Расчет электрического двигателя

Состав и классификация электрических двигателей

В основу работы большинства современных электрических двигателей заложен принцип электромагнитной индукции. Двигатель состоит из подвижного ротора (или якоря для двигателей постоянного тока) и неподвижного статора. В маломощных машинах роль индуктора выполняют постоянные магниты, а в более мощных данная роль может быть отведена статору или ротору. В асинхронных электродвигателях ротор может быть короткозамкнутым или фазным. Фазный ротор, как правило, используется в машинах, в которых необходимо уменьшить пусковой электрических ток и регулировать частоту вращения. Все электродвигатели делятся на:

1. Двигатели постоянного тока, в котором переключение фаз в самом двигателе. Данный вида двигателей классифицируется по наличию обратной связи и способу переключения (коллекторные и вентильные).
2. Двигатели пульсирующего тока, питание которого осуществляется пульсирующим электрическим током.
3. Двигатели переменного тока, питание которого осуществляется переменным током. По принципу работы данный вид двигателей делится на синхронные (ротор вращается синхронно с магнитным полем) и асинхронные (частота вращения ротора отличается от частоты вращения магнитного поля).
4. Универсальные коллекторные электродвигатели, которые могут работать на переменном и постоянном токе.
5. Синхронные электрические двигатели возвратно-поступательного движения, принцип работы которых заключается в том, что через неподвижные обмотки пропускается переменный ток, а постоянные магниты, под действием магнитного поля (создаваемого обмотками) перемещают шток возвратно-поступательным образом.

Выбор электрических двигателей

Выбор электрического двигателя осуществляется по следующим основным показателям и характеристикам:

1. Конструктивное исполнение.
2. Номинальное напряжение.
3. Род электрического тока.
4. Особенности регулирования скорости.
5. Номинальная мощность.
6. Способ пуска.
7. Номинальная скорость.
8. Способ торможения.

Самым простым с точки зрения управления и устройства, а также степени надежности эксплуатации и имеющий наименьшую массу и габариты (при установленной мощности) является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. По защите от действия окружающей среды выбор электрического двигателя производится в соответствии с условиями его эксплуатации.

Пример расчета электрического двигателя постоянного тока независимого возбуждения

При расчете электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения с реостатным регулированием исходными данными будут являться номинальная механическая мощность на валу, номинальное напряжения питающей сети, частота вращения якоря, номинальный коэффициент полезного действия, сопротивление обмотки якоря при температуре 15 градусов, а также сопротивления обмотки возбуждения и дополнительных полюсов.

Сначала рассчитывается ток, который потребляется обмоткой якоря двигателя:

$Iаном = Pном /(nном*Uном)$

где: Pном - номинальная механическая мощность на валу; nном - номинальный коэффициент полезного действия; Uном - номинальное напряжение питающей сети.

Теперь рассчитаем электромагнитный вращающий момент двигателя:

$Мном = (Рном*30)/п*nном$

где, п = 3,14

Так как электромагнитный момент рассматриваемого двигателя пропорционален току обмотки якоря, то электромагнитный реостатный пусковой момент при Iaп =2* Iаном можно рассчитать следующим образом

$Mп = 2*Мном$

Таким образом, сопротивление пускового реостата можно определить из равенства:

$Iап = Uаном / (Ra+Rдп+Rп) = 2*Iаном$

Откуда

$Rп = (Uаном/(2*Iаном)) - Ra-Rдп$

где: Ra - сопротивление обмотки якоря при 15 градусах; Rдп - сопротивление добавочных полюсов.

Уравнение для естественной механической характеристики выглядит следующим образом:

Рисунок 1. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Произведение СоФ можно получить из уравнения равновесия цепи якоря:

Затем рассчитывается искусственная механическая характеристика для регулирования при добавочном сопротивлении следующим образом:

$Ua = Ea+Ia*(Ra+Rдп)$

где Еа - электродвижущая сила

Так как Еа = СоФ*О, то получаем

$СоФ = (Uaном-(Ra+Rдп)*Iаном) / Оном$

$Оном = (п*nном) / 30$

После этого строится естественная механическая характеристика для данного электрического двигателя. Такая характеристика предоставляет данные об электромеханических свойствах рассчитываемого двигателя. По ней определяются рабочая номинальная скорость, изменение скорости при изменении нагрузки в статических режимах работы.

Затем рассчитывается искусственная механическая характеристика для регулирования при добавочном сопротивлении следующим образом:

Рисунок 2. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

где Rд - добавочное сопротивление.

Добавочное сопротивление рассчитывается по формуле:

$Rд = 9*(Ra+Rдп)$

После этого определяются скорости переключений пускового реостата, добавочные сопротивления по всем реостатным характеристиками и выбирается реостат подходящий по полученным результатам.