V předchozím příspěvku bylo vynakládání nulového točivého momentu a jeho důsledky podrobně vysvětleno. Tento příspěvek se týká poskytování informací o konstantním točivém momentu.
Točivý moment není funkcí rychlosti, ale jeho charakteristika závisí na rychlosti rotujícího tělesa. Tato závislost na rychlosti otáčení zajišťuje konstantní točivý moment. Točivý moment působící na zátěž se nemění při každém aspektu otáčení; pak jsme řekli, že točivý moment je „konstantní“.
We vědět, že točivý moment působící na jakýkoli předmět je nutí rotovat určitou rychlostí. Vzhledem k tomu, že je také nutné vyvinout určitou vnější sílu, může se toto těleso otáčet nepřetržitě s úhlovým zrychlením. Konstanta kroutící moment se může vztahovat k úhlovému zrychlení.
Co je konstantní točivý moment?
Konstantní točivý moment lze definovat jako „množství točivého momentu potřebné k udržení konstantní rychlosti pohybu objektu při všech rychlostech při rotačním pohybu“.
Zjednodušeně lze říci, že krouticí moment působící na rotační těleso musí být konstantní pro vysoké i nízké otáčky. To znamená, že i když se rychlost rotujícího tělesa zvýší nebo sníží, aplikace točivého momentu musí být stejné.
Konstantní točivý moment lze také definovat jako výstupní točivý moment, který se nemění při žádné vstupní rotaci. Jakýkoli rotační systém je tedy kandidátem na konstantní točivý moment tím, že udržuje aplikovaný točivý moment ve fázi otáčení.
Může být točivý moment konstantní?
Ano, točivý moment může být konstantní. Pokud se těleso volně otáčí s konstantním poloměrem a působení vnější síly je kolmé na rotační osu, pak točivý moment může být konstantní.
Protože víme, že točivý moment je pouze křížový součin vektoru poloměru rotační dráhy a působící vnější síly, poloměr musí být stejný v každém bodě s ohledem na těžiště rotační osy a působení vnější síly. musí být v kolmém směru.
τconst=|r|const|F|const hřích (θ)
Pokud rotační dráha nemá pevný střed, poloměr se změní, takže krouticí moment se mění s poloměrem zvýšením lineární rychlosti. V rotační dráze s pevným středem bude poloměr konstantní s konstantním kroutícím momentem.
Kdy může být točivý moment konstantní?
Točivý moment je spojen s rychlostí prokluzu předmětu. Pokud je rychlost prokluzu udržována konstantní pro každou rychlost a měnící se frekvenci, pak může být točivý moment konstantní. Dokonce i když úhlová rychlost se lineárně zvyšuje v každém intervalu, lze získat konstantní točivý moment.
Lineární nárůst o úhlová rychlost dává konstantní úhlové zrychlení; můžeme tedy říci, že konstantní točivý moment je označován jako konstantní úhlové zrychlení v otočném rámu.
Pokud mluvíme o střídavých a stejnosměrných motorech, točivý moment je úměrný výkonu, který je na nich vytvářen. Motor vestavěný do hřídele pracuje na principu točivého momentu. Takže u elektromotorů lze dosáhnout konstantního točivého momentu, když je použit regulátor spojení a správné zatížení.
Kde může být točivý moment konstantní?
U indukčních motorů se obvykle používá konstantní točivý moment. Nemůže však vytvořit konstantní točivý moment sám o sobě, aby fungoval při všech rychlostech.
Zařízení zvané pohon s proměnnou frekvencí se používá tam, kde točivý moment může být konstantní při každé rychlosti rotačního hřídele. Indukční motory jsou tedy vybaveny VFD.
Konstantní točivý moment ve VFD popisuje změnu výkonu v závislosti na rychlosti otáčení. Pokud výkon lineárně narůstá s rychlostí otáčení, bude točivý moment konstantní. Stejně tak je důležité udržovat frekvenci pod 60Hz. Pokud překročí 60 Hz, pak se výkon stane konstantní.
Obrázek kreditů: Wikimedia commons
Jak může být točivý moment konstantní?
Točivý moment působící na rotační systém definuje rotační setrvačnost vyvinutou v tomto systému. Pokud je rotační setrvačnost udržována konstantní, pak úhlové zrychlení se bude rovnat točivému momentu vedoucímu ke konstantnímu množství točivého momentu, který působí na rotační systém.
Rotační setrvačnost definuje odpor objektu ke změně jeho rotace. Vzorec to dává jako;
Kde L je moment hybnosti a ω je úhlová rychlost.
Takže když úhlová rychlost roste lineárně v každém stejném časovém intervalu, úhlové zrychlení budou konstantní, což má tendenci vyvíjet konstantní točivý moment pro jejich otáčení.
