Pánové,
Zveřejňuji zde kopii své poznámky na toto téma, publikované v LT v roce 2006.

Jak určit jmenovité napětí neznámého elektromotoru?

Dostal se vám do rukou miniaturní motorek bez identifikačních znaků a bez označení jeho provozního napětí, o výkonu nemluvě. Dá se použít na železnici? modelování?

Nejprve byste se měli kriticky podívat na jeho velikost. Velmi malý (zejména v průměru) motor z definice nemůže být dostatečně výkonný pro model střední velikosti. A tady nejde ani o jeho provozní napětí. Mnohdy zcela postačí: viděl jsem motory o průměru tenčím než obyčejná dřevěná tužka, s napětím i 27 (!) voltů, ale i při toto napětí byly zpomaleny sebemenším dotykem prstu na výstupní hřídeli. Při tak malém průměru skříně (a tedy i rotoru) je kroutící moment zanedbatelný. Kde lze uvést lokomotivu NO nebo TT do pohybu na 12 voltů.

O moci.

Panuje mylná představa, že motor modelu může být malý, ale pokud má dostatečně vysoké otáčky, pak stačí vybavit pohon modelu převodovkou s velkým koeficientem zpomalení (řekněme K = 60 nebo K = 80), a dostanete stejný výsledek jako s větším.velký a nízkootáčkový motor a převodovka s nižším K. Vznikají tak projekty s malinkými motory schovanými v rámu, nebo mezi bočnicemi vozíků. Ve skutečnosti může taková „substituce“ skutečně zajistit rovnost v obou případech, ale tato rovnost bude podmíněná a pouze pro krouticí moment.

Vezměme si 2 podmíněné kombinace „motor + převodovka“:

1) „malý“ motor + „velká“ převodovka,
2) a naopak – „velký“ motor + „malá“ převodovka.

Označme jejich kroutící momenty T1, respektive T2 (T1 < T2) a označme koeficienty převodovky K1 a K2 (K1 >K2). Převodovka zvyšuje točivý moment o K-krát, pokud jsou tedy poměry T1/T2 a K2/K1 stejné, získáme formální rovnost točivého momentu na výstupu z převodovky (tedy na ráfku kola): T1K1 = T2K2. To znamená, že by obě podmíněné lokomotivy táhly stejně? Formálně ano, ale praktický život obou produktů bude velmi odlišný.

Stačí si zapamatovat, že aby se vlak mohl pohybovat stupnicovou rychlostí (vzdálenost L za čas T), musí mít lokomotiva určitou tažnou sílu F. Obě výše uvedené kombinace mohou tuto sílu skutečně vyvinout (při stejných krouticích momentech na ráfek kola). Dokonalá fyzická práce A = F x L, a tedy i dodaný mechanický výkon P = A / T bude stejný. Tento výkon však motor spotřeboval se slevou na účinnosti ve formě elektřiny a jeho značnou část musí odvádět ve formě tepla. Navíc se velmi rychle a efektivně rozptýlí, aby se nepřehřívalo vinutí, izolace, ložiska atd. A pak je jasné, že malý motor neumí dobře chladit, protože jeho miniaturní části NEJSOU tak masivní, aby rychle přenesly teplo. I při jmenovité zátěži se přehřátí rychle koncentruje ve vinutí malého motoru a teplo se v dostatečné míře „nerozptýlí“ do jádra rotoru a statoru. Nejprve se zahřeje vinutí, zvýší se jeho odpor, klesne proud a výkon. Zdá se, že motor se „snaží chránit“ před kritickým režimem. Ale zahřívání pokračuje. Mazivo v ložiscích začíná hůře plní své funkce nebo dokonce vytéká vlivem zahřívání. Motor vyhoří.

Ze stejného důvodu, ale ještě umocněného úplnou absencí masivního ocelového jádra v rotoru (a nedostatečným přenosem tepla z vinutí do okolních částí), jsou motory Faulhaber – přes všechny své přednosti – ještě citlivější na přehřívání.

