сили. У першому випадку це внутрішнє зусилля, у другому – зовнішнє. Вимірюється величина в ньютон-метрах. Однак у формулі потужності електродвигуна крутячий момент використовується як основне значення.

Розраховується він як

M – крутний момент, Нм;

F – прикладена сила, H;

Для розрахунку номінального обертального моменту приводу використовують формулу

Мном = 30Рном рі нном, де:

Рном – номінальна потужність електричного двигуна, Вт;

нном – номінальне число оборотів, мін-1.

Відповідно, формула номінальної потужності електродвигуна бідує виглядати наступним чином:

Рном = Мном * pi * нном/30.

Зазвичай всі характеристики вказані в специфікації. Але буває, що доводиться працювати з абсолютно новими установками, інформацію про які знайти дуже складно. Для розрахунку технічних параметрів таких пристроїв беруть дані їх аналогів. Також завжди відомі тільки номінальні характеристики, які даються в специфікації. Реальні дані необхідно розраховувати самостійно.

Потужність двигуна

У загальному значенні цей параметр є скалярною фізичною величиною, яка виражена у швидкості споживання або перетворення енергії системи. Він показує, яку роботу механізм виконає за певну одиницю часу. В електротехніці характеристика відображає корисну механічну потужність на центральному валі. Для позначення показника використовують літеру P або W. Основною одиницею вимірювання є Ватт. Загальна формула розрахунку потужності електродвигуна може бути представлена як:

A – механічна (корисна) робота (енергія), Дж;

t – затрачений час, сек.

Механічна робота також є скалярною фізичною величиною, що виражається дією сили на об ‘єкт, і залежить від напрямку і переміщення цього об’ єкта. Вона являє собою твір вектора сили на шлях:

s – пройдену відстань, м.

Вона виражає дистанцію, яку подолає точка докладеної сили. Для обертальних рухів вона виражається як:

ds = r ^ d (teta), де:

teta – кут обороту, радий.

Таким чином можна обчислити кутову частоту обертання ротора:

omega = d(teta) ÷ dt.

З неї випливає формула потужності електродвигуна на валу: P = M × omega.

Коефіцієнт корисної дії електромотора

ККД – це характеристика, яка відображає ефективність роботи системи при перетворенні енергії в механічну. Виражається ставленням корисної енергії до витраченої. За єдиною системою одиниць вимірювань він позначається як “” eta “” і є безрозмірним значенням, обчислюваним у відсотках. Формула ККД електродвигуна через потужність:

P1 – електрична (потужність, що подається), Вт;

P2 – корисна (механічна) потужність, Вт;

Також він може бути виражений як:

eta = A – Q – 100%, де:

A – корисна робота, Дж;

Q – витрачена енергія, Дж.

Частіше коефіцієнт обчислюють за формулою споживаної потужності електродвигуна, так як ці показники завжди легше виміряти.

Зниження ефективності роботи електродвигуна відбувається через:

• Електричних втрат. Це відбувається в результаті нагріву провідників від проходження по них струму.
• Магнітних втрат. Внаслідок зайвого намагнічування сердечника з ‘являється гістерезис і вихреві струми, що важливо враховувати у формулі потужності електродвигуна.
• Механічних втрат. Вони пов ‘язані з тертям і вентиляцією.
• Додаткових втрат. Вони з ‘являються через гармонік магнітного поля, оскільки статор і ротор мають зубчасту форму. Також в обмотці присутні вищі гармоніки магнітодвижущей сили.

Слід зазначити, що ККД є одним з найважливіших компонентів формули розрахунку потужності електродвигуна, оскільки дозволяє отримати цифри, найбільш наближені до дійсності. У середньому цей показник варіює від 10% до 99%. Вона залежить від конструктивного устрою механізму.

Номінальна кількість обертів

Ще одним ключовим показником електромеханічних характеристик двигуна є частота обертання валу. Він виражається в числі обертів в хвилину. Часто його використовують у формулі потужності електродвигуна насоса, щоб дізнатися його продуктивність. Але необхідно пам ‘ятати, що показник завжди різний для холостого ходу і роботи під навантаженням. Показник представляє фізичну величину, що дорівнює кількості повних оборотів за якийсь проміжок часу.

Розрахункова формула частоти оборотів:

n = 30 ^ omega ^ pi, де:

n – частота обертання двигуна, об/хв.