Konstantní použití točivého momentu
Konstantní točivý moment je široce používán pro vysoký proud při nízké rychlosti otáčení. Kromě toho existuje široká škála aplikací v různých oblastech; některé z nich jsou uvedeny níže:
- Odstředivá čerpadla
- Motorový šicí stroj
- Vinutý rotor-motor
- Stroje na přepínání stejnosměrného buzeného toku
- Chladící ventilátory
- Dopravní pásy
- Výtahy
- Pružiny s konstantním momentem v elastických pohonech
- Synchronní motor s permanentním magnetem
- Chůze s konstantním kroutícím momentem
Odstředivá čerpadla
Důležitou aplikací konstantního točivého momentu jsou odstředivá čerpadla. Oběžná kola odstředivých čerpadel jsou vybavena řadou zakřivených lopatek vložených mezi dva kotouče. Tato oběžná kola se spoléhají na konstantní krouticí moment s vysokou rychlostí otáčení.
Motorový šicí stroj
Modernizované šicí stroje využívají technologii VFD k řízení točivého momentu vyvíjeného na hnací kolo stroje. Pokud se otáčky mění, točivý moment bude konstantní.
Vinutý rotor-motor
Indukční motor s vinutým rotorem, také známý jako motor s vinutým kroužkem, se skládá ze dvou kroužků, kde vnější odpor spojuje vinutí rotoru s pružinovým kroužkem. Vnější odpor řídí rychlost a krouticí moment vyvíjený v motoru.
Stroje na přepínání stejnosměrného buzeného toku
Stroje pro přepínání stejnosměrného buzeného toku se skládají ze stejnosměrných vinutí na rotorech, která poskytují dobrou kontrolu nad kroutícím momentem vytvářeným při každé rychlosti rotoru.
Chladící ventilátory
Rotor a statory chladicích ventilátorů vyvolávají konstantní točivý moment snížením tepla v rotoru. Typ motoru nazývaný PCS motor se používá v chladicích ventilátorech k zajištění konstantního točivého momentu na rotorech.
Dopravní pásy
Dopravní pásy nabízejí vysokou rychlost a konstantní točivý moment bez ohledu na velikost zatížení působícího na hřídel pásu.
Výtahy
Elektrický výtah je stroj s konstantním točivým momentem, ve kterém stator indukčního motoru pohání činnost výtahu pro aplikace s vysokým a nízkým zatížením.
Pružiny s konstantním momentem v elastických pohonech
V éře interakce člověk-robot se v elastických aktuátorech používá řada paralelních pružin, které zlepšují dobrou kontrolu nad kroutícím momentem a překonávají ztrátu krouticího momentu při jiné rychlosti.
Synchronní motor s permanentním magnetem
Střídavý synchronní motor, ve kterém permanentní magnet vybuzuje pole a vytváří sinusové EMF, se nazývá synchronní motor s permanentními magnety. Skládá se z rotoru a statorů, které při každé rotaci vytvářejí magnetické pole.
Tento motor je synchronizován s rychlostí a frekvencí otáčení a doba otáčení je rovna integrální hodnotě cyklu střídavého proudu. Rychlost motoru je tedy synchronní s rotujícím magnetickým polem určeným pro konstantní točivý moment.
Chůze s konstantním kroutícím momentem
V robotice se používají techniky konstantního točivého momentu k podpoře základny nohou pro zlepšení stabilní chůze.
Konstantní momentové zatížení
Zatížení konstantním točivým momentem se vztahuje k aplikaci stejného množství točivého momentu při nízkých a vysokých otáčkách. S tím je také spojena koňská síla, která přímo závisí na rychlosti. Zatížení konstantním kroutícím momentem pohání pozitivní výtlak a vratný pohyb v čerpadlech, dopravnících a kompresorech.
Dobrý příklad konstantního točivého momentu nákladem je bubnový kladkostroj. Uvažujme buben o průměru d, který pojme maximální zatížení o hmotnosti až 1000 kg. Na strunu bubnu bude působit určité napětí T, takže krouticí moment na ně působící je dán jako
Pokud jsou otáčky udržovány konstantní, zatížení nezrychluje, moment je stejný a opačný k síle působící na stranu bubnu. Pokud se rychlost zdvihu zvýší na určitou hodnotu, motor dosáhne maximální rychlosti. Nyní bude rychlost zdvihu odpovídat rychlosti bubnu.
Zátěžový moment motoru je však snížen v důsledku tření. Avšak točivý moment při plném zatížení je ekvivalentní točivému momentu motoru, čímž se vyrovnává požadovaná velikost síly pro zvedání při každé maximální rychlosti. Tak je dosaženo ustáleného stavu točivého momentu na zátěži a bubnovém kladkostroji.
Konstantní točivý moment působící na rovnoměrné kruhové kolo
Konstantní točivý moment působící na kruhové kolo často mění moment hybnosti konstanty kola. To znamená, že změna momentu hybnosti se rovná momentu působícímu na rotující kolo.
Protože víme, že moment hybnosti je součinem momentu setrvačnosti a úhlové rychlosti, tj. L=Iω, úhlová rychlost definuje změnu úhlu natočení za jednotku času.