Kromě tepelných problémů malých motorů do chodu první možnosti nevyhnutelně zasahují i ​​mechanické problémy: převodovky s velkými K – obvykle šnekovými převody – mají ze své podstaty vyšší úroveň vnitřního tření než převodovky s malým K. Nasadit je na lokomotivy, musíte použít velmi malý modul zubů (např. 0.2) a to je také přímá cesta k rychlému opotřebení a rychlé výměně jednotek. A nakonec hluk vysokorychlostního malého motor při 16-20 tis.ot/min také není pro většinu lokomotiv dekorativní.

ČTĚTE VÍCE
Jaký je nejlepší způsob, jak malovat dřevěný strop v soukromém domě?

O napětí.

Od velikosti a výkonu se vrátíme k provoznímu napětí neznámého motoru. Vzhledem k tomu, že se do rukou modelářů nejčastěji dostávají motory z elektrických hraček napájené jednou nebo dvěma AA bateriemi, měli byste nejprve zkusit motorek „utočit“ z jedné 1.5V baterie.

Pokud se současně motor začne energicky otáčet, pak se pravděpodobně někde poblíž (od 1,5 do 4,5 voltu) nachází nominální režim motoru. Samozřejmě fráze „otáčet energicky“ není příliš informativní a přesná, ale i nezkušené ucho rozezná charakteristický zvuk nominálního režimu (2-3 tisíce otáček) od slabé a sotva znatelné rotace. V tomto případě lze test dokončit – vše je jasné.

Pokud se motor vůbec nerozjede, pak:

1) buď je vadné jeho vinutí (nebo kartáčový mechanismus) – pak musíte motor „prozvonit“ testerem (nebo jinou dostupnou metodou – dokonce i žárovkou s baterií).

2) nebo je provozní napětí (a tedy startovací napětí) výrazně vyšší než 1,5 V. V našem podnikání je to spíše dobré znamení, protože znamená, že motor není zcela nízkonapěťový a je možné jej provozovat na 12 V.

První případ nebudeme dále zvažovat: oprava vadných motorů je nad rámec této poznámky. Pokud se motor točí velmi slabě, pak to považujeme také za „druhý případ“: znamená to, že provozní napětí je někde vyšší.

Изображение

Nyní si můžete sestavit jednoduchý obvod (obr. 1) z nastavitelného zdroje, voltmetru a ampérmetru (moderní analogové jednotky pro napájení breadboardů, zejména amerických, již mají tato 2 zařízení zabudovaná na předním panelu). Náš úkol: změřit STARTOVNÍ napětí motoru při volnoběžných otáčkách. Praxe vytvořila jednoduchý vzorec:

PROVOZNÍ NAPĚTÍ JE ASI 5KRÁT VYŠŠÍ SPOUŠTĚCÍ NAPĚTÍ.

Navzdory jednoduchosti tohoto vzorce jsou variace nevyhnutelné – v závislosti na konstrukci a fyzickém stavu motoru. Proto při zvýšení napětí na vypočítaný 5-násobek byste měli sledovat proud motoru pomocí ampérmetru a mentálně vynásobit NAPĚTÍ x PROUD = VÝKON. Modelář by si přitom měl dávat pozor na nereálně velké hodnoty výkonu. Malý motor o délce nebo průměru asi 2-3 cm v zásadě není schopen spotřebovávat vysoký výkon po dlouhou dobu (řekněme 50-100 wattů) – to je přímá cesta k vyhoření navíjecího a kartáčového mechanismu .

V některých případech však mohou zařízení zobrazovat právě tak velké hodnoty (například 5-8 ampérů při 12 voltech). Důvodů může být několik:

1) Částečná demagnetizace statoru motoru. Je to typické pro případy neopatrného skladování: když bylo několik motorů uloženo po dlouhou dobu, „přilepené k sobě“ svými magnety. Nebo když byl motor provozován nebo skladován v blízkosti vnějších zdrojů silných magnetických polí (stálých nebo střídavých). K samodemagnetizaci také často dochází u starších konstrukcí motorů, které používaly železné magnety (spíše než moderní vzácné zeminy nebo keramické). Na internetu jsem viděl prohlášení, že někdo umí zase magnetizovat takové prastaré motory (nedávejte moderní Sagami do vzácného modelu z doby před půlstoletím, který je cenný právě svým anachronismem. ). Každopádně s demagnetizovaným statorem se motor jako obvykle protáčí „ručně“ (tedy celkem snadno), ale pod napětím se točí velmi pomalu, netáhne, dá se snadno zabrzdit prstem a startuje jen na vysoké. napětí (řekněme 8 V) a při vysokém proudu (například 2 A). Pokud jej tedy převedete do „vypočítaného“ režimu podle principu „násobení startovacího napětí 5“, uvidíte na voltmetru 40 V a na ampérmetru 10 A. Pravda, vidíte to na krátký čas, protože motor začne kouřit během několika sekund: 400 wattů není vtip. Popsaný obrázek je však čistě virtuální, protože takto výkonný zdroj je v arzenálu modeláře raritou. Obyčejná „špičková cihla“ produkuje asi 2 A, poté se spustí ochrana. Ale i proud 2 ampéry při průměrném napětí 8-12 voltů by vás již měl upozornit!

