So entwerfen Sie einen Elektromotor für eine bestimmte Anwendung
Elektromotor für eine bestimmte Anwendung
Ein Elektromotor ist ein Gerät zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Arbeit. Diese Arbeit kann angewendet werden, um eine Last in eine bestimmte Richtung zu drehen oder zu bewegen. Dies wird oft als Drehmoment bezeichnet. Motoren gibt es in vielen verschiedenen Größen und Konfigurationen, doch alle nutzen die gleichen grundlegenden Funktionsprinzipien. Beim Entwerfen eines Motors für eine Anwendung ist es wichtig, die verfügbare Leistung und das erreichbare Drehmoment sowie die elektrischen und thermischen Einschränkungen des Motors zu verstehen.
Ein einfacher Elektromotor besteht aus zwei kleinen Permanentmagneten, einem Kommutator, zwei Bürsten und drei Polen (zwei Paaren). Diese Komponenten werden verwendet, um Wechselstrom in das rotierende Magnetfeld umzuwandeln, das das Drehmoment erzeugt. Durch den Kommutator und die Bürsten kann der Strom jeweils nur an ein Polpaar angelegt werden und die Richtung, in der die Elektronen durch den Elektromagneten fließen, umgedreht werden. Dies bewirkt die Drehung der Welle. Die auf die Last ausgeübte Rotationskraft wird in der Einheit Joule oder Pfund-Fuß Drehmoment gemessen.
In den meisten Fällen sind die Leistungswerte eines Motors auf dem Typenschild angegeben. Normalerweise basiert die Nennleistung auf einer kontinuierlichen Nennleistung in einer bestimmten Höhe und einer Standardumgebungstemperatur. Die National Electrical Manufacturers Association (NEMA) hat Isolationsklassen festgelegt, um die maximale Temperatur zu bestimmen, die ein Motor verträgt, bevor sich seine Lebenserwartung erheblich verringert. NEMA-Klasse B ist für Elektromotoren am gebräuchlichsten.
So entwerfen Sie einen Elektromotor für eine bestimmte Anwendung
Die meisten Anwendungen erfordern eine höhere Drehzahl, als die Nennleistung des Motors liefern kann. Dies kann auf eine Systemträgheit zurückzuführen sein, die bei der Konstruktion nicht berücksichtigt wurde, oder auf unbekannte Lastbedingungen, die ein höheres Drehmoment erfordern als in der Konstruktion vorgesehen. In den meisten Fällen kann eine hohe Trägheitslast durch eine Änderung der Motorkonstruktion oder die Verwendung eines Motors mit größerer Trägheitsleistung ausgeglichen werden.
Motoren können in einem breiten Drehzahlbereich betrieben werden. Die Fähigkeit, eine bestimmte Drehzahl zu erreichen, hängt von der Anwendung ab und wird typischerweise durch die Trägheit und die Rotorlast begrenzt. Wenn der Motor von einer niedrigen Startgeschwindigkeit auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigen muss, muss die Nennspannung erhöht werden, um ausreichend Strom bereitzustellen.
Es ist von entscheidender Bedeutung, dass ein Konstrukteur einen Motor für eine Anwendung mit ausreichenden Sicherheitsmargen spezifiziert, um eine Überhitzung zu vermeiden. Dazu gehört der Betrieb des Motors innerhalb der thermischen Grenzen sowie die Bereitstellung ausreichender Systemspannung und die Anpassung der Motorparameter gemäß NEMA-Datenblättern. Die NEMA-Datenblätter enthalten auch Informationen zum Erstellen einer Motorleistungskurve. Diese Leistungskurven zeigen Geschwindigkeit und Strom als Funktionen der Rotorgeschwindigkeit sowie des Stillstands-, Voll- und Leerlaufdrehmoments. Typischerweise wird in diesen Kurven auch die Rotorträgheit berücksichtigt, um zusätzliche Daten über die Leistungsfähigkeit des Motors bereitzustellen.