Při působení krouticího momentu se úhlová rychlost mění, což vede ke změně momentu hybnosti. Je dáno jako
Předpokládejme, že aplikovaný točivý moment je konstantní; to znamená, že bude docházet ke konstantní změně momentu hybnosti za jednotku časového intervalu.
Konstantní točivý moment versus proměnný točivý moment
Konstantní točivý moment pohání relativně vysoký proud i při nízké rychlosti rotoru, kde proměnný točivý moment nemůže; to je hlavní rozdíl mezi konstantním a proměnným točivým momentem. Kromě toho jsou v níže uvedené tabulce uvedena některá další srovnání:
| Konstantní točivý moment | Variabilní točivý moment |
| Konstantní krouticí moment poskytuje stejné množství točivého momentu pro všechny hodnoty otáček. | Proměnný točivý moment znamená, že dojde ke změně točivého momentu se změnou rychlosti. |
| Pokud se otáčky zdvojnásobí, zdvojnásobí se také výkon v koních a točivý moment zůstane stabilní. | Při proměnném točivém momentu, pokud se rychlost sníží, točivý moment získaný kvadratickým časem a výkon se sníží o kubickou hodnotu. |
| Výkon se mění lineárně s rychlostí, a proto bude točivý moment konstantní. | Výkon zůstává konstantní po celou dobu akce. |
| Účinnost rotoru je o něco menší, protože musí poskytovat stejný točivý moment pro všechny rychlosti. | Účinnost rotoru je vyšší, protože neovlivňuje hřídel motoru. |
| Ztráta energie je často při konstantním točivém momentu, protože poskytuje stejné množství točivého momentu při vysokých i nízkých otáčkách. | Šetří mnoho energie, protože aplikace točivého momentu klesá nebo stoupá, když se rychlost snižuje nebo zvyšuje. |
| Životnost pohonu s konstantním momentem je kratší. | Životnost pohonu s proměnným točivým momentem je poměrně delší. |
| Obrovské náklady na instalaci a náročnější na údržbu. | Instalace pohonu s proměnným momentem je cenově dostupná a snadno se udržuje. |
Jak lze řídit konstantní točivý moment v motoru?
Krouticí moment lze řídit udržováním tlaku vyvíjeného na zátěž v okruhu.
Obecně točivý moment závisí na úhlové síle působící na mechanické zatížení. Pokud je vyvíjení úhlové síly udržováno konstantní rychlostí, pak můžeme snadno ovládat konstantní točivý moment.
Jak otáčky ovlivňují točivý moment v motoru?
Točivý moment a rychlost mají nepřímý vztah; se zvyšujícími se otáčkami má točivý moment tendenci klesat.
V motoru jsou převodové systémy upraveny pro řízení rychlosti tak, že vstupní kolo má menší počet zubů než výstupní kolo. Takže když se výstupní kolo otáčí, vstupní rychlost klesá a točivý moment se následně zvyšuje.
Jsou napětí a točivý moment vzájemně úměrné?
Ano, napětí a točivý moment jsou vzájemně úměrné, protože oba závisí na výkonu.
Výkon je faktor, který úzce souvisí s napětím. Krouticí moment je také vytvářen díky síle vyvíjené na pohon rotoru. Krouticí moment a napětí spolu tedy souvisí; zvyšuje se také točivý moment na hřídeli rotoru a napětí vyvinuté v obvodu motoru.
Co znamená koňská síla?
Konská síla je pouze jednotka výkonu, která definuje míru práce vykonané za jednotku času v systému.
Konská síla obecně definuje výstupní výkon z motoru nebo motoru. Výkon má pro jiný systém jinou hodnotu. Na tomto základě; jsou klasifikovány jako
- Mechanická koňská síla
- Metrický výkon
- Elektrická koňská síla
- Výkon kotle v koňských silách
- Hydraulický výkon
- Vzdušná koňská síla
Shrnutí
Pochopením konceptu konstantního točivého momentu můžeme tento příspěvek uzavřít konstatováním, že konstantní točivý moment je veličina, což znamená, že změna rychlosti nemění hodnotu točivého momentu. Závisí na momentu hybnosti a konstantním výstupním výkonu souvisejícím se systémem.
Přečtěte si více o Jak zvýšit točivý moment motoru, auta, turbíny.
Také čtení:
- Záporný točivý moment
- Jak zvýšit točivý moment
- Točivý moment nula
- Jak vypočítat točivý moment z otáček
- Příklady točivého momentu
- Jak zjistit směr točivého momentu
- Směr točivého momentu
Jsem Keerthi K Murthy, absolvoval jsem postgraduální studium fyziky se specializací v oblasti fyziky pevných látek. Fyziku jsem vždy považoval za základní předmět, který souvisí s naším každodenním životem. Jako student přírodních věd mě baví objevovat nové věci ve fyzice. Jako spisovatel je mým cílem oslovit čtenáře zjednodušeným způsobem prostřednictvím mých článků.