ČTĚTE VÍCE
V jaké vzdálenosti jsou umístěny dilatační spáry ve tvaru U?

2) Špatný stav ložisek (nedostatečné mazání, nečistoty, rez) nebo kolektoru (usazeniny uhlíku, oxidy, oděrky). V tomto případě se motor i ručně protáčí pevně a pod napětím startuje pozdě, při vysokém napětí a vysokém proudu. Po roztočení motor na první pohled funguje dobře a po pár minutách dokonce „přidá více otáček“. Ale ručička ampérmetru nemá chybu: vnitřní tření v motoru je nepřijatelně vysoké, dochází k intenzivnímu opotřebení a zahřívání.

3) Vnitřní přerušení v jedné nebo více sekcích vinutí rotoru (platí pro složité moderní DPM, DPR a další „vojenské“, „letecké“ a „vesmírné“ motory, které mají 5- nebo 7- nebo 9-pólové vinutí rotoru. Takový motor se nemusí spustit z určitých poloh rotoru (funkční motor nemá „hluchá místa“), je velmi hlučný a vibruje, točí se pomalu a netáhne. Provozní proud je v průměru téměř normální, ale při pohledu na stínítko osciloskopu místo obvyklých pilových pulsů jsou viditelné při přerušení proudu motorem (v okamžicích, kdy jsou ke kolektorovému obvodu připojeny vadné sekce vinutí).

Další způsoby vyhodnocení provozního napětí.

Posouzení sluchem.
Viděl jsem tuto radu na internetu, ale výsledek takového posouzení se mi zdá příliš nepřesný: údajně normální klidový režim motoru o průměru 2-3 cm odpovídá zvuku o frekvenci přibližně 3 kHz. Pokud je zvuk při volnoběhu mnohem vyšší, použité napětí je pro tento motor pravděpodobně příliš vysoké.

Srovnání s podobným motorem.
Navrhuje se porovnat napětí při stejné hodnotě proudu pro dva motory (vlastnosti jednoho z nich jsou přesně známy). Zároveň vyhodnoťte rychlost otáčení. Technika vyžaduje zkušenost, i když je méně subjektivní než ta předchozí.

Vyhodnocení kolektorové jiskry.
Je zapotřebí napájecí zdroj s dostatečnou rezervou výkonu. Metoda je založena na předpokladu, že obvykle u dobrých motorů jsou průřez kartáčů, rozměry lamel komutátoru a přítlačné síly kartáčů vyvážené a promyšlené: jsou navrženy tak, aby ve jmenovitém režimu odpovídaly nevytvářejí jiskry a hluk. Napětí při volnoběhu byste měli postupně zvyšovat a přitom sledovat činnost kartáčů a komutátoru (takové pozorování samozřejmě není možné u všech typů motorů). Nechte motor, dokud se neobjeví první pravidelné jiskry. Zabraňte silnému jiskření (natož „kruhovému požáru“ na kolektoru). Nedovolte, aby se vyskytly neobvyklé zvuky. Po „zachycení“ okamžiku začátku pravidelného jiskření byste měli nechat motor běžet 10 minut a sledovat teplotu krytu. Pokud nedochází k silnému zahřívání (přes 50 stupňů), tak je to maximální přípustné dlouhodobé napětí pro daný motor.

ČTĚTE VÍCE
Jak se měří proud pomocí multimetru?