Для того, щоб знайти потужність електродвигуна за формулою оборотистості валу, необхідно привести її до розрахунку кутової швидкості. Тому P = M сингл omega буде виглядати наступним чином:

P = M ″ (2pi ст.1n ст.160) = M ″ (n ‘9,55), де

Час інерції

Цей показник являє собою скалярну фізичну величину, яка відображає міру інертності обертального руху навколо власної осі. При цьому маса тіла є величиною його інертності при поступальному русі. Основна характеристика параметра виражена розподілом мас тіла, яка дорівнює сумі творів квадрата відстані від осі до базової точки на маси об ‘єкта. У Міжнародній системі одиниць вимірювання він позначається як кг · м2 і має розраховується за формулою:

J – момент інерції, кг · м2;

m – маса об ‘єкта, кг.

Моменти інерції і сили пов ‘язані між собою співвідношенням:

M – J epsilon, де

epsilon – кутове прискорення, с-2.

Показник розраховується як:

epsilon = d(omega) × dt.

Таким чином, знаючи масу і радіус ротора, можна розрахувати параметри продуктивності механізмів. Формула потужності електродвигуна включає в себе всі ці характеристики.

Розрахункова напруга

Його ще називають номінальним. Воно являє собою базову напругу, представлену стандартним набором вольтажу, які визначається ступенем ізоляції електричного обладнання та мережі. Насправді воно може відрізнятися в різних точках обладнання, але не повинно перевищувати гранично допустимих норм робочих режим, розрахованих на тривале функціонування механізмів.

Для звичайних установок під номінальною напругою розуміють розрахункові величини, для яких вони передбачені розробником в нормальному режимі роботи. Перелік стандартного вольтажу мережі передбачено в ДСТУ. Ці параметри завжди описані в технічних характеристиках механізмів. Для розрахунку продуктивності використовують формулу потужності електродвигуна за струмом:

Електрична константа часу

Являє собою час, необхідний для досягнення рівня струму до 63% після подачі напруги на обмотки приводу. Параметр обумовлений перехідними процесами електромеханічних характеристик, оскільки вони швидкоплинні через великий активний опір. Загальна формула розрахунку постійної часу:

Однак електромеханічна константа часу tm завжди більше електромагнітної te. Перший параметр виходить з рівняння динамічних характеристик двигуна при збереженні умови, коли ротор розганяється з нульовою швидкістю до максимальних обертів холостого ходу. У цьому випадку рівняння приймає вигляд

M = Мст + J (d (omega) ^ dt), де

Звідси отримуємо формулу:

M = J × (d(omega) ÷ dt).

За фактом електромеханічну константу часу розраховують за пусковий момент – Мп. Механізм, що працює в ідеальних умовах, з прямолінійними характеристиками будемо мати формулу:

M = Мп (1 – omega ^ omega0), де

omega0 – швидкість на холостому ходу.

Такі розрахунки використовують у формулі потужності електродвигуна насоса, коли хід поршню безпосередньо залежить від оборотистості валу.

Основні формули розрахунку потужності двигунів

Для обчислення реальних характеристик механізмів завжди потрібно враховувати багато параметрів. в першу чергу потрібно знати, який струм подається на обмотки електродвигуна: постійний або змінний. Принцип їхньої роботи відрізняється, отже, відрізняються метод обчислень. Якщо спрощений вид розрахунку потужності приводу виглядає як:

I – сила струму, А;

Рел – підведена електрична потужність. Вт.

У формулі потужності електродвигуна змінного струму необхідно також враховувати зсув фаз (alpha). Відповідно, розрахунки для асинхронного приводу виглядають як:

Рел = U ″ I\cos ″ alpha.

Крім активної (підведеної) потужності існує також:

• S – реактивна, ВА. S = P ÷ cos(alpha).
• Q – повна, ВА. Q = I × U × sin(alpha).

У розрахунках також необхідно враховувати теплові та індукційні втрати, а також тертя. Тому спрощена модель формули для електродвигуна постійного струму виглядає як:

Рел = Рмех + Ртеп + Рінд + Ртр, де

Рмех – корисна вироблювана потужність, Вт;

Ртеп – втрати на утворення тепла, ВТ;

Ринд – витрати на заряд в індукційній котушці, Вт;

Рт – втрати в результаті тертя, Вт.

Ув ‘язнення

Електродвигуни знаходять застосування практично у всіх областях життя людини: у побуті, у виробництві. Для правильного використання приводу необхідно знати не тільки його номінальні характеристики, а й реальні. Це дозволить підвищити його ефективність і знизити витрати.