Odhad momentu saturace magnetického toku motoru.
Vědecky nejvíce ověřená metoda. Je založena na vlastnosti magnetických materiálů rotoru nasytit se magnetickým tokem (když proud procházející vinutím stále roste, ale síla magnetického toku v magnetickém jádru již neroste a dosáhla maxima) . Motor totiž nespotřebovává elektřinu jen při otáčení. Vyrábí také svou vlastní elektřinu: jedná se o EMF (tj. napětí) samoindukce, které se přidává k napájecímu napětí ve stejné polaritě (tj. „+“ EMF se generuje na stejné svorce motoru, ke které je +” externího zdroje napájení je dodáváno ).

Pokud napájíme motor pulzujícím napětím (které obvykle vidíme u typických napájecích zdrojů pro prototypy – po můstkovém usměrňovači pulzuje výstupní napětí s frekvencí 100 Hz), pak se každou sekundu změní napětí 100krát z 0 na 12 voltů, stoupající a klesající, kreslení na obrazovce polosinusového osciloskopu (viz obr. 2-A). Nyní, když k takovému zdroji připojíte motor, tvar napětí na obrazovce osciloskopu se změní: „poloviční sinusové vlny“ přestanou klesat k nule (viz obr. 2-B). Právě tato náprava („police“ nebo „napěťový ráz“) ve spodní části každého minima je samoindukční EMF – napětí generované motorem během otáčení.

Изображение

Vlastní indukční emf je přímo úměrné magnetickému toku kotvy motoru. Pokud tedy zvýšíte napájecí napětí motoru, v určitém okamžiku bude železo kotvy nasyceno magnetickým tokem. Proud spotřebovaný motorem se bude nadále zvyšovat, ale magnetický tok, a tedy i samoindukční EMF, se přestane zvyšovat nebo výrazně zpomalí. Pozorováním amplitudy „výbuchů“ samoindukčního EMF na obrazovce osciloskopu můžete zachytit okamžik, kdy se jeho růst zastaví, nebo dokonce když začne klesat. Nehledě na to, že ve zvyšování napájecího napětí lze stále pokračovat. Právě při tomto napájecím napětí má motor maximální účinnost a pokud se skříň do 10 minut silně nezahřeje, pak lze motor doporučit na dlouho- dlouhodobý provoz v tomto režimu.

Je jasné, že osciloskop má k dispozici málokdo. Ten můj se stále čas od času používá, nehledě na to, že léta rázného radioamatérství jsou za námi. Četl jsem však, že jako náhradní lze použít běžný PC se zvukovou kartou a stačí použít příslušný nástroj (například různé verze „Oscilloscope“ nebo „Scope30“ lze snadno najít pomocí Yandexu ke stažení).

Budu upřímný: sám jsem tuto možnost nezkoušel. Body k zapamatování:

1) na vstup zvukové karty je zbytečné přivádět filtrované stejnosměrné napětí (kvůli přítomnosti kondenzátorů na vstupu). Pro tuto studii to však není důležité, protože používáme pulzující napětí. „Prochází kondenzátory“ jako střídavá proměnná – jednoduše posouvá nulovou čáru na obrazovce,

2) pulzující a střídavé napětí – nelze použít více než 0,25 V v amplitudě. V našem případě – pro testování s pulzujícím napětím s amplitudou v rozsahu 0. 25 voltů – by měl být dělič napětí připájen z dvojice rezistorů s jmenovitým poměrem přibližně 1:100 (například 10 kilo- ohmů + 100 ohmů) (viz obr. 3). Takový dělič snižuje napětí na vstupu zvukové karty asi 100krát (přesněji 101krát), což umožňuje při napájecím napětí do 25 voltů nepřekročit maximální povolené napětí 0,25 V na vstupu desky. Přesnost hodnocení děliče není důležitá, protože potřebujeme VYHODNOTIT ZMĚNY a ne měřit absolutní hodnoty napětí (k tomu stačí voltmetr).

ČTĚTE VÍCE
Co je to keson ve stavebnictví?

Изображение

Hodně štěstí ve výzkumu!

Metody nejsou kontroverzní a nejsou vždy veřejně dostupné – příliš nenadávejte.
______________________________________________________________________

V praxi není vždy nutné pracovat s elektromotory, u kterých jsou známy provozní parametry. Tyto informace jsou obvykle uvedeny na štítku, ale mohou být vymazány nebo nejsou vůbec dostupné. Co dělat v takovém

situaci, nevyhazovat “motor”? V tomto článku vám řekneme, jak určit výkon elektromotoru podle celkových rozměrů, proudu a dalších ukazatelů. Máme výhradu, že článek bude zaměřen spíše na třífázové

Nejprve se podívejte na štítek

Nejjednodušší je zjistit výkon motoru z typového štítku (říká se mu také štítek nebo štítek). V první řadě je vhodné připomenout, že číslo uvedené na štítku je mechanický výkon na hřídeli, tzv. R2. Chcete-li najít aktivní elektrický P 1 (který váš elektroměr zohlední), musíte jej vydělit účinností (η) a pro zjištění celkového S jej můžete také vydělit pomocí COSf, najdete je na stejném jmenovka.

Štítek elektromotoru s jeho hlavními charakteristikami

P1 = P2/η = 180/0,68 = 265 (W)

S u1d P265 / cosФ u0.78d 340 / XNUMX uXNUMXd XNUMX (W)

A pokud je uveden pouze proud, můžete určit celkový výkon pomocí standardního vzorce pro třífázové obvody:

Pokud podle příkladu výše uvedeného typového štítku:

S u380d 0,52 * 1,73 * 341 uXNUMXd XNUMX (VA)

P1 u341d S * cosФ u0,78d 266 * XNUMX uXNUMXd XNUMX (W)

A mechanické P2 na hřídeli:

P2 = P1*η = 180,8 (W)

Jak vidíte, výsledky výpočtů pro proud a napětí se shodovaly s čísly uvedenými na štítku. Z typového štítku můžete určit další parametry elektromotoru jako jmenovité napětí, proud a otáčky.

Porovnejte celkové rozměry

Pokud není žádný štítek nebo je na něm obtížné něco přečíst, můžete určit výkon asynchronního elektromotoru bez pasu z hlediska rozměrů, konkrétně průměru hřídele.

Tento způsob stanovení se v praxi používá častěji než ostatní, jelikož hřídel stačí změřit posuvným měřítkem a nemusíte být připojeni k síti. Po změření průměru se získané hodnoty porovnají s tabulkou a určí se přibližný výkon. Tato metoda umožňuje získat poměrně přesné charakteristiky bez tagu. Tabulka k tomu je uvedena níže.

Označení rozměrů hřídele motoru

Tento způsob stanovení výkonu elektromotoru rozměry (podle rotoru) je vhodný pro třífázové i jednofázové asynchronní motory. Vezměte prosím na vědomí, že “P” je uvedeno v kW (kilowattech), jak je obvyklé v elektrotechnice, a ne jako ve fyzice – ve wattech.

Srovnávací tabulka pro výkon a průměr

Pokud vám z nějakého důvodu údaje z této tabulky nevyhovují, pak existuje další způsob, jak zjistit výkon elektromotoru podle celkových rozměrů, musíte změřit:

  • průměr hřídele;
  • frekvence jeho rotace (počet párů pólů);
  • montážní rozměry;
  • průměr příruby nebo šířka montážních patek;
  • výška ke středu hřídele;
  • délka motoru (bez vyčnívající části hřídele).

A porovnejte tyto údaje s rozměry elektrických strojů jedné řady 4A, AIR, A, AO. Lze je nalézt v různých adresářích nebo katalozích firem, které je vyrábějí.

Pro určení výkonu motoru běžné řady AIR pomocí montážních otvorů na nohách použijte tuto tabulku.

Montážní rozměry elektromotorů na patky Tabulka shody mezi instalačními rozměry a výkonem

Pro určení výkonu motoru z průměru příruby (D20) a průměru montážních otvorů příruby (D22) použijte následující údaje:

Montážní rozměry přírubových motorů Tabulka shody mezi montážními rozměry příruby a výkonem

Časem a praxí se naučíte přibližně určit výkon motoru podle vzhledu, mentálně jej porovnat s těmi, s nimiž jste se již setkali, ale k tomu potřebujete znát řadu standardních jmenovitých hodnot elektromotoru: 0,25; 0,37; 0,55; 0,75; 1,1; 1,5; 2,2; 3,0; 4,0; 5,5; 7,5; jedenáct; 11; 15; 18,5; třicet; 22; 30; 37; 45 kW.

ČTĚTE VÍCE
Kolik epoxidové pryskyřice je potřeba k nátěru pracovní desky?

Odhadovaný výpočet pro proud a napětí naprázdno

Výkon elektromotoru můžete určit také proudem nebo, jak říkají amatéři, „proudem“. Je ale špatné měřit proud při zatížení stroje, abyste zjistili jeho jmenovitý výkon, protože neexistuje způsob, jak zjistit, zda pracuje pod jmenovitým zatížením, při přetížení nebo naopak při nízkém zatížení. Proud statoru závisí na zatížení. To znamená, že nebudete měřit jmenovitý proud, ale aktuální spotřebu v tu chvíli.

Musíte tedy měřit proud naprázdno, to znamená, když motor běží bez zatížení. Než něco změříte, abyste získali správná data, musíte to nechat nějakou dobu pracovat, konkrétně 0,5-1 hodinu u motorů do 100 kW a 1-2 hodiny – nad 100 kW. Po měření podle tabulky zjistěte typické odchylky Iхх od Inom v procentech a vypočítejte odhadovaný Inom.

Tabulka poměrů proudu naprázdno ke jmenovitému proudu

Uveďme příklad, řekněme, že jste změřili proud, ukázalo se, že je to 5 ampérů. Výkon motoru odhadujeme „od oka“, řekněme, že je poměrně velký a předpokládáte, že je to více než 5 kW. Zároveň se jedná o „třítisícovku“, to znamená, že jeho hřídel se otáčí frekvencí 3000 40 ot / min. Potom je naměřený proud naprázdno 0,4 % (nebo XNUMX) jmenovitého. Chcete-li zjistit jmenovitý proud, musíte vydělit Iхх procenty z tabulky:

Potom lze celkový a činný výkon určit podle vzorců:

S=UI*1,73=380*12,5*1,73=8217 Вт=8,2 кВт.

Předpokládáme, že cosФ motoru je 0,85 a jeho účinnost je 0.8, pak se aktivní P1 rovná:

Р = Iср*Uср*1,73*cosf*КПД=12,5*380*1,73*0,85*0,8=5,5 кВт

Je pravda, že neexistují žádné standardní asynchronní třífázové motory s takovými parametry, čísla byla brána pouze jako příklad, ale pomocí výše uvedené metody můžete zjistit výkon motoru se znalostí proudu a napětí.

Výpočet na základě otáček a točivého momentu

Chcete-li vybrat motor pro konkrétní mechanismus, můžete určit výkon motoru podle točivého momentu a počtu otáček, které jsou vyžadovány na hřídeli. Chcete-li to provést, použijte vzorec:

kde M je moment, n je počet otáček, 9550 je koeficient.

Závěr

Zkoumali jsme hlavní metody pro stanovení výkonu elektromotoru. Existují i ​​jiné metody, například odporem vinutí, ale ten nemůže být přesný, protože po převinutí nemusí odpovídat údajům z pasu. Ano a pro přesné měření odporu statorových vinutí výkonných motorů jsou potřeba přesné měřicí přístroje, tzv. měřící můstek, případně měření metodou voltmetr-ampérmetr. Co v praxi nikdo neudělá a nebude možné přesně provést taková měření pomocí multimetru.

Metodu určování parametrů elektrického motoru podle hmotnosti také nelze nazvat přesnou, spočívá v tom, že v průměru je hmotnost asynchronního elektromotoru rovna:

  • pro 3000 ot./min – 7-9 kg na 1 kW;
  • pro 1500 ot./min – 11-13 kg / kW;
  • Pro 1000 ot./min – 14-15 kg / kW.

Přesným se to ale vůbec nazvat nedá, pouzdra moderních elektromotorů jsou vyrobena z hliníku a jsou až o 30 % lehčí ve srovnání se starými sovětskými, zatímco chráněný elektromotor bude vážit více než jeho nechráněný protějšek. Proto tato metoda, ač má právo na život, připomíná spíše věštění na kávové sedlině.

Snad nejjednodušší způsob, jak určit výkon elektromotoru, je podle velikosti, průměru hřídele atd. následuje porovnání s katalogovými údaji motorů stejné řady.